En este contexto, es prioritario buscar opciones de diseño adecuadas para los Centros de Datos, que se centren en mejorar la eficiencia energética y reducir las emisiones de CO2. Un aspecto clave para reducir la huella ambiental de la infraestructura digital es optimizar su sistema de climatización, que suele representar el 30% del consumo energético de la instalación.
Esquema general del sistema de climatización de un Centro de Datos
El esquema anterior muestra un sistema HVAC para un Centro de Datos y los principales equipos de la solución completa de Daikin:
- Enfriadora aire-agua con batería de Free-cooling
- Unidad de tratamiento de aire Pro-W (CRAH)
- Sistema de control
- Servicio Postventa
En este artículo nos centraremos en las unidades de tratamiento de aire de las salas de servidores (CRAH) y en los principales retos a los que se enfrenta la selección de estos equipos dentro del diseño de la instalación de climatización.
Desafío #1: identificar el equipo adecuado para el espacio de instalación disponible
Como en todas las aplicaciones, el espacio asignado a los equipos de climatización en los Centros de Datos es limitado. Por lo tanto, es crucial considerar y evaluar alternativas relativas a las dimensiones de las unidades y la capacidad de refrigeración necesaria.
Razón #1: Daikin Pro-W, nuestra gama de unidades tipo CRAH, es flexible y escalable. Esta serie es el resultado de un diseño modular, que permite una mayor redundancia de la capacidad y facilita las actividades de mantenimiento. Las unidades Pro-W pueden apilarse o bien colocarse directamente unas contra otras, sin comprometer el caudal de aire necesario para una refrigeración eficiente. Las unidades Pro-W están disponibles en cuatro tamaños, que abarcan de 175 a 700 kW de capacidad de refrigeración en una sola unidad para ofrecer una solución compacta en instalaciones de Centros de Datos de gran tamaño de hiperescala.
Desafío #2: cómo mantener bajos los costes de explotación y aumentar el PUE
Debido al considerable tamaño de las instalaciones de Data Center, resulta imperativo priorizar estrategias para mantener bajos los costes de explotación. Esto va unido a la necesidad de reducir la huella medioambiental de la propia instalación.
La eficiencia de un sistema de refrigeración por aire depende de varios factores clave, cada uno de los cuales contribuye a su eficacia. A continuación se muestra un resumen de las principales estrategias para optimizar un sistema de refrigeración por aire:
- Utilizar ventiladores EC
- Garantizar una velocidad del agua adecuada en condiciones de carga parcial y un delta T elevado.
- Emplear válvulas de control independientes de la presión (PICV) para estabilizar el caudal de agua
- Aplicar soluciones de control que aumenten la eficiencia del sistema
- Reducir las distorsiones armónicas
- Optimizar el factor de potencia para minimizar las pérdidas
Ajustar la capacidad de refrigeración a la demanda del Centro de Datos
Ajustar la carga de refrigeración a las necesidades del Centro de Datos significa responder dinámicamente a las variaciones de la carga térmica generada por la actividad de los servidores y los equipos asociados. Este enfoque específico maximiza la eficiencia energética minimizando los residuos y optimizando las condiciones de trabajo de las unidades en función de las necesidades operativas reales. Para conseguir este objetivo pueden llevarse a cabo una serie de soluciones, que se describen a continuación.
El primer nivel se refiere, por supuesto, al tipo de ventiladores suministrados en la unidad de tratamiento de aire.
Razón #2: Los ventiladores EC diseñados por Daikin, con clase del motor IE5 de alta eficiencia y bajo consumo. El uso de motores de conmutación electrónica ofrece una mayor eficiencia energética frente a los motores tradicionales. Por lo tanto, el uso de estos reduce los costes de funcionamiento y el impacto medioambiental. Además, los ventiladores EC de Daikin están equipados con turbinas de aluminio, lo que se traduce en un diseño más robusto con respecto a otras turbinas de material compuesto.
Razón #3: Otra estrategia para mejorar la eficiencia, es asegurar un funcionamiento eficaz en condiciones de carga parcial y delta T elevado. Para esto se debe garantizar una velocidad del agua adecuada, centrándose exclusivamente en el intercambio de calor sensible. Daikin ha considerado este desafío y ha optimizado el circuito de su batería de agua para este fin. Esta optimización tiene un impacto directo en la eficiencia y eficacia del sistema de refrigeración, especialmente en escenarios en los que el diferencial de temperatura es alto. Además, las aletas de aluminio de gran espesor utilizadas de serie para la batería de agua del Pro-W garantizan una mayor robustez y una vida útil más larga, ya que los Centros de Datos trabajan 24 horas sin parar.
La gestión adecuada del caudal de agua también influye en el tiempo total de funcionamiento del equipo de refrigeración por aire y, por tanto, en el control de la temperatura.
Razón #4: Las válvulas de control independientes de la presión pueden integrarse en las unidades Pro-W de Daikin para garantizar un caudal estable, un mejor control de la temperatura y menores costes de funcionamiento.
Control de todo el sistema de refrigeración por aire para reducir los costes de funcionamiento.
Los Centros de Datos grandes e hiperescalares suelen necesitar muchos CRAH, desde unos pocos equipos hasta cientos de esto. Por lo tanto, es crucial tener todas estas unidades bajo el mismo sistema de control, aumentando la eficiencia del sistema y del mismo modo el PUE.
Razón #5: Daikin ofrece una solución de control specífica para Centros de Datos con su Intelligent Data Center Manager (iDCM). Con iDCM, todas las unidades del sistema HVAC del Data Center de Daikin están en comunicación constante entre sí, incluida la gestión de la bomba del circuito primario y el modo Free-cooling. Además, el iDCM utiliza un avanzado algoritmo de aprendizaje automático basado en datos del fabricante y datos en directo registrados sobre el terreno. iDCM puede garantizar un aumento de la eficiencia del sistema de hasta el 10% para los sistemas de refrigeración mecánica y de hasta el 15% para los sistemas con Free-cooling, en comparación con las soluciones de control estándar.
Controlar correctamente las distorsiones armónicas
Las distorsiones armónicas están causadas por cargas no lineales como variadores de frecuencia, convertidores de potencia o equipos electrónicos. Esto puede provocar un consumo adicional de energía en los sistemas eléctricos. Para evitarlo, se han desarrollado filtros activos de armónicos (AHF) que mitigan las distorsiones armónicas y garantizan una distorsión armónica total (THD) inferior al 5%. Son capaces de compensar dinámicamente las corrientes armónicas en tiempo real, mejorando así la calidad eléctrica del sistema. Además, los AHF también optimizan el factor de potencia de los motores de los ventiladores, reduciendo así las pérdidas de energía.
Razón #6: Los AHF pueden integrarse en el conjunto Daikin Pro-W bajo demanda, para limitar los efectos secundarios de las distorsiones armónicas.
Desafío #3: elegir equipos duraderos y fiables
La gestión de un Centro de Datos es compleja, ya que el objetivo principal es garantizar un funcionamiento continuo todo el día, todos los días del año. Por lo tanto, el sistema de climatización debe cumplir una serie e expectativas muy exigentes. De hecho, un informe reciente del Uptime Institute concluye que el 14% de los episodios de inactividad están causados por problemas en el sistema de climatización. Además, las causas de los tiempos de inactividad son predecibles en la mayoría de los casos (76%), ya que suelen estar relacionadas con errores humanos. En este ámbito, los problemas debidos a una gestión y un mantenimiento inadecuados de los equipos son significativos (36%). La fiabilidad de los CRAH es, por tanto, crucial para la fiabilidad del sistema HVAC. En este sentido, deben hacerse 4 consideraciones sobre:
- La redundancia del diseño interno de los equipos
- Cómo las soluciones de control apoyan la fiabilidad del sistema de refrigeración
- Las protecciones de los equipos frente a fallos de alimentación
- La posibilidad de probar los climatizadores antes de su entrega in situ
Un diseño redundante equivale a un diseño fiable
Los CRAH garantizan el control de la temperatura en la sala de servidores y su principal medio para ello son los ventiladores. Por lo tanto, hay que prestar especial atención a la disposición del conjunto de ventiladores y si se ofrecerá redundancia para hacer frente a cualquier fallo.
Razón #7: Los CRAH Daikin Pro-W están equipados con un diseño redundante N+1 en los ventiladores. Es decir, incluso en el improbable caso de que falle un ventilador, los demás pueden mantener el caudal de aire de diseño, lo que hace que el diseño de la unidad sea aún más robusto.
Los controles del sistema apoyan la gestión de la fiabilidad
Como ya se ha dicho, en los Centros de Datos se necesitan controles de todo el sistema HVAC. Una de las razones de ello es la necesidad de que el sistema esté operativo todos los días, durante todo el día. Por lo tanto, los controles del sistema tendrían que ser capaces de gestionar el tiempo de funcionamiento de las unidades de tratamiento de aire y gestionar el tiempo de inactividad eventual relativo a cualquiera de las unidades de tratamiento de aire instaladas.
Razón #8: Daikin iDCM se asegura de que se cumpla este requisito. En caso de avería en cualquiera de las unidades CRAH, iDCM regula las condiciones de funcionamiento de las demás unidades, para garantizar que se mantengan las condiciones de temperatura de la sala de datos.
Protección del equipo contra fallos de alimentación
El riesgo de fallo de alimentación debe tenerse muy en cuenta a la hora de seleccionar las unidades de tratamiento de aire. En este sentido, se sugiere incluir interruptores de transferencia automática (ATS) en el conjunto de la unidad CRAH.
Razón #9: Los ATS están incluidos en el diseño estándar Pro-W de Daikin. Además, el Pro-W incorpora un condensador de alimentación ininterrumpida (SAI) que permite activar los ventiladores rápidamente en cuanto el ATS restablece el suministro eléctrico. La velocidad máxima de los ventiladores se alcanza en menos de un minuto.
Pruebas de aceptación en fábrica
En aplicaciones críticas como los Data Center, normalmente se solicitan pruebas de los CRAH antes de su entrega.
Razón #10: Daikin ofrece pruebas de aceptación en fábrica (FAT), un servicio que implica una serie de pruebas para garantizar que la unidad cumple los requisitos especificados, los criterios de diseño y la funcionalidad antes de su entrega in situ.
Desafío #4: Identificar fabricantes capaces de gestionar la complejidad de este tipo de instalación
Los proyectos de Centros de Datos son muy complejos. Suelen plantearse muchos requisitos para los climatizadores en cuanto a características del producto, plazos de entrega y servicios de mantenimiento. Estos requisitos sólo pueden ser satisfechos por fabricantes especializados, capaces de gestionarlos adecuadamente y de actuar con las debidas competencias que los clientes esperan en este sector.
Razón #11: Daikin es la empresa líder mundial en el sector de la climatización, presente en todo el mundo con oficinas de venta, desarrollo de productos e instalaciones de fabricación. En este sentido, Daikin lleva más de 50 años diseñando y fabricando unidades de tratamiento de aire en Europa. Hasta la fecha, las UTA de las zonas europeas se diseñan y fabrican en dos centros: Cramlington (Northumberland, Reino Unido) y Caleppio di Settala (Italia). Esta flexibilidad de fabricación se traduce en unos costes de transporte reducidos, gracias a la proximidad de los centros de fabricación con respecto a los de instalación en Europa. Los suministros complejos ocupan una parte consistente del negocio. Centrándonos en los centros de datos, Daikin ha suministrado 105 MW de capacidad de refrigeración en un único proyecto de Centro de Datos en el norte de Europa. El sistema suministrado incluía enfriadoras, CRAH y el sistema de control Daikin Intelligent Data Center Manager. Gracias a su presencia mundial, Daikin cuenta con una amplia red de Servicio Técnico, lo que garantiza una cobertura de asistencia rápida y competente para las instalaciones de centros de d