Los responsables de TI se ven constantemente enfrentados al reto de optimizar los costes operativos corrientes de su CPD. La energía precisada para la refrigeración representa un bloque de costes importante. ¿Por qué no recurrir entonces a la refrigeración free cooling e introducir aire fresco en el CPD? En este artículo vamos a hablar del free cooling para optimizar la eficiencia energética en el CPD.
Cuando se habla de free cooling en relación con la climatización, no se hace referencia a un sistema totalmente gratuito para la refrigeración TI. Se trata más de reducir en la mayor medida posible la utilización de máquinas frigoríficas basadas en compresores. En el caso ideal se hará esto hasta el punto de ya sólo necesitar energía para los ventiladores del refrigerador free cooling y para las bombas eventualmente requeridas para el agua fría. Por esta razón, la eficiencia del sistema en su conjunto depende mucho de las condiciones climatológicas reinantes en cada emplazamiento: un CPD en Escandinavia trabajará de forma notablemente más eficiente que uno instalado en el sur de Europa.
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¿Cómo funciona el free cooling?
En el free cooling las instalaciones aprovechan el principio de la convección: con ayuda del aire ambiente se extrae calor del medio a enfriar, que es en la mayoría de los casos una mezcla de agua y glicol. Esto se realiza mediante un refrigerador free cooling montado en el exterior. Éste puede incorporar, por ejemplo, un intercambiador de calor de placas o de una tecnología equiparable, por el que circula el agua caliente. Mientras ocurre esto se extrae el calor del agua. Cuanto más grande es la superficie de contacto de las placas, más eficientemente trabaja el sistema. Por medio de unos ventiladores adicionales se puede incrementar el caudal de aire circulante y, de esta forma, ganar en potencia de refrigeración. El premio a este esfuerzo: un consumo energético reducido para la generación de frío. Sin embargo, la temperatura que se puede alcanzar aquí en la impulsión es ligeramente superior a la del aire ambiente. Los proyectistas de climatización trabajan con aprox. 3 °C positivos como valor orientativo para el diseño.
Free cooling directo: ventajas y desventajas
En cuanto a la implementación se distingue entre free cooling directo y free cooling indirecto.
El free cooling directo utiliza el fluido refrigerante en la medida de lo posible directamente, con el fin de minimizar con éste el calor generado en el CPD. Los grandes operadores de CPDs con entornos homogéneos, por ejemplo, utilizan directamente el aire exterior para la refrigeración – es decir, que insuflan directamente el aire exterior dentro del CPD. El CPD autorrefrigerante de Yahoo, en el estado federal de Nueva York, cerca de la frontera canadiense, es un ejemplo de ello. Allí se dispusieron los edificios perpendicularmente a la dirección predominante del viento y se montó en su tejado un suplemento similar a la cresta de un gallo, que cubría la longitud completa de la cubierta. Este diseño singular ha recibido por ello también el apodo de “El gallinero”. El aire frío es conducido dentro del edificio por medio de unas lamas dispuestas en los muros laterales, mientras que el aire caliente es evacuado a través de la estructura del tejado.
Con esta solución, en el caso ideal sólo se precisa energía adicional para el movimiento del aire por parte de los ventiladores. Por muy sencillo que parezca este principio, tanto más complicado es compensar las desventajas inherentes a este método. Es necesario depurar el aire entrante por medio de instalaciones de filtros.
Además, hay que adoptar medidas para compensar las fluctuaciones de la temperatura debidas al tiempo reinante. Por medio de un mezclador se puede, por ejemplo, aportar de forma controlada aire caliente del CPD a un aire exterior excesivamente frío. Sin embargo, cuando las temperaturas exteriores son excesivamente elevadas, hay que acoplar un compresor frigorífico al circuito. Otro reto es la constante variación de la humedad ambiente,por ejemplo, a causa de la lluvia. Un aire excesivamentehúmedo, al igual que uno excesivamente seco, puede afectar negativamente a la vida útil de los componentes TI. Los canales necesarios para aspirar el aire fresco son en la mayoría de los casos muy grandes y requieren una protección segura contra los roedores y los insectos.
Refrigeración adiabática: atención, formación de gérmenes
Con el principio de la refrigeración adiabática se disponede una tecnología complementaria para mejorar la eficiencia del free cooling. El aire entrante se mezcla con agua pulverizada ya antes de que incida sobre un intercambiador de calor. Las finas gotas provocan que el agua se evapore inmediatamente en la corriente de aire caliente. Durante este paso del estado líquido al gaseoso se produce un cambio de estado termodinámico, por el cual el agua extrae calor del aire circundante. Así se consigue rebajar adicionalmente la temperatura en la impulsión de un sistema de refrigeración. Uno de los retos de este método reside en el peligro de la formación de gérmenes. Allí donde se trabaja con agua existe el peligro de la aparición de legionela. Por esta razón son necesarias medidas de protección adicionales, por ejemplo, la limpieza periódica, un caudal de agua elevado o el apantallamiento contra la luz solar. Considerados en conjunto, los sistemas de refrigeración adiabática tienen mucho potencial para la optimización energética, pero requieren un proyectado preciso y a un experto con experiencia para su implementación.
Quien utiliza agua ha de vigilar su consumo: por esta razón, la asociación “The Green Grid” definió el índice Water Usage Effectiveness (WUE) para su uso en CPDs. Este índice relaciona el consumo anual de agua con el consumo eléctrico de los componentes TI activos. La unidad del índice WUE es litros por kilovatio-hora (l/kWh). Este dato se puede evaluar dentro del marco de la determinación de otros valores de consumo y contribuye de esta forma a optimizar los costes operativos corrientes de la TI.
Free cooling indirecto: una solución limpia
En nuestras latitudes, quien busca un sistema de refrigeración para una infraestructura TI de hasta aprox. 200 kW, se decidirá en la mayoría de los casos por una refrigeración indirecta. Esto es aplicable especialmente a las empresas medianas, que carecen de los recursos necesarios para desarrollar sistemas de refrigeración no convencionales.
En los sistemas indirectos, el aire exterior enfría un fluido caloportador, p. ej. agua, que se utiliza para la refrigeración en el interior del edificio. Es decir, que el agua es el medio con el que se transporta el frío hasta el CPD – al fin y al cabo, el agua conduce el calor hasta 4.000 veces mejor que el aire.
Otra ventaja más: no se transporta ninguna humedad ambiente desde el exterior hasta el interior del edificio. Como tampoco se insufla aire refrigerante desde el exterior hacia dentro del CPD, se necesitan menos sistemas de filtro. No obstante, en el sistema de agua fría debe haber, como mínimo, un intercambiador de calor aire/agua y bombas, que necesitan energía eléctrica para funcionar.Muchas empresas prefieren una solución de este tipo con refrigeración indirecta, porque es limpia y trabaja de forma estable y predecible. Este método asimila muy bien las condiciones meteorológicas fluctuantes y los cambios de temperatura provocados por las estaciones del año.
Un ejemplo eficiente: Lefdal en Noruega
Un ejemplo de ello es el Lefdal Mine Datacenter, un CPD en la nube altamente escalable y eficiente, que se está construyendo actualmente en una mina fuera de servicio en la costa noruega. Sus diseñadores han optado por una refrigeración eficiente, que aprovecha el agua de mar del fiordo adyacente. El agua, que está a aprox. 8°C, enfría mediante un intercambiador de calor el agua del circuito secundario del CPD. Como las condiciones climatológicas y de temperatura son bastante constantes, los operadores tienen un sistema termodinámico bajo control y muy estable. Únicamente es el agua de mar agresiva la que exige el empleo de superficies recubiertas de titanio en el interior del circuito de refrigeración primario.
Consejo práctico: un sistema de refrigeración personalizado
Como demuestra el ejemplo de Lefdal, en ciertos sistemas es necesaria una carga mínima del CPD para poder calentar un agua excesivamente fría. Por esta razón, a la hora de diseñar un sistema de refrigeración se debe realizar al principio una evaluación de la carga mínima necesaria para que sea operativo. Otro punto importante para la práctica: un sistema de refrigeración debería diseñarse y calcularse siempre de forma personalizada. Los fabricantes como Rittal utilizan, por ejemplo, los datos actuales del tiempo para calcular de forma individualizada las temperaturas para un sistema free cooling en los diferentes emplazamientos. Otros parámetros significativos son la humedad ambiente y el punto de rocío. La acreditada asociación sectorial ASHRAE dicta las directrices necesarias para esto parámetros. Junto con los fabricantes se definen allí condiciones bajo las que se puede operar con seguridad un entorno TI. Por esta razón es, por ejemplo, admisible operar un servidor incluso a una temperatura ambiente de 25 °C.
Generalmente los sistemas de refrigeración utilizados en los grandes CPDs, como p. ej. en Facebook, Google u otros, no se pueden adquirir y adaptar tan fácilmente. Se trata de soluciones diseñadas a medida, considerando la infraestructura TI, el uso de los sistemas y las temperaturas ambiente. Quien quiere ir sobre seguro elige una solución de refrigeración cerrada, en la que se pueden controlar todos los parámetros del circuito de refrigeración. Porque sólo quien elimina de la ecuación las circunstancias imprevisibles obtiene una infraestructura estable y, sobre todo, a prueba de errores.
