Cara Menentukan Kapasitas Pendingin Ruang Server

Menentukan kapasitas pendingin ruang server tidak cukup hanya dengan melihat luas ruangan atau jumlah unit AC yang tersedia. Dua ruangan dengan ukuran sama bisa membutuhkan kapasitas pendinginan yang sangat berbeda karena jumlah server, konsumsi daya, konfigurasi rack, UPS, distribusi udara, dan beban panas dari luar tidak sama.

Perhitungan yang lebih tepat harus didasarkan pada jumlah panas yang perlu dibuang secara terus-menerus. Hasilnya kemudian dibandingkan dengan kapasitas pendinginan aktual dari unit AC, terutama kapasitas sensible, bukan sekadar angka PK atau kapasitas nominal yang tercantum pada brosur.

Kapasitas Pendingin Harus Mengikuti Beban Panas

Hampir seluruh energi listrik yang digunakan server, storage, switch, router, dan perangkat IT pada akhirnya berubah menjadi panas di dalam ruang server. Karena itu, konsumsi daya perangkat menjadi komponen utama dalam perhitungan kapasitas pendingin.

Jika perangkat di dalam ruang server mengonsumsi daya total 5.000 watt, misalnya, panas yang dihasilkan akan mendekati 5.000 watt. Sistem pendingin harus mampu membuang panas tersebut, ditambah panas dari UPS, lampu, orang, dinding, atap, pintu, dan sumber lain.

Pendekatan berdasarkan luas ruangan masih dapat digunakan sebagai perkiraan awal untuk ruangan biasa. Namun, cara ini kurang akurat untuk ruang server karena kepadatan peralatan dapat meningkat drastis tanpa mengubah ukuran ruangan.

Ruang seluas 20 meter persegi yang hanya berisi satu rack tentu memiliki kebutuhan berbeda dari ruang berukuran sama yang menampung beberapa rack padat dengan konsumsi daya tinggi.

Data yang Perlu Dikumpulkan Sebelum Menghitung

Perhitungan sebaiknya dimulai dengan mendata seluruh sumber panas di dalam ruangan. Data yang umumnya diperlukan meliputi:

Konsumsi daya aktual server, storage, switch, router, dan perangkat jaringan.
Beban dan efisiensi UPS.
Daya lampu yang digunakan.
Jumlah orang yang biasanya berada di dalam ruangan.
Posisi UPS, baterai, dan perangkat distribusi daya.
Kondisi dinding, atap, pintu, dan jendela.
Paparan ruangan terhadap udara luar atau sinar matahari.
Rencana penambahan server atau perangkat pada masa mendatang.
Kebutuhan redundansi saat salah satu unit pendingin tidak beroperasi.

Untuk perangkat IT, data terbaik berasal dari pengukuran aktual melalui UPS, intelligent PDU, meter panel, atau sistem pemantauan daya. Pengukuran sebaiknya mencakup kondisi beban tinggi, bukan hanya konsumsi ketika aktivitas server sedang rendah.

Angka yang tertera pada label power supply tidak selalu sama dengan konsumsi sebenarnya. Server dengan power supply 1.000 watt belum tentu terus-menerus menggunakan daya sebesar 1.000 watt.

Menggunakan seluruh kapasitas nameplate bisa membuat sistem pendingin terlalu besar. Sebaliknya, hanya memakai konsumsi rata-rata tanpa memperhitungkan beban puncak berisiko menghasilkan kapasitas yang terlalu kecil.

Rumus Dasar Beban Pendingin Ruang Server

Secara sederhana, total beban panas dapat dihitung dengan rumus berikut:

Beban panas total = beban IT + rugi-rugi UPS dan distribusi listrik + lampu + orang + beban bangunan + sumber panas lainnya

Semua komponen dapat dihitung dalam watt terlebih dahulu. Setelah itu, hasilnya dikonversi menjadi BTU per jam atau refrigeration ton sesuai satuan pada spesifikasi pendingin.

Menghitung Beban Perangkat IT

Beban perangkat IT dapat dihitung dari total konsumsi daya aktual seluruh server dan perangkat jaringan.

Jika konsumsi daya yang terukur adalah:

Server dan storage: 4.200 watt
Switch dan router: 500 watt
Perangkat pendukung: 300 watt

Maka, total beban IT adalah 5.000 watt.

Karena hampir seluruh daya tersebut berubah menjadi panas, nilai 5.000 watt dapat digunakan sebagai beban panas perangkat IT.

Menghitung Panas dari UPS

UPS juga menghasilkan panas karena proses konversi listrik tidak memiliki efisiensi 100 persen. Namun, panas dari UPS hanya perlu dimasukkan jika perangkat tersebut berada di dalam ruang server yang sama.

Rugi daya UPS dapat dihitung dengan rumus:

Rugi UPS = beban keluaran ÷ efisiensi UPS − beban keluaran

Apabila UPS menyuplai beban 5.000 watt dengan efisiensi 95 persen:

5.000 ÷ 0,95 − 5.000 = sekitar 263 watt

Dengan demikian, UPS tersebut menambah sekitar 263 watt pada beban panas ruangan.

Jangan memasukkan panas dari UPS jika unitnya berada di ruangan terpisah dan tidak melepaskan panas ke ruang server. Menghitung perangkat yang berada di luar ruangan dapat membuat hasil perhitungan terlalu besar.

Menghitung Beban Lampu dan Orang

Daya lampu di dalam ruang server dapat langsung dimasukkan sebagai beban panas. Lampu dengan konsumsi total 300 watt akan menyumbang panas mendekati 300 watt selama dinyalakan.

Orang yang berada di dalam ruangan juga menghasilkan panas. Namun, ruang server umumnya tidak ditempati terus-menerus seperti ruang kantor.

Perhitungan sebaiknya menggunakan jumlah maksimum petugas yang biasanya berada di dalam ruangan pada waktu yang sama. Asumsi panas per orang juga perlu mengikuti metode perhitungan HVAC yang digunakan.

Menghitung Beban dari Bangunan

Dinding, atap, pintu, jendela, infiltrasi udara, dan paparan matahari dapat menambah beban pendingin. Besarnya sangat bergantung pada posisi serta konstruksi ruang server.

Ruang server yang seluruh sisinya dikelilingi area ber-AC memiliki beban bangunan yang berbeda dari ruangan dengan dinding atau atap yang berhadapan langsung dengan lingkungan luar.

Jika ruang server memiliki atap yang terkena matahari, dinding luar, pintu yang sering dibuka, atau banyak celah udara, beban tersebut sebaiknya dihitung oleh praktisi HVAC. Perkiraan berdasarkan luas ruangan saja tidak cukup untuk memperhitungkan kondisi tersebut.

Konversi Watt ke BTU per Jam dan TR

Setelah total beban diperoleh dalam watt, nilainya dapat dikonversi dengan rumus:

BTU per jam = watt × 3,41214

Sementara itu:

1 refrigeration ton atau TR = 12.000 BTU per jam

Satu TR setara dengan sekitar 3,517 kW kapasitas pendinginan.

Sebagai contoh, sebuah ruang server memiliki komponen berikut:

Beban IT: 5.000 watt
Rugi UPS: 263 watt
Lampu: 300 watt
Dua orang: 200 watt
Beban dari bangunan: 500 watt

Total beban panasnya adalah:

5.000 + 263 + 300 + 200 + 500 = 6.263 watt

Konversinya menjadi:

6.263 × 3,41214 = sekitar 21.371 BTU per jam

Dalam satuan refrigeration ton:

21.371 ÷ 12.000 = sekitar 1,78 TR

Angka tersebut menunjukkan beban panas hasil perhitungan, bukan rekomendasi otomatis untuk membeli AC berkapasitas 1,78 TR. Kapasitas unit tetap perlu diperiksa berdasarkan kemampuan pendinginan sensible, kondisi suhu luar, panjang instalasi, aliran udara, dan konfigurasi sistem.

Jangan Menentukan Kapasitas Hanya dari PK

PK pada AC pada dasarnya berkaitan dengan tenaga motor atau kompresor dan sering digunakan sebagai penyebutan praktis di Indonesia. Namun, PK bukan satuan yang cukup akurat untuk membandingkan kemampuan pendinginan ruang server.

Dua produk dengan sebutan PK yang sama belum tentu memiliki kapasitas BTU per jam yang sama. Kemampuannya dalam kondisi operasi aktual juga bisa berbeda.

Untuk ruang server, periksa setidaknya:

Kapasitas pendinginan dalam kW atau BTU per jam.
Kapasitas sensible.
Aliran udara.
Kondisi suhu luar yang digunakan dalam rating.
Penurunan kapasitas akibat instalasi.
Kemampuan kontrol dan pemantauan.
Konfigurasi redundansi yang dapat diterapkan.

Spesifikasi kapasitas total belum tentu menggambarkan seluruh kemampuan unit dalam menangani panas dari server.

Periksa Sensible Cooling Capacity

Panas di ruang server didominasi oleh panas sensible, yaitu panas yang menaikkan temperatur udara. Kondisi ini berbeda dari ruangan yang dipenuhi manusia, tempat kelembapan dan panas laten memiliki porsi lebih besar.

AC kenyamanan membagi kapasitasnya untuk menangani panas sensible dan panas laten. Karena itu, AC dengan kapasitas total 24.000 BTU per jam belum tentu mampu membuang 24.000 BTU per jam panas sensible.

Pada spesifikasi unit pendingin khusus ruang komputer, performa umumnya dinilai menggunakan net sensible cooling capacity. Nilai ini lebih relevan untuk dibandingkan dengan beban panas server.

Sebagai contoh, jika beban desain ruang server mencapai 21.000 BTU per jam, jangan langsung memilih unit yang hanya mencantumkan kapasitas total 22.000 BTU per jam. Kapasitas sensible unit tersebut bisa saja berada di bawah beban yang harus ditangani.

Tambahkan Pertumbuhan Berdasarkan Rencana Nyata

Kapasitas pendingin perlu memperhitungkan pertumbuhan perangkat, tetapi cadangannya sebaiknya didasarkan pada rencana yang jelas.

Misalnya, perusahaan berencana menambah server yang diperkirakan akan menaikkan konsumsi daya sebesar 20 persen. Beban desain dari contoh sebelumnya menjadi:

6.263 watt × 120 persen = sekitar 7.516 watt

Nilainya setara dengan:

7.516 × 3,41214 = sekitar 25.645 BTU per jam

Dengan begitu, sistem pendingin dirancang untuk menangani kebutuhan yang sudah mencakup penambahan perangkat tersebut.

Cadangan pertumbuhan sebaiknya tidak ditentukan terlalu besar tanpa dasar. Pendingin yang terlalu besar dapat meningkatkan investasi, membuat pengoperasian kurang optimal, dan tetap tidak menyelesaikan masalah jika distribusi udaranya buruk.

Bedakan Cadangan Pertumbuhan dan Redundansi

Cadangan pertumbuhan dan redundansi memiliki tujuan yang berbeda.

Cadangan pertumbuhan disiapkan untuk menampung kenaikan beban akibat penambahan perangkat. Redundansi memastikan pendinginan tetap berjalan ketika salah satu unit rusak, dimatikan, atau menjalani perawatan.

Dalam konfigurasi N+1, kapasitas yang tersisa setelah satu unit tidak tersedia harus tetap mampu menangani seluruh beban desain.

Jika kebutuhan ruang server adalah 25.645 BTU per jam, dua unit yang masing-masing berkapasitas 13.000 BTU per jam memang memberikan kapasitas total sekitar 26.000 BTU per jam. Namun, konfigurasi tersebut belum memenuhi prinsip N+1.

Ketika salah satu unit berhenti, kapasitas yang tersisa hanya 13.000 BTU per jam. Nilai ini jauh di bawah beban desain.

Redundansi dapat dicapai dengan dua unit yang masing-masing mampu menangani seluruh beban. Pilihan lain adalah menggunakan beberapa unit modular yang masih menyisakan kapasitas cukup ketika satu unit tidak tersedia.

Tingkat redundansi perlu disesuaikan dengan risiko bisnis. Ruang server yang mendukung sistem transaksi, produksi, komunikasi, atau layanan penting biasanya membutuhkan toleransi gangguan yang lebih ketat daripada ruang server untuk sistem pendukung internal.

Kapasitas Besar Tidak Menjamin Server Tetap Dingin

Masalah ruang server tidak selalu disebabkan oleh kurangnya kapasitas AC. Kapasitas total mungkin mencukupi, tetapi udara dingin belum tentu sampai ke bagian depan server.

Udara dingin bisa langsung kembali ke unit AC tanpa melewati perangkat. Udara panas dari belakang rack juga dapat berputar kembali ke sisi intake server.

Kondisi tersebut dapat menimbulkan hotspot, terutama di bagian atas rack, meskipun termostat ruangan menunjukkan temperatur yang terlihat normal.

Beberapa langkah yang umum digunakan untuk memperbaiki distribusi udara antara lain:

Menata rack secara front-to-front dan rear-to-rear.
Membentuk cold aisle dan hot aisle.
Memasang blanking panel pada ruang rack yang kosong.
Menutup celah kabel yang menjadi jalur kebocoran udara.
Mengurangi penghalang pada jalur supply dan return air.
Menggunakan containment jika kepadatan dan konfigurasi ruangan memerlukannya.

Sebelum menambah unit AC, periksa apakah masalah utamanya memang kekurangan kapasitas atau justru sirkulasi udara yang buruk.

Ukur Suhu pada Sisi Masuk Server

Temperatur yang paling relevan adalah suhu udara yang masuk ke perangkat, bukan hanya suhu di tengah ruangan atau angka pada termostat AC.

ASHRAE memberikan rentang rekomendasi umum 18 sampai 27°C pada sisi inlet untuk sejumlah perangkat data center kelas A1 sampai A4. Namun, target operasi tetap perlu mempertimbangkan spesifikasi perangkat, kelembapan, distribusi udara, dan jarak aman terhadap titik panas.

Rentang allowable yang lebih luas juga tidak sama dengan rentang yang direkomendasikan untuk operasi rutin. Perangkat mungkin masih dapat bekerja dalam batas allowable, tetapi kondisi tersebut belum tentu ideal untuk efisiensi dan keandalan jangka panjang.

Sensor sebaiknya ditempatkan di beberapa titik, misalnya pada bagian depan bawah dan depan atas rack untuk mengukur suhu intake. Sensor di belakang bagian atas rack dapat membantu mendeteksi temperatur udara buangan dan titik panas.

Mengandalkan satu sensor yang terletak dekat AC dapat memberikan gambaran kondisi ruangan yang kurang akurat.

Memilih Split AC atau Pendingin Presisi

Split AC dapat digunakan pada ruang server kecil dengan kepadatan beban rendah, terutama jika risiko downtime masih dapat diterima. Namun, kapasitas dan konfigurasi penggunaannya tetap harus dihitung berdasarkan beban panas.

Untuk meningkatkan keandalan, sistem dapat menggunakan lebih dari satu unit, pola pengoperasian bergantian, sensor temperatur independen, alarm, dan prosedur pemeliharaan yang tidak menghentikan seluruh pendinginan.

Split AC biasa tidak otomatis setara dengan sistem pendingin presisi. Rating kapasitasnya dapat lebih berorientasi pada kenyamanan ruangan dan total cooling capacity.

Sistem pendingin presisi, CRAC, in-row cooling, atau solusi khusus data center lebih sesuai ketika ruangan memiliki kepadatan tinggi, membutuhkan kontrol yang lebih stabil, memiliki SLA ketat, atau tidak dapat menoleransi gangguan pendinginan.

Jenis sistem sebaiknya dipilih setelah beban, pola aliran udara, pertumbuhan, kebutuhan kontrol, dan tingkat redundansi diketahui. Sistem yang terlalu kompleks dapat menaikkan biaya tanpa manfaat yang sebanding, sedangkan sistem yang terlalu sederhana dapat meningkatkan risiko operasional.

Kesalahan yang Sering Terjadi

Beberapa kesalahan yang dapat menyebabkan kapasitas pendingin tidak sesuai antara lain:

Menghitung kebutuhan hanya berdasarkan luas ruangan.
Menggunakan PK sebagai satu-satunya dasar pemilihan.
Menjumlahkan seluruh kapasitas power supply, bukan konsumsi aktual.
Hanya menggunakan beban rata-rata dan mengabaikan beban puncak.
Melupakan panas dari UPS yang berada di dalam ruangan.
Menghitung UPS atau baterai yang sebenarnya berada di ruangan lain.
Membandingkan beban server dengan total cooling capacity, bukan kapasitas sensible.
Menempatkan sensor hanya di dekat unit pendingin.
Menganggap margin kapasitas sama dengan redundansi.
Menambah AC tanpa memeriksa hotspot dan sirkulasi udara.
Tidak memasukkan rencana penambahan perangkat.
Tidak memperhitungkan dinding luar, atap, pintu, dan infiltrasi udara.

Prinsipnya bukan semakin besar kapasitas, semakin aman. Sistem yang tepat harus sesuai dengan beban terukur, mampu mengalirkan udara dingin ke inlet server, dapat mengikuti perubahan beban, dan tetap bekerja sesuai kebutuhan saat salah satu komponen tidak tersedia.

Kapan Perhitungan Profesional Dibutuhkan?

Perhitungan sederhana dapat digunakan untuk memperoleh perkiraan awal, terutama pada ruang server kecil dengan konfigurasi yang tidak rumit.

Namun, perhitungan HVAC yang lebih rinci dibutuhkan jika ruangan memiliki kepadatan tinggi, dinding atau atap yang berhadapan dengan lingkungan luar, banyak rack, kebutuhan redundansi, atau sistem yang tidak boleh berhenti.

Perencana juga perlu mengevaluasi kapasitas unit pada kondisi operasi setempat, posisi supply dan return air, penempatan sensor, jalur udara, sistem listrik, UPS, serta skenario gangguan.

Di Indonesia, SNI 8799-1:2023 berjudul “Teknologi informasi, Pusat data, Bagian 1: Spesifikasi teknis pusat data” berstatus berlaku. Standar ini mencakup spesifikasi teknis fasilitas pusat data, termasuk sistem pendinginan.

Namun, angka atau ketentuan tertentu tidak sebaiknya diklaim sebagai persyaratan SNI tanpa merujuk langsung pada dokumen resminya. Standar ini semakin relevan untuk pusat data organisasi, fasilitas dengan SLA ketat, proyek pengadaan, atau sistem yang harus memenuhi persyaratan teknis tertentu.

PT Kumala Kencana Kreasindo menangani perencanaan dan instalasi sistem HVAC serta infrastruktur pendukung ruang server dan data center. Perencanaannya perlu mempertimbangkan beban aktual, kondisi bangunan, distribusi udara, kelistrikan, pemantauan, dan kebutuhan operasional jangka panjang.

Kesimpulan

Kapasitas pendingin ruang server harus ditentukan berdasarkan total beban panas, bukan hanya luas ruangan atau jumlah PK AC. Perhitungan dimulai dari konsumsi daya aktual perangkat IT, kemudian ditambah rugi UPS, lampu, orang, dan beban bangunan sebelum dikonversi menjadi BTU per jam atau TR.

Setelah itu, periksa kapasitas sensible unit, distribusi udara, posisi sensor, pertumbuhan perangkat, dan kebutuhan redundansi. Perhitungan yang tepat harus memastikan panas dapat dibuang dan udara dingin benar-benar mencapai sisi masuk seluruh server.

Cara Menentukan Kapasitas Pendingin Ruang Server

Kapasitas Pendingin Harus Mengikuti Beban Panas

Data yang Perlu Dikumpulkan Sebelum Menghitung