Refrigeración de centros de proceso de datos: un gran potencial de ahorro energético

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La mayoría de empresas que manejan un volumen de datos importante cuentan con centros de proceso de datos (CPDs), normalmente ubicados en una sala técnica dispuesta para tal fin. Como podéis suponer, los equipos instalados en estos centros generan un cantidad de calor bastante importante, el cuál es necesario evitar para conseguir un correcto funcionamiento de los sistemas.

datacenter google

En esta entrada vamos a hablar del ahorro energético en refrigeración de CPDs, pero no en los CPDs de grandes empresas que se dedican a las TICs como el propio Google con algún centro de datos en Finlandia refrigerado por agua de mar, si no de compañías ajenas al mundo de las TICs que han ido creciendo poco a poco y con ellas sus data centers.

Es muy común en este tipo de empresas, encontrarse con salas de CPDs que cuentan como único sistema de refrigeración con uno o varios equipos de aire acondicionado comercial o incluso doméstico (splits murales). Este sistema “hace su función”: los equipos informáticos toman aire por su parte anterior, lo utilizan para refrigerarse y lo expulsan por su parte posterior a mayor temperatura, este aire caliente se mezcla con el ambiente y el equipo de aire acondicionado intenta mantener el ambiente a una temperatura adecuada constantemente para que no haya problemas.

Recientemente pudimos leer en la recomendable web SecurityArtWork un artículo muy interesante sobre la temperatura adecuada en los data center, en este post se apunta que una temperatura de entrada de aire de 25ºC suele ser más que suficiente para mantener el equipo en buenas condiciones de funcionamiento.

Como ejemplo, en la gráfica se representan las temperaturas anuales hora a hora en la ciudad de Vigo. Hemos marcado con una línea roja los 25ºC para hacernos una idea de cuanta capacidad de refrigerar tenemos simplemente con el aire exterior.

grafica cpds

Por encima de la marca de los 25ºC existen solamente 150 horas al año, lo que hace que la mayor parte del tiempo podamos utilizar el aire exterior para refrigerar nuestros equipos sin necesidad de sistemas de climatización basados en ciclos de compresión.

 

¿Cómo se construye un sistema de free-cooling en nuestro CPD?

Para llevar a cabo un sistema de enfriamiento gratuito en un data center, uno de los pasos más importantes es crear una barrera física entre el pasillo frío (zona de toma de aire de los equipos) y el pasillo caliente (zona de descarga de aire caliente de los equipos).

pasillos CPD

Una vez delimitadas las dos zonas, se impulsará aire exterior en el pasillo frío y se extraerá el aire del pasillo caliente enviándolo “a la calle”. De esta forma conseguimos que los equipos tomen solamente aire de la zona más fresca (pasillo frío) y evitaremos que el aire caliente expulsado se vuelva a tomar por la parte frontal del servidor de datos.

Obviamente todo esto es mucho más complejo, se necesitan sistemas de filtrado avanzados, un control electrónico preciso de condiciones climáticas, un sistema de control de temperatura mínima de impulsión y otra serie de elementos en los que no vamos a entrar en este post.

 

¿Donde está el ahorro de energía?

Sencillo, si tengo un equipo de refrigeración por compresión, éste tomará el aire caliente expulsado por el servidor y lo refrigerará para que el CPD lo pueda volver a tomar, todo ello con un alto consumo energético.

En el caso del sistema free-cooling, el coste energético del aire fresco solamente sería el asociado al consumo de los ventiladores de aporte y extracción, mucho más bajo que el de un compresor de refrigerante, de ahí el ahorro.

 

¿Evitaré así instalar un sistema de refrigeración por gas refrigerante?

No, ya que las 150 horas del ejemplo donde estamos a más de 25ºC, el sistema free-cooling no sería efectivo y necesitas refrigerar el ambiente de alguna forma. Este tipo de sistemas sirven exclusivamente para ahorro energético y no deben utilizarse como sistemas de seguridad.

Nota: este post solamente intenta hacer reflexionar a los encargados de pequeños centros de proceso de datos en el gran potencial de ahorro energético que existe en estos sistemas, no pretendemos crear una guía de instalación ni analizar todos los posibles problemas que pueden surgir a la hora de llevar a cabo una instalación de este tipo.

7 Comentarios

  1. El sistema más completo de refrigeración eficiente aprovecha también el aire de salida cuando éste está más próximo a la temperatura deseada que el aire que procede del exterior.

    Por lo demás es como el modelo que has expuesto. Toma aire de la calle cuando hace más frío fuera y no necesita encender la unidad de refrigeración. Cuando la temperatura exterior es similar, es necesario refrigerar, porque el flujo de aire es insuficiente. Y cuando la temperatura exterior es mayor lo lógico sería no tomar aire de la calle y cogerlo sólo de la sala, que está más fresca, pero en realidad siempre se deja pasar una pequeña cantidad de aire del exterior, porque es necesario renovar el aire también. En este último caso, se utiliza el aire de salida para bajar la temperatura del aire de entrada mediante un intercambiador.

    Este sistema tiene la ventaja de lograr una buena eficiencia sin necesidad de complejos sistemas de control. Sólo necesita la unidad de refrigeración controlada por termostato, ventiladores, filtros para el aire exterior y el intercambiador, que es una caja con dos conductos separados en los que se compensan las temperaturas del aire que entra con el aire que sale. El inconveniente es que necesita un conducto extra para extraer el aire del interior y la instalación es más cara.

    Cuando tenga mi propia CPD pondré una de éstas.

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    • Hola Abraham, buen aporte, lo que dices en el primer párrafo es a lo que me refiero con un sistema de control “bueno”, hay que tener un “cerebro” que decida si utilizar el aire exterior, el interior, o incluso uno recuperado como tu apuntas y que actúe en consecuencia.

      Yo suelo utilizar para sistemas pequeños algún tipo de microautomatización tipo Logo de Siemens o S7-1200 si es algo más grande.

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  2. Hola.

    El año pasado propuse a la empresa donde trabajo implementar un sistema de free-cooling para nuestra sala de servidores (es discreta, solo tenemos sobre 24 servidores físicos en 3 armarios). La empresa aprobó la idea y la hemos empezado a implementar hace 3 semanas. Es la época más dura para el sistema, ya que durante el día en verano la temperatura exterior pasa bastante de los 23ºC y por tanto se depende demasiado del aire acondicionado, pero vamos realizando ajustes de la implementación para que cuando finalice el verano obtengamos una buena parte de ahorro en electricidad por refrigeración.

    Nos lo hemos montado nosotros, no es un sistema de refrigeración ‘comprado’. Hemos utilizado un LOGO de Siemens para controlar la admisión y expulsión de aire con los ventiladores basados en la temperatura externa, la interna y la humedad (la otra alternativa era montarlo con arduino). Unos cerramientos por encima de los armarios hasta el techo, unas tiras de plástico como las que hay en las charcuterías que hacen de puerta e impiden que salga el calor del pasillo caliente, un par de ventiladores para introducir y sacar el aire de la sala a través de unos tubos, y ya tenemos un sistema básico y a un precio contenido, de un free-cooling. De momento mantenemos la parte fría de la sala a unos 23-24ºC, y la caliente a unos 35-36ºC. En nuestro caso, el aire caliente que extraemos no lo soltamos a la calle, sinó en una parte de nuestro edificio en la que no hay aire acondicionado, con la esperanza de que cuando acabe el verano, este aporte de aire caliente que nos sobra en la sala de servidores ayude a calentar una zona normalmente fría.

    Tengo ganas que llegue el frío para ver cómo rinde 😉

    Un saludo.

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    • Buena idea, el LOGO de Siemens la verdad es que ofrece bastantes posibilidades (sondas PT100, etc.) para el precio que tiene.

      Te recomiendo que instales un sistema de control de temperatura mínima de impulsión ya que los fabricantes de servidores no recomiendan temperaturas de entrada inferiores a 10ºC y es posible que las tengamos en invierno.

      Un saludo

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      • A parte del sistema casero de free-cooling, tenemos unos cuantos termohigrómetros baratos conectados por USB a algunos servidores para registrar durante las 24 horas del día la temperatura y humedad de diversas partes de la sala, realizando unos gráficos y enviando alertas si es necesario. Esto nos permite saber cómo varía la temperatura y humedad de la sala a lo largo del día según el comportamiento de las fuentes de frío (del aire acondicionado central del edificio, de los a.a. split que hay dentro de la sala, de la entrada del aire del exterior, del deshumidificador que tenemos en la sala, etc)

        Tuvimos en cuenta las temperaturas medias diarias durante todo el año de nuestra zona (hay un aeropuerto a menos de 7 km de nuestra ubicación que registra estos datos) para tener una idea de qué podíamos esperar, aunque claro, como son medias, las instantáneas puede que nos den alguna sorpresa, pero no creo porque de momento no movemos tanto aire como para que entrase tanto frío (y tampoco tenemos temperaturas extremas). Además, los a.a. split de la sala funcionan para mantener unos 23ºC, si la temperatura bajase deberían apagarse, y la salida del a.a. central solo saca frío en esa sala en verano, así que no creo nos entrase tanto frío de la calle como para que con esa sola fuente de frío bajase la temperatura de la sala de 15ºC (por las pérdidas y porque nuestros servidores de máquinas virtuales de IBM generan muuucho calor). Claro que todo esto son teorías mías, tendremos que esperar a ver cómo se comporta el experimento en nuestro caso (ojalá tuviese que preocuparme del exceso de frío que entra, querría decir que podríamos ahorrar mucho).

        Un saludo.

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        • Ok, el tema de alcanzar una temperatura baja o no en la sala con el aire exterior dependerá del caudal de aire que metas, pero te aseguro que si es bastante puedes bajar la sala de 10ºC (mala idea).

          Por otra parte, una buena en este tipo de locales son los datalogger-avisador de alarmas GSM/GPRS que tienen bastantes funciones y te permiten consultar a distancia los históricos de datos.

          Un saludo

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  3. Swapper, el problema se soluciona instalando un conducto entre la admisión del aire exterior y la expulsión del aire caliente, haciendo un bypass de aire caliente con dos compuertas motorizadas. Es sencillo y de esta manera puedes realizar una mezcla del aire caliente y frío para controlar la temperatura de la zona fría de la sala.
    Te llevará algo de tiempo regular la velocidad de movimiento de las compuertas para la temperatura no varíe rápidamente cuando el sistema de autoregula, pero al final tendrás una instalación preparada para funcionar durante todo el año independientemente de las condiciones exteriores.

    Un saludo!

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