Muchos usuarios y aún proveedores de estos sistemas de aire se preguntan si es necesario utilizar lo que se conoce como “equipos de precisión” para acondicionar estos lugares. Sin duda el costo del equipamiento y lo específico de su instalación, son los motivos principales de este cuestionamiento

Muchos usuarios y aún proveedores de estos sistemas de aire se preguntan si es necesario utilizar lo que se conoce como “equipos de precisión” para acondicionar estos lugares. Sin duda el costo del equipamiento y lo específico de su instalación, son los motivos principales de este cuestionamiento, alegando la mayor parte de las veces que no es justificable semejante sofisticación en base a la demanda del centro de datos en cuestión.

Esta mirada superficial de los equipos de precisión, tiene mayor repercusión en los centros de datos más pequeños y de menor capacidad, dónde un equipo de confort podría, aparentemente, contar con la potencia necesaria e incluso “sobre enfriar” el equipamiento de TI aportando una capacidad de refrigeración extra.

Para definir mejor qué funciones específicas cumplen los equipos de precisión y por lo tanto justificar su utilización, es necesario en primer lugar, comprender cuáles son los desafíos que los centros de datos nos imponen hoy en día.

¡Es la carga sensible!

Durante los últimos años, el requisito de refrigeración de los centros de datos ha aumentado considerablemente. Es esperable además que esta necesidad de refrigeración siga creciendo de manera exponencial en la última década especialmente por la demanda de la IA y los servicios ofrecidos en la nube. Según las guías térmicas de ASHRAE (y las guías del Comité Técnico 9.9), la densidad de carga en los racks ha cambiado de valores típicos de 2–5 kW por rack en la década pasada, a configuraciones que hoy superan los 20–30 kW, y en entornos de alto rendimiento (IA, HPC) incluso más de 50–100 kW por rack.

Esto quiere decir que no solamente la carga ha aumentado por rack, sino que también la densidad de la emisión de calor, lo que transforma por completo las soluciones y el diseño de estos centros de datos hacia configuraciones muy diferentes a lo que estamos acostumbrados. La figura siguiente muestra la tendencia de consumo por equipo según la IEA (Agencia Internacional de Energía https://www.iea.org/reports/energy-and-ai/energy-demand-from-ai)

Fuente: IEA, Global data centre electricity consumption, by equipment

 

Es importante recordar que existen dos tipos de enfriamiento: latente y sensible. El enfriamiento latente, es básicamente la capacidad de eliminar la humedad del ambiente circundante. Este componente es importante en aplicaciones típicas de confort, diseñadas para mantener un equilibrio confortable de temperatura y humedad.

El enfriamiento sensible, por otro lado, es la capacidad de eliminar calor que puede medirse estrictamente con un termómetro. La relación entre ambos factores es importante en el diseño d ellos equipos, una manera de definirlo es a través del factor de calor sensible (FCS).

Los sistemas de confort tienen un FCS de 0,60 a 0,70. Esto significa que se dedican entre un 60% y un 70% de su trabajo a reducir la temperatura y entre un 30 % y un 40 % a reducir la humedad.

Los sistemas de precisión por otra parte, debido a las características de la carga altamente sensible, están diseñados para lograr una relación de calor sensible de 0,80 a 1,0, lo que implica que entre el 80% y el 100% de su esfuerzo está dedicado a reducir la temperatura y solo entre el 0% y el 20% a reducir la humedad.

El impacto directo de esta situación es que se requerirá más potencia en términos nominales de un equipo de confort que de uno de precisión para lograr la misma capacidad de enfriamiento.

Además, como la carga latente en los centros de datos es muy poca, el equipo de confort, que poseen un FCS más bajo y por lo tanto mayor capacidad latente, por lo que inevitablemente deshumectará más el aire, aumentando la posibilidad de cargas estáticas en el equipamiento de TI. 

El exceso innecesario, como efecto secundario, consumirá mayor cantidad de energía sin ninguna necesidad.

Los equipos de precisión, por el contrario, controlan en forma precisa la temperatura superficial de la serpentina de intercambio entre el aire y el fluido refrigerante y aumentan la cantidad de aire de inyección. De esta forma, esta temperatura superficial nunca supera la temperatura del punto de rocío del aire y no es necesaria la deshumidificación como sub producto del enfriamiento. La capacidad de refrigeración se utiliza para enfriar, reduciendo el consumo energético.

 

El problema de la densidad

En un entorno típico de centro de datos, la densidad térmica puede ser mucho mayor que en una aplicación comercial. Con el aumento pronosticado de densidades de carga por rack, la temperatura de los centros de datos aumenta a un ritmo inédito y el nivel de carga térmica por metro cuadrado se multiplica.

Si se considera el caudal de aire, los sistemas de refrigeración de precisión están diseñados para procesar mayores densidades de carga que la mayoría de los sistemas de refrigeración de confort. Los equipos de refrigeración de precisión suelen suministrar entre 850 y 1500 m3/h por tonelada de refrigeración mientras los sistemas de confort utilizan un rango mucho menor de 600 a 680 m3/h por tonelada de refrigeración.

Los sistemas de refrigeración de confort simplemente no pueden afrontar eficazmente los nuevos desafíos que presentan las cargas que se presentan en un centro de datos actual. 

Aun cuando pueda existir una gran capacidad de enfriamiento en la Sala, producto de una capacidad excesiva instalada, la forma en que se distribuye el aire dentro de la misma puede generar problemas si falla una de las unidades de enfriamiento. Esto da lugar a nuevas soluciones integrales con diferentes formas de equipos y sistemas de control combinados, que permitan monitorear y gestionar las condiciones ambientales. 

 

Confiabilidad

Los sistemas de precisión, están diseñados y fabricados para trabajar en modo continuo las 8760 horas del año. Los centros de datos no permiten ninguna interrupción de servicio por lo que todos los componentes del sistema de refrigeración son seleccionados y provistos de la redundancia adecuada para garantizar esta condición. Los controles embebidos en estos sistemas se ocupan de mantener las condiciones ambientales previstas en el diseño bajo cualquier condición climática exterior, tanto en verano como en invierno. Los aires acondicionados de confort, por otra parte, no cuentan con un diseño acorde al funcionamiento permanente. Las aplicaciones comerciales, abarcan solamente una fracción de tiempo mucho menor, cinco días a la semana, ocho horas por día, da un promedio en el entorno de las 1200 horas anuales. Por esta razón, no puede pretenderse que los sistemas de confort presten un servicio similar a los de precisión y mucho menos bajo cualquier condición exterior. Los sistemas de refrigeración de confort que poseen intercambiadores de calor exteriores en general no pueden operar cuando la temperatura ambiente exterior desciende por debajo de los cero grados centígrados debido a la falta de control de la presión de condensado.

 

Control de humedad

Los sistemas de precisión suelen estar equipados con un sistema de control de humedad, que consta de un sistema de humidificación de alta eficiencia, deshumidificación. Mediante sus controles basados en microprocesadores, pueden controlar con precisión la temperatura y la humedad en los centros de datos basándose en los datos provistos por un conjunto de sensores incorporados en los mismos sistemas. Los aires acondicionados de confort generalmente no están equipados con un sistema de humidificación y tienden a controlar la temperatura de forma no tan precisa, así como tampoco pueden controlar la humedad. La deshumectación producida como efecto secundario de la refrigeración, no puede considerarse como un control de humedad, sin los sensores, los controles y la lógica adecuada, por lo que no pueden satisfacer las condiciones ambientales definidas de diseño de la mayoría de los centros de datos.

 

Método de distribución del aire

Los esquemas de suministro de aire en los centros de datos dependen de la fuente de calor y su distribución en la sala. De acuerdos a la disposición de los equipos y la forma de cableado, se suelen utilizar dos configuraciones de diseño, una arquitectura provista de piso técnico y distribución de aire inferior o una distribución de aire superior.

Los aires acondicionados de precisión no suelen utilizar conductos para la inyección y el retorno de aire, sino que utilizan el espacio bajo el piso técnico o por el pleno conformado por el cielorraso. Estos espacios actúan como conductos para la distribución de aire, manteniendo, con un adecuado diseño, una presión estática lo más uniforme posible.

Los equipos de confort, si bien pueden utilizar plenos en parte de su sistema de distribución de aire, no se encuentran diseñados para una distribución del estilo descripto para los de precisión, sumado a que el caudal de aire que manejan es mucho menor, y en general no cuentan con capacidad de modulación de este caudal, por lo que la distribución de aire en estos casos, no resulta apropiada. 

Los sistemas de precisión pueden incluso en algunos casos, integrar varias unidades que colaboren con el establecimiento de la presión estática de los plenos, incluyendo la modulación de caudal cuando alguna de las unidades eventualmente falle.  

Filtrado

La calidad del aire es igualmente importante para los circuitos electrónicos ya que el polvo es sin duda uno de sus peores enemigos y puede afectar negativamente el funcionamiento y la fiabilidad de los equipos de TI debido a las corrientes parásitas.

La mayoría de los sistemas de enfriamiento de confort utilizan filtros de aire del tipo residencial que tienen una baja o muy baja eficiencia, que no superan la clasificación MERV 6 a 8 según el estándar de ASHRAE 52.2, lo que los hace inadecuados para un entorno de centro de datos.

Los filtros del sistema de enfriamiento de precisión cuentan en general con filtros de mayor calidad que cumplen con los requisitos mínimos MERV 13 a 16.

 

Menor costo operativo

Debido a las diferencias básicas de diseño, comparar el precio de compra de los sistemas de aire acondicionado de confort con los de precisión no ofrece una visión completa. Si se incluyen los costos operativos, la comparación es totalmente diferente.

Si se efectúa un análisis económico en base a factores como, los ciclos frecuentes de encendido/apagado, el enfriamiento excesivo debido al FCS bajo y el mayor consumo en ventiladores y compresores en consecuencia de los sistemas tradicionales en comparación con la operación continua y estable, el ajuste dinámico de caudal y capacidad según la carga térmica real del equipamiento de TI y el menor consumo eléctrico por optimización constante que proporcionan los controles embebidos de los sistemas de precisión, sin duda se reducirán los gastos operativos a largo plazo (OPEX).

Conclusiones

Los sistemas de precisión, específicamente diseñados para los entornos de los centros de datos, que a su vez evidencian un dramático cambio tecnológico, resultan sin duda la mejor opción considerando las prestaciones y las exigencias a las que se encuentran sometidos.

Los equipos de confort, no pueden prestar el mismo servicio porque simplemente no fueron diseñados para con estos objetivos.

La supuesta economía obtenida en la menor inversión de un sistema de confort, se traslada en un costo operativo más alto. En un análisis completo que incluya el CAPEX y el OPEX, esto por sí solo justificaría la inversión de un sistema de precisión. 

Si como sucede en muchas oportunidades, la instalación de los equipos de confort comienza a complejizarse para tratar de emular el funcionamiento de un equipo de precisión, el resultado es el peor posible. No solamente el costo ya no es justificable en absoluto, sino que no podrán evitarse las limitaciones propias inherentes al diseño del equipamiento y del sistema ni se contará con la eficiencia y precisión de los controles que cualquier equipo de precisión posee de fábrica y el resultado no garantizará las condiciones ambientales adecuadas perjudicando la vida útil e incluso la operación del centro de datos.

En una industria dónde el costo del tiempo de inactividad aumenta rápidamente a medida que las empresas dependen cada vez más de los sistemas de TI críticos, no es entonces aconsejable utilizar sistemas de confort que cuentan con un el costo total de propiedad (incluyendo la compra, la operación y el mantenimiento de un activo durante todo su ciclo de vida útil) significativamente más alto para el negocio y con un riesgo operativo mucho mayor.