Climatización Precisa

Climatización Precisa

Nuestra área de Clima de Precisión entrega soluciones ajustadas a sus requerimientos: desarrollo del proyecto, instalación y mantención de equipos, garantizando condiciones optimas de temperatura, humedad, recirculación y filtración del aire para la continuidad operacional de sus equipos e infraestructura tecnológica.

Información de interés

Los equipos necesarios para procesar la información en los data center son intensivos en el consumo de energía y por ello la disminución del indicador PUE (utilización eficiente de la energía), es una de las principales preocupaciones de los Gerentes de Tecnologías de la Información en los data center, para el efecto es necesario analizar y estudiar en detalle los costos operativos de los equipos orientados a la demanda y los equipos que respaldan la operación. Producto que sólo los equipos de climatización consumen el 38% del total de energía en un data center, se hace imprescindible comparar además las distintas alternativas de equipos de aire acondicionado eficientes energéticamente, que se ofrecen actualmente en el mercado para lograr una disminución en el consumo eléctrico total, y con ello una disminución en el precio del producto final.

Los sistemas orientados a la demanda son los servidores, equipos de comunicaciones y otros sistemas de tecnología de la información que apoyan las actividades, los cuales representan un 52% del consumo total del data center. Los sistemas orientados a la oferta existen para apoyar la demanda y son UPS, distribución de energía, sistemas de enfriamiento e iluminación, los cuales representan un 48% del mismo consumo total.

El costo de la energía en un data center representa aproximadamente un 35% de los costos totales. El consumo de los equipos de climatización en un data center representan entre un 38% a un 40% de los costos de energía, por lo tanto, este costo es un 14% de los costos totales de un data center. Cualquier mejora por este concepto influye directamente en el precio del servicio, el cual se compone del housing, costo de la energía y comunicación.

Gestión de la Eficiencia Energética en un Data Center

En un data center el impacto del consumo de energía y su alto costo han acentuado la importancia del consumo eficiente como estrategia para reducir costos, gestionar la capacidad y promover la responsabilidad ambiental al disminuir las emisiones de CO2.

En los últimos 10 años la demanda por servicios de data center ha crecido en forma exponencial, debido a factores económicos, estratégicos y culturales. Los factores económicos que han aumentado la demanda por este servicio son la gran inversión, los elevados costos operativos y de mantenimiento de un data center. Los factores estratégicos son lograr una máxima disponibilidad en la operación de su negocio, la cual se puede ver afectada por una caída de los equipos que procesan la información producto de diversos factores como un corte de energía eléctrica, aumento de temperatura en la sala por sobre el valor máximo que pueden operar los servidores, incendio, entre otras causas. Por último, los factores culturales que han permitido que las empresas confíen su información a un tercero para que aloje a los equipos de TI que procesan sus datos confidenciales y estratégicos de su negocio.

Los principales consumos eléctricos en un data center son generados por los equipos de TI, UPS, distribución de energía y enfriamiento e iluminación, es por ello la importancia de realizar una adecuada gestión la eficiencia energética, con el objetivo de disminuir los costos operacionales, y con ello los precios de los servicios de housing.

Una forma de medir la eficiencia energética de la infraestructura es a través del PUE (Power Utilization Effectiveness), que representa la relación entre energía consumida por el data center con respecto a la energía consumida por los equipos de TI, por lo tanto, permite cuantificar las pérdidas en los sistemas orientados a apoyar la demanda, como por ejemplo, los sistemas de enfriamiento que representan aproximadamente un 38% en el consumo total de un data center.

La reducción del consumo de energía en un data center, principalmente en los sistemas de refrigeración, se torna relevante por el impacto que tiene en el PUE y con ello en el calentamiento global por la reducción en las emisiones de CO2.

En un data center se alojan servidores de clientes pertenecientes a diversos rubros, los cuales tienen distintas necesidades de servicios de TI dependiendo del tipo de negocio y actividad que realicen, sin embargo, estas necesidades tienen un denominador común son cambiantes en el tiempo, es decir, hay periodos de mayor demanda y periodos de menor demanda por servicios de TI, incluso en el transcurso de un día.

Las tecnologías utilizadas acorde a estas necesidades son el uso de servidores tipo Blade junto al Cloud Computing y la Virtualización, las cuales permiten procesar la misma cantidad de datos en un menor espacio físico y consumiendo menos energía por servidor, pero concentrándose en un rack un mayor consumo energético y, por ende, un aumento en la disipación térmica, pudiendo llegar a 30 KW/rack.

Si al servidor ingresa aire a alta temperatura, su rendimiento, disponibilidad y vida útil se reducirán considerablemente, por lo tanto, los sistemas de climatización son uno de los sistemas de apoyos fundamentales del servicio, pero representan el 38% del consumo eléctrico en el data center.

Una gestión eficiente de la energía debe enfocarse también en reducir el consumo de los sistemas de climatización, implementando tecnologías eficientes que permitan la utilización de aire exterior para la transferencia de calor en combinación de mejores prácticas y que además permitan ajustarse a la demanda cambiante.

Problemas actuales en data center existentes

Un data center es un lugar físico donde albergan equipos de misión crítica como servidores, equipos de comunicación y otros equipos electrónicos, mediante los cuales se puede ofrecer gran variedad de servicios a través de internet como por ejemplo, hospedaje web, comercio electrónico, redes sociales, cloud computing, etc. La virtualización es la clave para ofrecer muchos de estos servicios, mediante la utilización más eficiente de los servidores y una asignación flexible de los recursos.

A principio de 1980 la principal preocupación en los data center fue mantener la continuidad del servicio ante una falla en la alimentación eléctrica principal. La climatización no representaba un problema y generalmente se utilizaban sistemas enfriados por agua con grandes torres de enfriamiento.

A fines del 1990 la densidad de energía se convirtió en un problema. Los servidores cada vez son más pequeños y poseen una mayor capacidad de procesamiento de datos, por ende en el mismo espacio (cantidad de U) ocupados por un servidor la disipación térmica es mucho mayor.

En el pasado un rack podía llegar a disipar 1 KW de calor, en la actualidad pueden a disipar 21 KW y se espera que en unos 5 años esta disipación térmica sobrepase los 40 KW/rack. Debido a esto, los sistemas de climatización tradicionales ya no son capaces de enfriar tales disipaciones térmicas.

Esto trae como consecuencias, ineficiencias en los sistemas de climatización precisa, disminución de la confiabilidad del sistema y disminución de el nivel de disponibilidad del servicio.

Figura Nº1: Curva de tendencia disipación térmica de equipos de TI. Fuente Ashrae

Tendencias en los diseños de los data center

Los nuevos data center se están diseñando para disipaciones térmicas mucho mayores a la utilizadas en los data center existentes. La disposición de los racks en la sala, sigue siendo en configuración de pasillos fríos y pasillos calientes, pero además se está utilizando el confinamiento de los pasillo fríos para aumentar la eficiencia de los sistemas de climatización.

Figura Nº2: Confinamiento de pasillo frío

El confinamiento de los pasillo frío permite que todo el aire frío, inyectado por los equipos de climatización a través de la palmetas perforadas de piso, ingrese a los servidores y equipos de TI. De no ser así, se generan cortocircuitos de aire frío y caliente, por lo tanto, los equipos de climatización requieren de una mayor potencia térmica y por consecuencia consumen más energía.

Los sistemas de climatización deben adaptarse a la demanda y alta eficiencia a cargas parciales. Los fabricantes han desarrollado tecnologías que permiten que los equipos se adapten a la carga térmica del data center, con lo cual se logran importantes ahorros energéticos por este concepto. Esto se logra con el uso de ventiladores con variador de frecuencia o electrónicamente conmutados, válvulas de expansión electrónica y compresores inverter o scroll digital.

Buenas prácticas en climatización precisa

Gestión de aire

La eficiencia de los sistemas de climatización varía en forma significativa respecto a varios factores, como por ejemplo si se enfría de manera óptima, si se entrega de manera apropiada el aire frío a la entrada de los equipos de TI y si el aire regresa adecuadamente al equipo de climatización.

Para ello se debe:

  • Eliminar las fugas de aire a través del piso elevado.
  • Separar los pasillo fríos y calientes.
  • Usar blanking panels para eliminar los cortocircuitos de aire frío y caliente en los espacios de los racks donde no hay equipos de TI instalados.
  • Evitar obstrucciones en el plenum de piso elevado que impidan el paso de aire.
  • Ubicar adecuadamente las palmetas de inyección de piso elevado para evitar cortocircuitos de aire.
  • Evitar que el cableado de los rack impida o dificulte en flujo del aire.
  • Conducir el aire caliente a través de un plenum de cielo, para que el aire caliente retorne directamente al equipo de climatización.

Diseños de alta densidad

Los servidores están migrando a ser más densos, con lo cual se requiere un enfoque diferente para el diseño del data center. La infraestructura debe ser capaz de adaptarse dinámicamente a los cambios a corto plazo sin comprometer la disponibilidad.

Las unidades de climatización de alta densidad están diseñada para ubicarse más cerca de fuente de calor, logrando satisfacer necesidades desde 10 KW hasta 60KW de disipación térmica por rack. A ello puede adicionarse el confinamiento de pasillo frío para mejorar la eficiencia al evitar mezclas de aire frío y caliente.

Freecooling Directo

Se denomina freecooling directo a la utilización de aire exterior para climatizar el data center, cuando este se encuentra a menos de 13ºC. Para ello, el equipo cuenta con una toma de aire exterior y una etapa de filtrado para evitar la contaminación ambiental.

Cuando el equipo entra en modo freecooling, los compresores se detienen automáticamente y sólo operan los ventiladores del equipo, los cuales consumen aproximadamente un 20% del consumo total, logrando un importante ahorro energético en las noches, invierno y estaciones intermedia del año.
Este tipo de climatización no se utiliza en Santiago por el nivel de polución ambiental, el cual se acentúa en invierno y puede generar daños en los componentes electrónicos de los equipos de TI, afectando el nivel de disponibilidad del data center.

Figura Nº14: Freecooling directo

Freecooling Indirecto

La climatización es proporcionada sin el uso de los compresores al utilizar una temperatura de entrada del agua al chiller de 18ºC y una temperatura de salida de agua 13ºC. El agua no pasa por el intercambiador de calor agua-refrigerante y pasa por un intercambiador de calor adicional agua-aire. Esto se logra con temperaturas exteriores menores a 13ºC.

En este modo sólo operan los ventiladores del o los chillers y los ventiladores de las unidades manejadoras de aire, disminuyendo el consumo energético aproximadamente un 35%. El freecooling puede utilizarse en las noches, invierno y estaciones intermedias del año.

Manejo Centralizado del Aire

Las unidades interconectadas entre si mediante un sistema de control centralizado pueden operar como un sistema, con lo cual se mejora la eficiencia mediante el aprovechamiento de excedentes de capacidad, capacidad redundante y no compiten con entre si para mantener el control de la humedad.

Los sistemas de gestión supervisan las condiciones de todo el data center, coordinan las actividades evitando conflictos, aumentan el trabajo en equipo, y además son claves para asegurar la disponibilidad, mejorar la eficiencia, planificación y gestionar los cambios.

Inversión versus nivel de disponibilidad

Una de las principales características en un sistema de climatización para un data center es el nivel de disponibilidad, el cual está por sobre la eficiencia energética que éste pudiera lograr. Por lo general, un sistema de climatización es más eficiente cuando cuenta con una lógica control centralizado, integrado e inteligente, que permita tomar decisiones en forma automática dentro de los rangos de los parámetros de operación programados, mediante la comunicación entre las unidades que componen el sistema.

El nivel de disponibilidad viene dado por la confiabilidad que pueda tener el sistema, por lo tanto, mientras menos elementos tenga un sistema más confiable es. En la ciudad de Santiago, generalmente se define un nivel de disponibilidad TIER 3, dado que es el mayor nivel de disponibilidad que se puede conseguir por estar conectados al SIC como único proveedor de electricidad. Pero esto no quiere decir que todos los sistemas que se estudian son igualmente confiables.

En los grandes data center el sistema de climatización utilizado es en base a Chillers. En el caso con chiller enfriados por aire con freecooling, el sistema está compuesto además por las manejadoras de aire y bombas recirculadoras. En cambio el sistema con chiller enfriados por agua, requiere a parte de las manejadoras de aire y bombas recirculadoras, las torres de enfriamiento, intercambiadores de calor y bombas recirculadoras adicionales para la torres de enfriamiento, por lo tanto, este sistema se hace menos confiable y es mucho más costoso.

Otro característica de los sistemas con chiller enfriados por agua, es que dependen del agua para su operación, lo cual agrega una variable adicional a la función disponibilidad de un sitio crítico como un data center. La disponibilidad del agua a mediano plazo o ante catástrofes tiene una cuota importante de incertidumbre. El costo del agua a mediano plazo se incrementara haciendo altamente costosa la operación de una torre de enfriamiento. Un sistema enfriado por aire está libre de esta problemática.

Por todo lo anterior la alternativa más confiable y más eficiente desde el punto de vista energético, es el sistema con chiller enfriados por aire con freecooling.

Andrea Werner Wildner

Equipos de Clima de Precisión Uniflair

Constituida en 1988, Uniflair S.p.A. se ha especializado en el desarrollo y producción de acondicionadores de precisión, y sistemas de refrigeración fiables y vanguardistas, para aplicaciones de misión crítica tales como Data Center o Centros de Datos, Salas de Servidores, Centros de Control, Laboratorios, Salas de Comunicación de Telefonía fija y móvil, sistemas de Telecomunicaciones-Internet y refrigeración industrial y de confort.

Aire Acondicionado de Precisión

Chillers, Enfriadoras

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