Tendencias en refrigeración para alta densidad

El aumento de kilovatios por rack debe tenerse en cuenta en los diseños para aumentar la eficiencia

10 April 2012 por Virginia Toledo - datacenterdynamics

En los últimos años, la tendencia a incrementar el uso de sistemas de alta densidad en los centros de datos ha ido in crescendo, hasta llegar a convertirse en una auténtica realidad en el mercado que necesita de sus propias soluciones eléctricas y de refrigeración.

La demanda de estos sistemas se debe, por un lado, a que todos los grandes data centers de la actualidad están reservando espacios en sus instalaciones para que en el futuro puedan desplegarse zonas de alta densidad. Por otro lado, en los centros de datos de menor tamaño y en los ya existentes, la alta densidad se implanta como consecuencia de la necesidad de crecer en los mismos metros cuadrados sin tener que trasladarse de emplazamiento.

Esta disposición a incrementar la potencia por rack ha llevado a los fabricantes a idear distintas soluciones de refrigeración para hacer frente a la mayor carga térmica de estos equipos. Sin entrar en detalle, podemos decir que la respuesta de la industria ha sido la de situar el aire acondicionado cada vez más cerca de la fuente de calor, ya sea por encima o al lado del rack.

No obstante, antes de comenzar a enumerar soluciones, conviene determinar qué se considera alta densidad y sus implicaciones para la eficiencia energética del data center.

¿Cuándo es alta densidad?

No hay un consenso en el mercado a la hora de decidir qué número de kW/rack determina un sistema de alta densidad. En el caso de Schneider Electric, se consideran tres niveles de densidad: baja densidad, hasta 3 kw/rack; mediana densidad, hasta 5 kw/rack y finalmente alta densidad, mayor a 5 kw/rack.

Por su parte, Osmo Kuusisto, diseñador y consultor de data centers ubicado en México, eleva ligeramente los rangos, hablando de alta densidad a partir de los 8 kw/rack. Stulz, en cambio, pone el límite con cargas de 15 kW/rack ya que, según la compañía, cualquier otra solución por debajo de esta cifra puede ser enfriada por los sistemas de refrigeración más populares, como los CRAC, un piso falso bien diseñado con fugas mínimas en el flujo de aire, contención de pasillo frío, racks equipados con paneles ciegos en las U que no están en uso, es decir, mediante un data center con un diseño del aire muy bien definido.

También existe confusión en el lado del usuario a la hora de determinar las cargas de sus sistemas. Kuusisto relata el caso de un cliente en México, que solicitó un CPD para una densidad de 15 kW cuando en realidad su densidad promedio era de 2,2 kW.

“Lo idóneo es optar por un acercamiento modular donde se pueden asignar módulos de alta densidad que, a su vez, puedes enfriar con aplicaciones especiales. El acercamiento al enfriamiento es diferente según la densidad eléctrica térmica de cada sala. Hay que pensar en cómo enfriar cada módulo según sus requerimientos de densidad”.

Soluciones de alta densidad

Junto a un adecuado diseño de la sala para mejorar el flujo de aire, las soluciones de alta densidad requieren también de elementos de refrigeración adicional (por encima de los racks o junto a ellos, o bien confinando por completo los bastidores).

Carlos A. Zaldívar, gerente de desarrollo de negocio de las soluciones de refrigeración de Schneider Electric, explica que, de cara a la alta densidad, la firma cuenta con unidades tipo “InRow”, es decir, de enfriamiento lateral; así como con soluciones por expansión directa y enfriadas por agua helada. Asimismo, el porfolio incluye soluciones de contención térmica, ya sea de pasillo caliente, de una sola fila de racks o de un solo rack. “Desde nuestro punto de vista, la mejor solución de enfriamiento para la alta densidad utiliza agua helada como medio físico de intercambio de calor”, subraya.

El uso de una tecnología u otra tiene que ver con la problemática de cada diseño. Así, Osmo Kuusisto diferencia entre CPDs ya existentes y proyectos nuevos. En los primeros, apuesta por enfriadores en los pasillos, encima de los racks o aislamiento de pasillos fríos/calientes. Para nuevos diseños, se puede optar por distintas soluciones como el enfriamiento horizontal usando unidades de refrigeración ubicadas entre los racks de servidores y, en muchos casos, el aislamiento del pasillo caliente.

Por ejemplo, en una sala de cómputo que no tiene más espacio disponible dentro de la sala, tendrá más sentido recomendar una solución por encima de la fila. En cambio, “las soluciones laterales van asociadas a una predefinición de la arquitectura de la sala, por lo que pueden suponer una variación estructural mayor”, aclara Enrique Bernat, director general del negocio de Liebert y Knürr en Emerson Network Power en España.

En el caso de un diseño nuevo que se proyecta con una sola fila de alta densidad, en ésta se podrán implementar soluciones de tipo lateral, según Zaldívar.

En el caso de Stulz, la compañía diferencia dos tipos de soluciones. Hasta los 15 kW/ rack asegura que los mejores resultados se lograrán mediante el uso de CRAC, con control de velocidad del ventilador en función de la presión estática del piso falso, en conjunto con su AirModulator, una parrilla de piso elevado con un regulador motorizado y con control de presión diferencial. “Cada contención de pasillo frío individual debe estar equipada con estos AirModulator, que operan en función de la diferencia de presión entre el pasillo frío contenido y la habitación”.

Por encima de los 15kW/rack Stulz recomienda usar CyberRow, un sistema de enfriamiento CRAC en fila con ajuste dinámico del flujo de aire y capacidad de enfriamiento bajo demanda. Puesto que estas unidades trabajan con flujo de aire horizontal (mientras que los CRAC funcionan con los sistemas de flujo de aire vertical) se recomienda separar las zonas de alta densidad de las zonas de densidad baja o media porque la mezcla de estos sistemas de flujo de aire diferente conduce a la ineficiencia.

Efectivamente, señala Kuusisto, en las salas híbridas se encuentra el aire que se está inyectando por el falso suelo (que sube verticalmente) y el que procede de la alta densidad, que fluye en horizontal. Hay que separar físicamente ambos sistemas, puesto que se podrían crear turbulencias.

Tendencias de futuro

¿Y cómo se conjuga la alta densidad con la eficiencia energética? Osmo Kuusisto advierte de que el coste de enfriar un kW de equipo crítico aumenta con la densidad progresivamente. No es un coste lineal, según el cual un rack de 10 kW cuesta el doble que uno de 5 kW, sino que se trata de una curva ascendente en la que los equipos tienen que trabajar cada vez más para poder enfriar cargas muy altas.

Asimismo, si los equipos de enfriamiento no son respaldados, en caso de un apagón hasta que arrancan las plantas de emergencia los sistemas de aire dejan de funcionar, mientras que la carga crítica sigue generando calor. Por tanto, subraya Kuusisto, hay que hacer bien los cálculos, y determinar cuánto costaría añadir más espacio frente al coste de enfriar kW en entornos de alta densidad.

Mientras tanto, los fabricantes trabajan también en mejorar la eficiencia energética de los equipos, y parte de las tendencias de los nuevos desarrollos se mueven en esta dirección. Según Enrique Bernat, todo pasa por tratar de optimizar la temperatura de consigna de modo que se pueda ampliar el tiempo de free cooling.

“La tendencia que seguimos es tratar de que nuestros equipos funcionen con mayores temperaturas de consigna. El gradiente entre la temperatura exterior e interior es menor y se pueden utilizar temperaturas exteriores con más free cooling que antes. El hecho de que exista alta densidad afecta negativamente, pero los fabricantes nos hemos adaptado con productos cuya temperatura de consigna ha aumentado”, explica.

Es decir, que los diseños de refrigeración para la alta densidad deberán conseguir, en el futuro, una mayor eficiencia energética sin sacrificar en el proceso la alta disponibilidad.
 

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