Versión de septiembre de 2011

Presentación del tema: "Versión de septiembre de 2011"— Transcripción de la presentación:

1 Versión 1.0 22 de septiembre de 2011
Módulo 6 Diseño de sistemas de refrigeración energéticamente eficientes Versión de septiembre de 2011

2 Dificultades y opciones generales para la refrigeración de los equipos informáticos centrales

3 Tendencia de las cargas de refrigeración de los sistemas informáticos
Tendencia de la carga de enfriamiento de los diferentes sistemas informáticos (expresada en vatios/m2) durante los próximos años. Cabe señalar que se incrementará la potencia específica instalada para la refrigeración. Por tanto, las estrategias para adoptar sistemas más eficientes, así como las mejores prácticas y gestiones de los sistemas de refrigeración son importantes. La eficiencia energética en los centros de datos e infraestructuras de las salas de servidores se ha convertido en un tema importante para la gestión de infraestructuras y los equipos informáticos desde sólo hace unos años: durante los últimos 10 años, el coste de la electricidad se ha incrementado y se espera que continúe aumentando. En algunos casos, los costes de energía representan el 40-50% del presupuesto total del centro de operación de datos Evolución de la carga de calor específica en las aplicaciones informáticas. Fuente [ASHR2005]

4 Diseño adecuado de los sistemas de refrigeración
La selección del diseño adecuado de un sistema de refrigeración en particular está afectado por la infraestructura de la instalación existente; el nivel de potencia total de la instalación; la ubicación geográfica; las limitaciones físicas del edificio (forma, tamaño, orientación, acceso) La selección del diseño adecuado de un sistema de refrigeración en particular se ve afectado por la infraestructura de las instalaciones existentes, el nivel de potencia total de la instalación, la ubicación geográfica, y las limitaciones físicas del edificio.

5 Diseño adecuado de los sistemas de refrigeración
Las opciones típicas para el diseño del sistema de refrigeración se derivan directamente de los clásicos sistemas de refrigeración del espacio, a pesar de que, en la mayoría de los casos, el equipo se encuentra específicamente diseñado para centros de datos y equipos informáticos. El equipo para la refrigeración del centro de datos normalmente está diseñado de forma específica : La carga de calor que se produce en el centro de datos suele estar equilibrada (para su refrigeración, necesita una reducción de la temperatura de bulbo seco), mientras que en un espacio de oficinas está equilibrada y, a la vez, es latente (necesita reducir la humedad como consecuencia del aumento de la presencia humana) Las opciones típicas para el diseño del sistema de refrigeración se derivan directamente de los sistemas de refrigeración clásicos de un espacio, a pesar de que el equipo se encuentra en la mayoría de los casos específicamente diseñado para centros de datos y equipos informáticos. La carga de calor que se produce en un centro de datos suele estar equilibrada (para su refrigeración, necesita una bombilla seca que reduzca la temperatura), mientras que en un espacio de oficinas está equilibrada y, al mismo tiempo, es latente (necesita reducir la humedad, debido al aumento de la presencia humana).

6 Categorización de los centros de datos
Parámetros: Área de la sala; Equipos informáticos instalados (número de racks o servidores); Potencia total de los equipos informáticos; Infraestructura instalada para la refrigeración.

7 Potencia total instalada en los equipos informáticos [kW]
Categorización del tamaño Dependiendo del número de racks y de la potencia total instalada Tipo de espacio Racks instalados Potencia total instalada en los equipos informáticos [kW] Armarios de conexiones 1 - 3 estantes de rack 1 – 18 Salas de ordenadores 1 – 5 3 – 30 Centros de datos pequeños 5 – 20 7 – 100 Centros de datos medianos 20 – 100 28 – 500 Centros de datos grandes > 100 > 200 Source (APC White Paper #59, 2004)

8 Categorización del tamaño Ubicación, insfraestructura y características del sistema
Tipo de espacio Área Características de los equipos informáticos Ubicación, infraestructura y características del sistema Armario de servidor < 20 m2 1-2 servidores Sin almacenamiento externo El uso de sistemas de HVAC (calefacción, ventilación y aire acondicionado) en la oficina. Muchas veces se incluyen UPS y DC. Las condiciones ambientales no se mantienen tan estrechamente. La eficiencia del HVAC es similar a la eficiencia del sistema HVAC de oficinas. Sala de servidor < 50 m2 servidores Uso de sistemas HVAC para oficinas con capacidad de refrigeración adicional (normalmente con sistemas divididos). La refrigeración y el UPS tienen una eficiencia media o baja. Centro de datos < 100 m2 30 – 100 servidores Uso de unidades de CRAC y de distribución del aire por debajo del suelo (opciones más eficientes). Gestión de equipos informáticos y sin optimización de los flujos de aire. Temperatura y humedad muy controladas. Redundancia de refrigeración y potencia: la eficiencia del sistema es baja. Centro de datos de tier mediano < 500 m2 > 100 servidores Almacenamiento externo Distribución del aire bajo suelo o por encima de la cabeza, o unidades CRAC (aire enfriado, ventiladores de velocidad constante, baja eficiencia). Gestión para la optimización de los flujos de aire. Temperatura y humedad muy controladas. Redundancia de enfriamiento y potencia: la eficiencia del sistema es baja. Centro de datos de clase empresarial > 500 m2 > 500 servidores Uso de los sistemas de refrigeración más eficientes, con un sistema de gestión de la energía. Uso de las mejores prácticas en la refrigeración y en la administración del flujo de aire. Redundancia máxima de los sistemas: la eficiencia del sistema es reducida.

9 Los equipos de refrigeración adecuados
Evaluación de las necesidades de refrigeración: Para los equipos informáticos, la carga térmica es igual a la potencia eléctrica absorbida: el correcto dimensionamiento del hardware informático en una instalación de equipos informáticos es el primer paso para lograr la eficiencia En el caso del UPS, varía entre un mínimo y un máximo de carga Respecto a los equipos de iluminación y la presencia humana, se pueden utilizar los valores de referencia estándar ​ ​ La cantidad y el tamaño de los sistemas necesarios también está estrictamente ligada a la categorización del TIER de un centro de datos. Tier 1 = componentes de capacidad no redundante (un único camino para la distribución de la refrigeración y la potencia), lo que garantiza un % de disponibilidad Tier 2 = Tier 1 + Componentes de capacidad redundante, lo que garantiza un % de disponibilidad Tier 3 = Tier 1 + Tier 2 + rutas de distribución de potencia y de refrigeración múltiple y activa, con una sola ruta activa, tiene componentes redundantes y, al mismo tiempo, es fácil de mantener, lo que garantiza una disponibilidad del 99,982% Tier 4 = Tier 1 + Tier 2 + Tier 3 + todos los componentes son completamente tolerantes a los fallos, incluyendo enlaces de subida, almacenamiento, refrigeradores, sistemas de climatización, servidores, etc. Todo lleva una alimentación dual, lo que garantiza una disponibilidad del 99,995% . Esta clasificación afecta enormemente a la infraestructura: la fiabilidad está garantizada gracias a la redundancia de los componentes y a la conexión del sistema de refrigeración al UPS (el sistema eléctrico comprende los UPS), la disponibilidad se logra mediante un sistema de almacenamiento térmico (el sistema eléctrico se completa con generadores y alimentación dual), y la funcionalidad se lleva a cabo mediante la duplicación de conductos y tuberías para la refrigeración.

10 Elementos de un sistema de refrigeración
Fuente: ASHRAE: Save Energy Now Presentation Series, 2009 Elementos de un sistema de refrigeración: Sistema de rechazo del calor; Equipos de refrigeración; Equipos terminales (dispositivo de eliminación del calor interior); Carga de calefacción (equipos informáticos, servicios, operadores).

11 Elementos de un sistema de refrigeración Es importante elegir un equipo eficiente
El equipo de refrigeración opera de forma ininterrumpida y, por lo general, trabaja a la mitad de carga, lo cual no es energéticamente eficiente; La selección de equipos energéticamente eficientes es un paso crítico para lograr la sostenibilidad : Unidades CRAC y CRAH; Ventiladores y otros equipos de ventilación; Bombas; Refrigeradores (aire y agua enfriados); Torres de refrigeración, drycoolers y condensadores de aire enfriado; Humidificadores.

12 Sistemas terminales,de enfriamiento y de rechazo del calor
Los equipos terminales de sistemas de refrigeración tradicionales de los centros de datos están instalados en el techo o montados en el suelo. Todos los demás sistemas, por ejemplo, los montados en la pared, son similares a los instalados en el techo. La unidad terminal interior es un CRAC (que intercambia calor por medio de ventiladores a través de un evaporador), que está conectado a través de un sistema de distribución (bombas y tuberías) a una unidad de condensación (aire refrigerado, movido por ventiladores). Fuente: Libro Blanco #59 de APC

13 Fuente: ASHRAE: Save Energy Now Presentation Series, 2009
Combinaciones típicas de sistemas de terminal, refrigeración y rechazo de calor Sistema de rechazo del calor Equipo de enfriamiento mecánico Equipo terminal Combinación 1 Refrigerador (Aire enfriado) CRAH (agua refrigerada) Combinación 2 Torre de refrigeración CRAH (agua enfriada) Combinación 3 Condensador CRAC (Dividido) Combinación 4 Drycooler CRAC (Agua / Glicol) Combinación 5 Unidad de condensación Unidad de tratamiento del aire (dividida) Unidades de tratamiento del aire de las salas de informática (CRAH) : contienen un ventilador y una bobina de enfriamiento de agua refrigerada y, por lo general, se instalan en los grandes centros de datos que cuentan con una planta de refrigeración central, con componentes de recalentamiento (puede ser eléctrico, de agua caliente, de gas caliente) y humidificadores. Las unidades de aire acondicionado en la sala de ordenadores (CRAC) contienen un ventilador, una bobina de enfriamiento DX y un compresor refrigerante que se puede enfriar por medio de: un refrigerante enrutado a través de un condensador de aire refrigerado (típico), agua bombeada a través de una torre de refrigeración, glicol bombeado a través de un drycooler. Ventiladores, para la circulación de aire (reparten aire frío a los servidores, devuelven aire de escape de la sala) Bombas, para la distribución del agua y del líquido refrigerante Refrigeradores (aire y agua refrigerados), para enfriar el agua a través de un ciclo de refrigeración mecánica, intercambiando calor con el aire o con el agua Economizadores, para el intercambio de calor sin usar o reduciendo el uso de compresores Torres de refrigeración, drycoolers y condensadores de aire refrigerado, para reducir el proceso de calentamiento de la temperatura del agua Humidificadores, para respetar los límites más bajos de humedad del aire (el aire fresco se enfría y, por tanto, está excesivamente deshumidificado) Equipo de ventilación (AHU), para asegurar una ventilación adecuada a los ocupantes, para la utilización directa / indirecta de la potencia de refrigeración del aire exterior, para el filtrado de partículas. Fuente: ASHRAE: Save Energy Now Presentation Series, 2009

14 Tamaño del centro de datos y posible elección y distribución del sistema de refrigeración
 Sistema y montaje Tipo de sala Armario Salas de ordenadores Centros de datos pequeños Centros de datos medianos Centros de datos grandes Sistema de aire enfriado DX (dividido) Montado en el techo Sí, si hay un acceso corto a la cubierta Sí, si hay un acceso corto a la cubierta y la potencia es de kW Sí, si hay acceso a la cubierta y la potencia es de 6-30 kW No, capacidad de refrigeración insuficiente Montado en el suelo No, ocupa el espacio del suelo Sí, si el acceso a la cubierta es corto y la potencia es > 30 kW Sí, si hay acceso a la cubierta y la potencia es de > 25 kW Sí, en soluciones de densidad baja: bajo coste Sistema compacto de aire refrigerado Sí, espacio para conductos Sí, si hay espacio para conductos Sí, si hay conductos bajo el techo Sí, si hay espacio para conductos y la potencia es < 12 kW Sistema de glicol refrigerado (dividido) No, potencia de refrigeración superior Sí, si hay acceso a la cubierta No, supera el espacio del suelo Sí, si hay acceso a la cubierta y espacio en el suelo Sí, si hay acceso a la cubierta Sí Sistema de agua refrigerada Posible en construcción de gran altura. Posible en construcción de gran altura. Csistema de agua congelada

15 Clasificación ASHRAE Clase A1: instalación de comunicaciones de datos con estricto control de parámetros ambientales (punto de rocío, temperatura y humedad relativa) y operaciones de misión crítica. Los tipos de productos que normalmente están diseñados para ese entorno, son los servidores de empresas y los productos de almacenamiento. Clase A2: espacio para la comunicación de datos, oficinas o laboratorios con algún tipo de control de parámetros ambientales (punto de rocío, temperatura y humedad relativa). Los tipos de productos que normalmente están diseñados para ese entorno son los pequeños servidores, los productos de almacenamiento, los ordenadores personales y las estaciones de trabajo. Clase A3/A4, Clase B, Clase C Las Clases A1 y A2 son entornos diseñados principalmente para equipos informáticos centrales.

16 Clasificación ASHRAE: condiciones de la entrada de aire
Clase Bulbo seco recomendado [°C] Humedad recomendada Bulbo seco admisible [°C] Humedad admisible A1 18 – 27 Punto de rocío 5,5°C a 60% r.h. y punto de rocío 15°C 20 a 80% 17°C punto de rocío máximo A2 20 – 25 Punto de rocío 5,5°C a 60% r.h. y punto de rocío 15°C 10 – 35 21°C punto de rocío máximo La ASHRAE especifica que todas las condiciones se refieran al aire que penetra en el equipo informático. Un error frecuente que se debe evitar es medir la temperatura o colocar sensores en otras posiciones de medición (por ejemplo, en las paredes de la sala). El punto de rocío es el mejor parámetro que existe ya que, de hecho, se refiere a la cantidad absoluta de humedad que hay en el aire, un factor que podría causar problemas de condensación en superficies frías. El nivel de humedad a una temperatura de aire específica es un criterio fundamental.

17 Clasificación ASHRAE: condiciones de la entrada de aire
El área permitida para las condiciones de un punto de referencia se ha ampliado en comparación con la anterior versión de las directrices ASHRAE (ver Tabla 7). El valor recomendado garantiza la fiabilidad del hardware informático según el estado de la técnica de los equipos informáticos. Manejar los equipos fuera de las condiciones permitidas durante períodos de tiempo más largos puede afectar a largo plazo a la disponibilidad o al rendimiento de algunos componentes del centro de datos. En las últimas versiones revisadas de la normativa de la ASHRAE, publicadas en 2008, se han ampliado los niveles de humedad relativa permitidos. The maximum rate of temperature change is important especially for direct free cooling systems options and needs to be controlled to ensure safe operation of the system . The recommended ASHRAE level set the maximum rate of temperature change at 5 °C per hour for class 1 and 2 datacenters.

18 Código de Conducta de la UE sobre los Centros de Datos: condiciones ambientales
Los índices de temperatura marcados por la ASHRAE se han tomado como referencia para la elaboración del código de conducta en los centros de datos (Código de Conducta sen los Centros de Datos). El proyecto ETSI EN de las Normas de Telecomunicaciones del Instituto Europeo define los parámetros de temperatura y humedad en los equipos de telecomunicaciones, así como para las áreas del centro de datos: en enero de 2012, los fabricantes de equipos informáticos deben ajustarse a este nivel de temperatura de funcionamiento (los firmantes del Código de Conducta).

19 Solución de refrigeración energéticamente eficiente en los centros de datos

20 Opciones de mejora en los sistemas informáticos pequeños Salas de servidores existentes
Caracterización de los sistemas informáticos pequeños Opciones de mejora básicas en las salas de servidores existentes - Densidad de potencia específica baja - Uso de soluciones tradicionales HVAC (no CRAC) - Distribución de la carga no homogénea (espacial, temporal) - Gestión y control reducido - Poco interés en la mejora de la eficiencia - Control y gestión de las condiciones ambientales (puntos de ajuste) - Verificación de los conductos / tuberías de aislamiento (aire / agua / líquido frío y caliente) - Evaluar la sustitución de los componentes del sistema de refrigeración obsoletos / menos eficientes - Control y verificación de la distribución del sistema de refrigeración instalado: distancia entre los sistemas de refrigeración y las cargas - Correcta evaluación (a posteriori) de la potencia instalada para la refrigeración - Ubicación adecuada de los sensores - Análisis de la concentración de la carga (temporal y espacial) visión general sobre algunas de las características típicas de los sistemas informáticos pequeños y las salas de servidores, así como de las opciones básicas para la mejora tanto en las nuevas instalaciones como en las ya existentes

21 Opciones de mejora en los sistemas informáticos pequeños Salas de servidores nuevas
Caracterización de los sistemas informáticos pequeños Opciones de mejora básicas en las salas de servidores nuevas - Densidad de potencia específica baja - Uso de soluciones tradicionales HVAC (no CRAC) - Distribución de la carga no homogénea (espacial, temporal) - Gestión y control reducido - Poco interés en la mejora de la eficiencia - Selección de los sistemas de refrigeración tradicionales más eficientes - Evaluación del uso de la refrigeración basada en el rack (concentrando las cargas) - Evaluación de la posibilidad de usar la ventilación natural (directa o no) visión general sobre algunas de las características típicas de los sistemas de equipos informáticos pequeños respecto a las salas de servidores y de las opciones básicas para la mejora tanto en las instalaciones existentes como en las nuevas

22 Acondicionadores de aire: tipos, eficiencia y costes de los sistemas divididos
Los sistemas divididos se componen de: una unidad de condensación montada en el exterior; y una unidad interna de acondicionamiento. Los acondicionadores de aire móviles divididos tienen : una unidad portátil interior que contiene el compresor, lo que conduce a una menor eficiencia. En las salas de servidores más grandes muchas veces se instalan pequeñas unidades portátiles para evitar la aparición de puntos calientes, o se montan en las salas de redes para complementar el sistema de aire acondicionado del edificio; ¡Estas unidades portátiles pequeñas no son eficientes! ¡Por lo general, tienen un tubo de escape que calienta la zona! En el caso de las instalaciones informáticas y las salas de servidores pequeñas, la solución más sencilla es la instalación de un sistema dividido tradicional (también llamado refrigeración confortable). Los sistemas de división se componen de una unidad de condensación externa y una unidad acondicionadora interna. Los acondicionadores de aire móviles divididos tienen una unidad portátil interior que contiene el compresor, lo que lleva a una menor eficiencia. Las unidades portátiles pequeñas a menudo se instalan en la sala de servidores más grandes para evitar puntos calientes, o en los armarios de red para complementar el sistema de aire acondicionado del edificio. Los sistemas divididos son fáciles de mantener y tienen un coste general comparativamente bajo. Sin embargo esta tecnología no es aplicable a todas las situaciones y el control de los equipos informáticos de entrada de temperatura, humedad y de los puntos críticos es deficiente. La eficiencia de un sistema dividido depende de la eficiencia del intercambiador de calor exterior e interior y de los motores eléctricos del sistema compresor. La eficiencia global de la tecnología del sistema dividido ha aumentado en los últimos años con el uso de módulos de recuperación de calor.

23 Adquisición de un equipo energéticamente eficiente
Dependiendo de la potencia de enfriamiento: < 12 kW: etiqueta energética de la UE > 12 kW: sistema de certificación Eurovent Las características de rendimiento de los componentes del sistema y los datos técnicos sobre el diseño y las posibles aplicaciones están disponibles en la información de los instaladores y los fabricantes. En el caso de las unidades que se encuentran por encima de una potencia nominal de 12 kW, en la UE es obligatorio incluir la etiqueta energética, así como un conjunto de especificaciones técnicas. En la compra de nuevos aparatos de menos de 12 kW de potencia refrigerante, la etiqueta energética (obligatoria en la UE) debería ayudar en la decisión de compra. El programa de certificación Eurovent ha sido desarrollado por la industria como un acuerdo voluntario para etiquetar los aparatos que consumen más de 12 kW de potencia. Este sistema voluntario ha adoptado un etiquetado A-G basado en el rendimiento EER

24 Etiqueta energética de la UE actual y propuesta para unidades pequeñas de aire acondicionado (<12 kW) Teniendo en cuenta que la eficiencia se calcula de forma diferente, no es posible comparar directamente los valores EER (plan antiguo) y SEER (plan nuevo) Como regla general : SEER ≈ EER + 3.0 Para identificar los equipos que poseen eficiencia energética en el nuevo sistema de etiquetado de la UE relacionado con la directiva ERP (diseño ecológico- directiva para los productos relacionados con la energía). En cuanto a los sistemas que tienen una potencia <12 kW, es obligatorio el etiquetado de la UE y los nuevos criterios revisados ​​entrarán en vigor en El nuevo sistema de etiquetado se ha completado y aprobado en la primavera de Sólo nos deberíamos referir a la última versión que se publicará pronto.

25 Valor de la eficiencia del sistema de refrigeración
EER - índice de la capacidad total de enfriamiento a la entrada de potencia efectiva de la unidad, expresada en vatios / vatios; SEER (Relación Estacional de la Eficiencia Energética): se define y se utiliza en Europa; IPLV (Relación Estacional de la Eficiencia Energética): se define y se utiliza en Norteamérica; Los valores IPLV y SEER se obtienen utilizando la media ponderada de la eficiencia (EER) de los enfriadores en los diversos pasos de carga nominal (25%, 50%, 75% y 100%). La hipótesis de cálculo indicada por la EER, con una temperatura del aire de 35 ° C y una temperatura del agua 15 ° C, sólo puede servir como un primer indicador para la evaluación de la eficacia real. La Relación Estacional de la Eficiencia Energética (SEER), calculada como la relación de potencia de refrigeración (en Btu / hr) respecto a la potencia eléctrica (en vatios) en un punto de operación dado (la temperatura interior y exterior y las condiciones de humedad) proporciona el rendimiento general esperado teniendo en cuenta las condiciones climáticas típicas de la zona.

26 Sistemas divididos con convertidores
La tecnología de sistemas divididos ha mejorado en varios aspectos. Es posible adaptar los sistemas de agua enfriada o combinar diferentes temperaturas ambiente en varias unidades de aire acondicionado conectadas al mismo condensador. El uso de convertidores en motores y en controles inteligentes han aumentado considerablemente la eficiencia de la refrigeración.

27 Refrigeración basada en el rack en salas de servidores pequeñas
La adopción de la ventilación natural en los sistemas informáticos y en las salas de servidores pequeñas está sujeta a una amplia gama de limitaciones; La limitación es principalmente técnica: las salas o armarios de servidores pequeños a menudo se encuentran en zonas del edificio donde el acceso al aire exterior es difícil; en el caso de las salas de servidores de los edificios nuevos, es posible aplicar la ventilación natural si se considera durante la fase de diseño del edificio y de las habitaciones. La ubicación de la sala, las opciones para instalar conductos / tuberías, y los gastos subsiguientes son los principales factores que influyen en el uso de la ventilación natural; En cuanto a las reformas de los sistemas existentes, las dificultades y los costes suelen ser elevados y es necesario realizar un análisis de gastos y beneficios.

28 Dificultades y opciones para centros de datos y sistemas más grandes
Opciones básicas para los sistemas existentes Opciones básicas para los nuevos sistemas - Control y gestión de las condiciones ambientales (puntos de ajuste, programación, posición y número de sensores) - Sustitución de los componentes del sistema de refrigeración obsoletos / menos eficientes (compare la clase más eficiente de los sistemas existentes con la clase más eficiente del mercado) - Verificación de los conductos / tuberías de aislamiento (aire / agua / líquido frío y caliente) - Control y verificación de la distribución del sistema de refrigeración instalado: distancia entre los sistemas de refrigeración y las cargas, optimización de los flujos de aire, salidas de aire en las partes selladas) - Análisis de la tecnología y la eficiencia de la refrigeración - Utilización de las opciones del diseño del flujo de aire (pasillos de frío / calor, piso elevado / retorno a los conceptos plenum) - Uso de refrigeración basada en el rack - Evaluación del uso de ventilación natural (directa / indirecta) - Uso de ventilación natural por agua - Instalación de refrigeración basada ​​en un procesador ( líquido, tuberías de calor, cobre), - Uso de la recuperación del calor residual - Configuración de un sistema de refrigeración modular (asociado al concepto de diseño y gestión de los equipos informáticos) En el caso de los centros de datos de tamaño mediano o grande, resulta más rentable disponer de una mayor eficiencia energética de los sistemas y la infraestructura de los equipos informáticos, aunque también hay que tener en cuenta que algunas restricciones son mayores. Por ejemplo, la mayor fiabilidad requerida de los sistemas y el aumento de los gastos de capital podría suponer un obstáculo para las medidas de eficiencia. El enfoque tradicional para la refrigeración en los centros de datos medianos y grandes se ha basado en la refrigeración por aire. Se ha sido diseñado un centro de datos estándar cuya refrigeración emplea una media de 7,5-10 kW/m2, lo que se traduce en 3.1 KW / rack. Los centros de datos más caros y modernos están diseñados para enfriar con un promedio de 20 kW/m2, lo que todavía limita la densidad de potencia por rack a 4.5 KW (recordemos que la capacidad plena del rack es superior a 25 KW / rack). La arquitectura tradicional emplea unidades CRAC en la periferia de la sala del centro de datos, utilizando agua fría de un refrigerador de aire libre. Además de los equipos informáticos, es necesario tener en cuenta otras fuentes de calor que haya dentro y fuera del edificio

29 Elección de los sistemas y la eficiencia del refrigerador
Los refrigeradores por agua refrigerada son una opción mejor que el aire enfriado y el DX: ofrecen una mayor eficiencia termodinámica Los refrigeradores por aire frío y líquido enfriado difieren en cuanto a su EER (Índice de Eficiencia Energética), que en los sistemas por agua por lo general es de aproximadamente 3,5 y en los sistemas por aire es de alrededor 2,5. 'El Índice de Eficiencia Energética Nominal' (EERrated) expresa la capacidad declarada de refrigeración [kW] dividida por la potencia nominal de refrigeración [kW] de una unidad cuando proporciona refrigeración en condiciones de calificación estándar. Las condiciones de calificación estándar son: temperatura del agua entre 15 y 18 ° C, temperatura exterior de 35 ° C. Los refrigeradores por agua enfriada son una primera opción por encima del aire refrigerado y el DX gracias a su mayor eficiencia termodinámica. Fuente: ASHRAE Save energy now presentation, 2009

30 Distribución típica en los centros de datos medianos y grandes
Extraído de De: Estrategias de refrigeración de equipos informáticos - HP

31 De: ASHRAE Save energy now presentation, 2009
Refrigeración por aire: diseño del flujo de aire, de pasillos fríos/calientes, suelo elevado/ concepto plenum En los centros de datos más grandes los equipos informáticos se colocan filas con entradas de aire dirigidas hacia el pasillo frío. El aire frío se suministra al pasillo frío, pasa a través de los equipos y se descarga en el pasillo caliente Distribución de pasillos fríos y calientes de un centro de datos en los centros de datos, los racks se organizan en pasillos alternativos llamados diseño de pasillos calientes / fríos. El equipo informático está montado en racks, que contienen los equipos informáticos (servidores, almacenamiento, equipos de red, unidades de alimentación y unidades de distribución de energía), que se colocan juntos en largas hileras. El aire de entrada procede de los pasillos fríos, que pasa a través de los equipos informáticos que se encuentran en el rack y se expulsa hacia el pasillo caliente. Las condiciones de entrada de aire se encuentran especificadas en las condiciones ambientales de los equipos informáticos. La cantidad de aire que se suele necesitar por rack es de 60 a 85 m3 / h. De: ASHRAE Save energy now presentation, 2009

32 De: ASHRAE Save energy now presentation, 2009
Refrigeración por aire: diseño del flujo de aire, de pasillos fríos/calientes, suelo elevado/ concepto plenum Las características del flujo de aire son un elemento importante a tener en cuenta. La dirección recomendada del flujo de aire es de adelante hacia atrás (F-R), de delante hacia arriba (F-T) o de delante hacia arriba + atrás(F-T/R). Direcciones de los flujos de aire en los racks para la configuración de pasillos fríos/calientes en los centros de datos, los racks se organizan en pasillos alternativos llamados diseño de pasillos calientes / fríos. El equipo informático está montado en racks, que contienen los equipos informáticos (servidores, almacenamiento, equipos de red, unidades de alimentación y unidades de distribución de energía), que se colocan juntos en largas hileras. El aire de entrada procede de los pasillos fríos, que pasa a través de los equipos informáticos que se encuentran en el rack y se expulsa hacia el pasillo caliente. Las condiciones de entrada de aire se encuentran especificadas en las condiciones ambientales de los equipos informáticos. La cantidad de aire que se suele necesitar por rack es de 60 a 85 m3 / h. De: ASHRAE Save energy now presentation, 2009

33 Distribución vertical en el subsuelo
Para permitir el suministro de aire acondicionado, por lo general las habitaciones están dispuestas con un piso elevado. Este diseño es uno de los que se utilizan más comúnmente en los centros de datos, donde el aire de refrigeración se suministra mediante un sistema de conductos en el subsuelo conectados a las unidades CRAC, y el aire caliente fluye de manera natural de los racks hacia el techo y de nuevo al CRAC. Por lo general lleva a un gradiente de temperatura subóptimo dentro de los racks, más fríos en la parte inferior y más calientes en los sectores más altos De: ASHRAE Save energy now presentation, 2009

34 Vertical por encima de la cabeza
En el diseño vertical por encima de la cabeza, el aire frío se suministra a los racks de equipos informáticos a través de un sistema de conductos instalados en el techo y vuelve de forma natural (sin conducto) hacia el sistema de refrigeración: sin piso elevado y con un gradiente de temperatura uniforme dentro de los racks. De: ASHRAE Save energy now presentation, 2009

35 De: ASHRAE Save energy now presentation, 2009
Unidades locales de refrigeración por encima de la cabeza en un sistema VUF Normalmente se utilizan para contar con una refrigeración suplementaria con el fin de evitar la aparición de puntos calientes en los racks de alta densidad; Si no se puede lograr una distribución adecuada del flujo de aire a través de los racks, o si hay cargas de alta densidad; Las unidades locales de refrigeración por encima de la cabeza se pueden colocar sobre los pasillos fríos, o los intercambiadores de calor montados en el rack pueden enfriar el aire caliente que sale del rack o preenfriar el aire de alimentación. De: ASHRAE Save energy now presentation, 2009

36 De: ASHRAE Save energy now presentation, 2009
Incremento de la eficiencia en una configuración de pasillos calientes / fríos Utilice plenums de aire de retorno y dirija el aire de retorno por los conductos En el pasillo caliente / pasillo frío la principal acción es aumentar la eficiencia y la separación del flujo de aire: - Utilice plenums de aire de retorno y el conduzca el aire de retorno de las unidades de refrigeración para llevar el aire más caliente desde la parte superior del espacio - Coloque suministros de aire (baldosas del suelo perforadas o difusores) solamente en los pasillos fríos, cerca de los equipos informáticos activos Coloque los suministros de aire (difusores o baldosas perforadas) únicamente en los pasillos fríos De: ASHRAE Save energy now presentation, 2009

37 Incremento de la eficiencia en una configuración de pasillos calientes / fríos
Instale barreras del flujo de aire como confinación del pasillo caliente / frío Para reducir al mínimo la recirculación (generalmente usando barreras físicas): - Instale barreras del flujo de aire tales como contenciones del pasillo caliente / pasillo frío para reducir la mezcla de aire caliente de salida con el aire frío de la habitación - Instale paneles ciegos en todos los pasillos de racks abiertos y dentro de los racks para evitar la recirculación del aire caliente - Controle la colocación y el sellado de las aberturas para cables y las baldosas. Instale paneles ciegos en todos los lugares abiertos

38 Optimización de los sistemas de cables
La optimización de los sistemas de cables se debe hacer a nivel del rack, a nivel de sala (techo, piso o subsuelo) y en los sistemas de conexión externos. Una distribución lineal y ordenada también beneficiará a los trabajos de mantenimiento y de emergencia

39 Incremento de la eficiencia en una configuración de pasillos calientes / fríos
Ubicación de las unidades CRAC: La ubicación óptima de las unidades CRAC es al final del pasillo caliente y las unidades deben colocarse perpendicularmente a los pasillos calientes: acorte la ruta de aire de retorno, reduciendo el cortocircuito directo de aire frío que procede de los pasillos fríos La ubicación de las unidades CRAC normalmente es otra causa de una baja eficiencia. La ubicación óptima de las CRAC es al final del pasillo caliente y las unidades se colocarán perpendicularmente a los pasillos calientes, con el fin de acortar el camino del aire de retorno, reduciendo el cortocircuito directo de aire frío procedente de los pasillos fríos.

40 (Source: HP) Control y supervisión de los sistemas de refrigeración: problemas de gestión

41 Problemas en la gestión del aire
La temperatura del aire de entrada y la velocidad del aire pueden afectar seriamente a la eficacia de un sistema y se deben supervisar continuamente; Los puntos calientes y las ineficiencias en los centros de datos existentes son relativamente fáciles de identificar realizando análisis termográficos o instalando una red de sensores inalámbricos. . Imagen IR, de:

42 Problemas en la gestión del aire
Para el diseño y la optimización del proceso de refrigeración se puede ayudar del software de simulación Dinámica de Fluidos Computacional (CFD), con el fin de predecir los fenómenos físicos térmicos / fluidos en el centro de datos; Las mediciones físicas y las pruebas de campo no son sólo son una tarea ardua y larga, sino que a veces resultan imposibles.   La temperatura del aire entrante y la velocidad del aire pueden afectar seriamente a la eficacia de un sistema y se deben supervisar continuamente. Ejemplo de CFD, de:

43 Punto de ajuste y capacidad de refrigeración de un sistema dividido
Ajustes de temperatura y humedad en los centros de datos medios y grandes Punto de ajuste y capacidad de refrigeración de un sistema dividido (Fuente: P. Riviere y otros, Estudio preliminar sobre el rendimiento ambiental de aparatos residenciales de acondicionamiento de salas ) La ampliación de los niveles de control de temperatura y humedad aumenta las "bandas muertas" operacionales y disminuye la capacidad de los sistemas para "luchar" entre sí, con una reducción en el uso de la humidificación y deshumidificación. En el caso de los sistemas DX y de agua helada, realizar ajuste de temperatura más caliente por lo general aumenta la capacidad y la eficiencia de los sistemas de refrigeración. En los sistemas de agua helada se consigue un ahorro adicional por el aumento de la diferencia de temperatura del rack. En cuanto a los sistemas que poseen economizadores de aire laterales, economizadores de agua laterales y enfriamiento por evaporación, si se realiza un ajuste de temperatura más elevada se aumentarán las horas de funcionamiento en modo de refrigeración sin compresor. Una temperatura de aire mayor suele dar lugar a un incremento en las horas de uso del economizador y a una refrigeración mecánica más eficiente, pero con un "factor de seguridad" más bajo respecto a las condiciones de entrada de los equipos informáticos; En el caso de los DX y de los sistemas de agua helada, realizar un ajuste de temperatura más caliente por lo general aumenta la capacidad y la eficiencia de los sistemas de refrigeración

44 Soluciones para la falta de homogeneidad espacial y temporal
difunde las cargas informáticas y las cargas de calor consecuentes despoblando los racks. Falta de homogeneidad temporal: Utiliza sistema de almacenamiento de agua refrigerada; En los centros de datos con una densidad de potencia elevada (por ejemplo, más de 15 kW por rack): se pueden integrar nuevos sistemas de refrigeración en los racks y conseguir que operen de forma independiente (sistemas de refrigeración basados en RACK) Tradicionalmente, era una estrategia muy común difundir las cargas informáticas y las cargas de calor subsiguientes despoblando los racks. La refrigeración normalmente se proporciona a nivel del pasillo y luego a nivel del rack. Se puede tener en cuenta para la renovación de los sistemas existentes y evitar la integración de alta densidad de calor de la refrigeración líquida directa . Un análisis termográfico puede ayudar a mejorar la eficiencia en la gestión del flujo de aire en los sistemas tradicionales (fugas de aire, problemas de difusión de aire, un control deficiente). Una buena opción para hacer frente a la falta de homogeneidad temporal es emplear un almacenamiento térmico con agua fría para abarcar cargas excepcionales, fallos en el sistema de refrigeración o una insuficiencia en la capacidad de enfriamiento. En los sistemas tradicionales, donde se difunde el aire de enfriamiento desde el subsuelo, la disposición de los racks es un factor muy importante para la optimización del sistema de refrigeración. Un correcto posicionamiento de las baldosas de las cuales se difunde el aire frío evita la mezcla de aire caliente y frío. Una colocación inadecuada del difusor también puede anular las ventajas que ofrece la separación entre el pasillo caliente y frío. El suministro de aire se situará lo más cerca posible de las tomas de aire de los equipos, manteniendo el aire frío en los pasillos fríos. En el caso de que haya una distribución de aire bajo el suelo, las baldosas perforadas deben estar dispuestas en los pasillos fríos.

45 Refrigeración basada en el rack
La refrigeración basada en el rack es capaz de disipar unos 20 kW de calor y está sellada, con el fin de garantizar la circulación de un flujo constante de aire fresco. La refrigeración basada en el rack a menudo se combina con el sistema de refrigeración líquida para ayudar a la refrigeración de alta densidad. En cuanto a los centros de datos con alta densidad de potencia, por ejemplo, más de 15 kW por rack, los nuevos sistemas de refrigeración se pueden integrar en los racks y operar de manera independiente. Estos sistemas de refrigeración contienen un circuito de expansión directa o de refrigeración de agua helada. Se pueden integrar en un solo rack o instalarse en una hilera de racks (incluyendo cables de alimentación, cables de datos para conectarse entre sí). Esta tecnología también se utiliza en casos donde no se encuentra un espacio para la instalación de un sistema de refrigeración. Source: highdensityrackcooling.com

46 Refrigeración en hileras
Diseño del centro de datos con refrigeración en hileras. Fuente: APC por Schneider Electric, 2010; Libro Blanco #139 rev.0

47 Refrigeración en hileras a carga parcial
La refrigeración basada en hileras coloca el aire acondicionado dentro de las filas de los equipos informáticos, en lugar de hacerlo en el perímetro de la habitación. El camino que recorre el aire es menor y la mezcla de aire caliente y frío se reduce drásticamente. La distribución de la refrigeración es más precisa y ajustable a la demanda (localmente): la eficiencia es mayor, en comparación con la refrigeración de una sala con controladores aéreos. Aunque son moderadamente eficaces, los refrigeradores en hilera no se pueden utilizar para la refrigeración de un rack o de varios racks específicos, ya que no están conectados directamente a cualquier rack. No pueden determinar la dirección exacta del 100% de su flujo de aire o de su capacidad de refrigeración. La limitación actual de la capacidad es de alrededor kW por refrigerador en hileras (no por rack). Los refrigeradores en hileras están conectados a un sistema de agua refrigerada central a través de tubos flexibles hidráulicos. De: APC White paper #126, rev. 1.

48 Sistema de refrigeración líquida
La eficiencia de la refrigeración por agua es 14 veces mayor que la de la refrigeración por aire La tecnología de refrigeración más eficiente y moderna que se instala en los centros de datos es la refrigeración líquida. En este sistema, la eliminación del calor se consigue en o cerca de la fuente de calor. El intercambio directo de calor líquido se puede organizar a nivel del rack, a nivel del servidor o incluso a nivel del procesador. No se pierde capacidad de refrigeración en la sala. La figura muestra el principio de refrigeración por agua a nivel de rack que se puede aplicar tanto en los centros de datos nuevos como en los reformados. La opción de un piso elevado indicada no es obligatoria en la instalación, sino que facilita el mantenimiento y reduce los costos generales de instalación. El refrigerador se puede combinar con las soluciones de ventilación natural De: S. Novotny, Diseño ecológico de un centro de datos: refrigeración por agua para una máxima eficiencia

49 Diseño del sistema de refrigeración líquida
La figura ofrece una descripción general más detallada de un sistema de refrigeración líquida: la torre de refrigeración (externa) está conectada a un refrigerador que cuenta con un sistema de agua condensada, la unidad de distribución de refrigeración (que se encuentra en el centro de datos) y el rack están equipados con un sistema de refrigeración (directamente o a través de un intercambiador de calor) y el sistema de control (sistema de refrigeración Datacom). Este concepto permite que haya temperaturas de refrigeración media más altas en el equipo informático, aumentando las oportunidades de "ventilación natural" y apoyando a las soluciones avanzadas, como la refrigeración basada ​​en un procesador De: presentación de ASHRAE Save energy now, 2009

50 De: presentación de ASHRAE Save energy now, 2009
Refrigeración líquida a nivel del rack, con intercambiador de calor central La refrigeración líquida se puede diseñar a través de un intercambiador de calor refrigerado por líquido contenido en una unidad de distribución de la refrigeración de la sala (Figura) o con el intercambiador instalado directamente a nivel del rack (instalado en el rack) De: presentación de ASHRAE Save energy now, 2009

51 De: ASHRAE Save energy now presentation, 2009
Refrigeración líquida a nivel del rack, con intercambiador de calor líquido a aire La refrigeración líquida también se puede diseñar en base a una unidad CRAC que sustituye al intercambiador de calor central (Figura 25) y que distribuye el aire en un concepto de pasillo caliente / pasillo frío, combinado con un intercambiador de calor de aire a agua a nivel del rack. La refrigeración líquida se utiliza frecuentemente en la rehabilitación de los centros de datos existentes. Los ahorros respecto al espacio y a la instalación pueden ser importantes. Las unidades CRAC existentes se pueden utilizar en un intercambiador de calor de líquido a aire. Sin embargo, los costes de implementación de la refrigeración líquida pueden ser elevados. Por lo general, la refrigeración líquida se combina con la refrigeración por aire. La refrigeración líquida puede abarcar elevadas densidades de calor y permite aplicar una estrategia altamente modular con el fin de evitar cualquier problema producido por un punto caliente. La redundancia de los refrigeradores en los sistemas de agua directa es menos costosa en comparación con la instalación de sistemas redundantes CRAC o de otras soluciones tradicionales y la disponibilidad es mayor. El ajuste óptimo de las condiciones de refrigeración en función de la carga por rack y por servidor supervisada permite un diseño muy eficiente. La refrigeración líquida natural también puede utilizar agua no potable (agua industrial, agua de los ríos, lagos, ..), aunque requiere un análisis detallado de la fuente de suministro (temperaturas, caudales y propiedades del agua durante el año). De: ASHRAE Save energy now presentation, 2009

52 Refrigeración basada en un procesador
El último avance en materia de sistemas de refrigeración de equipos informáticos es un componente de refrigeración basado ​​en el uso de agua "caliente". El concepto general es bastante antiguo (se remonta a los años sesenta con el sistema de refrigeración del procesador IBM). Se basa en el hecho de que las temperaturas de operación típicas de la CPU se encuentran entre 40 y 80 ° C. Así, la refrigeración basada en agua a una temperatura de hasta 60 ° C permite que la CPU se enfríe al nivel de funcionamiento normal. La principal desventaja que presenta este concepto es la mayor complejidad y coste del sistema. Cada procesador o componente tiene que estar conectado al sistema de refrigeración a través de tuberías. Esto también puede entrañar algunos riesgos en caso de que se produzca un fallo en el sistema de tuberías. Aparte de eso, las ventajas que ofrece este sistema por lo que se refiere a su eficiencia son considerables. Refrigeración por placa fría de IBM, fuente: thehotaisle.com IBM Aquasar, Fuente: ethlife.ethz.ch

53 Refrigeración basada en un procesador
El último avance en materia de sistemas de refrigeración de equipos informáticos es un componente de refrigeración basado ​​en el uso de agua "caliente" . Se basa en el hecho de que las temperaturas de operación típicas de la CPU se encuentran entre 40 y 80 ° C. Así, la refrigeración basada en agua a una temperatura de hasta 60 ° C permite que la CPU se enfríe al nivel de funcionamiento normal. La principal desventaja que presenta este concepto es la mayor complejidad y coste del sistema. Cada procesador o componente tiene que estar conectado al sistema de refrigeración a través de tuberías. Esto también puede entrañar algunos riesgos en caso de que se produzca un fallo en el sistema de tuberías. Aparte de eso, las ventajas que ofrece este sistema por lo que se refiere a su eficiencia son considerables.

54 Ejemplos y experiencias de las mejores prácticas

55 De: presentación de ASHRAE Save energy now, 2009
Mejores prácticas #10 # Mejores prácticas 1 El aire entrante es lo más importante en un equipo informático 2 Instale pasillos fríos / pasillos calientes: separe el aire frío del caliente 3 Utilice el entorno exterior para refrigerar de forma más directa el centro de datos 4 Utilice componentes de distribución de electricidad energéticamente eficientes 5 Piense en la posibilidad de usar refrigeración localizada en zonas de alta densidad 6 Mida, analice y compare la eficiencia de la instalación empleando Datacom 7 Investigue cada componente de refrigeración para mejorar la eficiencia 8 Mejore el sistema de aire acondicionado 9 Utilice la los datos de térmicos y la potencia medida por el fabricante para optimizar el diseño del centro de datos 10 Virtualice y consolide De: presentación de ASHRAE Save energy now, 2009

56 DOE Energy 101 – Centros de datos energéticamente eficientes
Vídeo que contiene un ejemplo de refrigeración eficiente elaborado por DOE Energy 101

57 Debate Cuestiones relacionadas con el módulo

58 Cuestiones / debates relacionados con el módulo
Al seleccionar un sistema de refrigeración, ¿cuáles son las principales limitaciones que afectan el diseño? ¿Cómo aumenta la eficiencia energética en una configuración de pasillo caliente / pasillo frío? ¿Cuánta eficiencia tiene la refrigeración por agua en comparación con la refrigeración por aire? ¿Por qué cree que "la refrigeración basada en un procesador" no es de uso común hoy en día?

59 Sugerencias de lecturas complementarias
Libros blancos Publicaciones en línea Etc

60 Sugerencias de lecturas complementarias
ASHRAE TC Thermal Guidelines for Data Processing Environments – Expanded Data Center Classes and Usage Guidance Energy Efficient Cooling Solutions for Data Centers ASHRAE: Save Energy Now Presentation Series Qualitative analysis of cooling architectures for data center

61 Sugerencias de lecturas complementarias
Fundamentals of data center power and cooling efficiency zones Seven strategies to improve data center cooling efficiency Cooling strategies for IT equipment