Close Coupled Cooling es un sistema de refrigeración de última generación especialmente utilizado en centros de datos . El objetivo de la refrigeración de acoplamiento directo es acercar la transferencia de calor a su fuente: el bastidor del equipo. Al acercar el acondicionador de aire al bastidor del equipo, se garantiza una entrega más precisa del aire de entrada y una captura más inmediata del aire de escape.
Tipos de acondicionadores de aire
Las soluciones de acoplamiento cerrado disponibles comercialmente se pueden dividir en dos categorías: bucle abierto y bucle cerrado.
Configuración de bucle abierto
Las configuraciones de circuito abierto no son totalmente independientes de la habitación en la que están instaladas y los flujos de aire interactúan con el entorno de la habitación.
Aires acondicionados empotrados
Las unidades de aire acondicionado en hileras se instalan dentro de las hileras de racks. Los flujos de aire generalmente siguen trayectos cortos y lineales, reduciendo, de esta forma, la potencia necesaria para poner en marcha los ventiladores y aumentando la eficiencia energética.
Una solución de refrigeración por hileras ofrece una ventaja con respecto a la solución por salas, ya que la primera se puede adaptar mejor a las necesidades de refrigeración de hileras específicas; De todos modos es apropiado no ubicar las unidades de acondicionamiento al principio o al final de las filas para maximizar su rendimiento.
Intercambiadores de calor de puerta trasera
Este tipo de solución se basa en la sustitución de la puerta trasera de un rack existente.
Estos intercambiadores de calor aprovechan la disipación de aire de adelante hacia atrás de la mayoría de los equipos de TI: los servidores disipan el aire caliente, que pasa por el serpentín del intercambiador de calor y regresa a la habitación a una temperatura agradable.
Las unidades de refrigeración de esta categoría no ocupan espacio adicional, por lo que están especialmente indicadas bien para refrigerar todos los espacios originalmente diseñados como centros de datos, o para integrar un sistema de refrigeración ya existente.
Intercambiadores de calor aéreos
Generalmente, un intercambiador de calor de este tipo descarga aire del techo al pasillo frío, mientras que el aire de escape sube por las rejillas de ventilación del techo; en los casos del sistema Close Coupled, las unidades se colocan directamente sobre los servidores, lo que hace que la entrega de aire frío y el retorno de aire caliente sean mucho más precisos.
Un sistema de este tipo, al estar colocado verticalmente, no necesita más espacio en el suelo de la habitación.
Configuración de circuito cerrado
Las tipologías de refrigeración de circuito cerrado actúan independientemente de la habitación en la que están instaladas; la rejilla y el intercambiador de calor funcionan exclusivamente entre sí, creando un microclima interno.
En refrigeración de rack
El sistema de refrigeración está adosado al rack del servidor y ambos están completamente sellados; las puertas sólidas del gabinete y los acondicionadores de aire en fila contienen el flujo de aire, dirigiendo el aire frío a la entrada y salida del servidor, mediante ventiladores, a través del serpentín de enfriamiento.
El diseño Close-Loop permite una refrigeración muy focalizada a nivel de rack y es posible instalar equipos muy densos sin tener en cuenta el entorno ambiental, dando flexibilidad para utilizar espacios no convencionales para instalar los equipos de TI.
Eficiencia
En el diseño tradicional, los ventiladores deben mover el aire desde el perímetro de la habitación, debajo del piso elevado y a través de una loseta perforada hacia la entrada de los servidores . Este proceso requiere energía, que varía según la tipología de la estructura. A menudo, debajo del piso elevado, existen retenciones (grandes haces de cables, conductos) que requieren energía adicional del ventilador para mover el volumen de aire frío requerido.
Dado que en las soluciones de acoplamiento cerrado el sistema de refrigeración y el bastidor del equipo están cerca uno del otro, se reduce la energía necesaria. Con una tipología In-Row la unidad de refrigeración se incorpora en la fila de racks y, aportando aire directamente a la fila, no hay impedimentos a considerar bajo el suelo. Se estima que, cuando se integra, un sistema de acoplamiento cerrado puede garantizar hasta un 95% de reducción de energía anual en comparación con un sistema CRAC tradicional de igual capacidad de enfriamiento.
Algunas tipologías de refrigeración pueden asociarse a ventiladores de velocidad variable que se adaptan mejor a la carga de trabajo, así como también a la temperatura interna del rack. Tener ventiladores que funcionen a la velocidad mínima satisfaciendo los requisitos del Data Center es muy importante para el consumo energético.
Se verifica que el porcentaje de energía ahorrada, por lo tanto el costo total de energía disminuye de manera más que proporcional con respecto a la disminución del flujo de aire (por ejemplo, al reducir la velocidad del ventilador en un 10% ahorramos un 27% de energía).
% FLUJO | HORAS | ENERGÍA ANUAL | COSTO ANUAL | RPM | AHORROS |
---|---|---|---|---|---|
100 | 8760 | 49.774,43 | 1.742,10 | 2040 | 0% |
95 | 8760 | 42.774,64 | 1.493,64 | 1938 | 14,26% |
90 | 8760 | 36.285,56 | 1.269,99 | 1836 | 27,10% |
85 | 8760 | 30.567,72 | 1.069,87 | 1734 | 38,59% |
80 | 8760 | 25.484,51 | 891,96 | 1632 | 48,80% |
75 | 8760 | 20.998,59 | 734,95 | 1530 | 57,81% |
70 | 8760 | 17.072,63 | 697,01 | 1428 | 59,99% |
La eficiencia también está representada por la modularidad. Con una solución de acoplamiento cerrado es posible agregar nuevos acondicionadores en la previsión de un aumento de la capacidad del centro de datos.
A pesar de que algunos estudios anteriores han especulado con un crecimiento muy elevado de las ventas de soluciones de acoplamiento cerrado, los estudios más recientes han mostrado, en cambio, un crecimiento más contenido. La razón parece deberse al hecho de que las soluciones In-Row ofrecen importantes ahorros de energía ya que las densidades de los racks se acercan al umbral de 8-10 kW; En cambio, las densidades medias actuales para los centros de datos de tamaño medio son de unos 5 kW y el ahorro de energía no justifica totalmente el mayor coste de inversión para el sistema de refrigeración.
Temperaturas del agua refrigerada
En los sistemas tradicionales, las temperaturas del suministro de agua refrigerada suelen variar entre 6 y 7 ° C y de hecho es necesaria agua fría para generar aire frío que compense la subida que se produce en el suelo del centro de datos, ya que el aire frío de entrada y el el aire de escape caliente interactúa. Sin embargo, es necesario asegurarse de que la temperatura de entrada esté entre 18 y 26,5 ° C según lo establecido por la ASHRAE.
Algunos tipos de sistemas de acoplamiento cerrado permiten temperaturas de entrada de agua más cálidas debido a la proximidad del sistema de refrigeración y el diseño del serpentín de enfriamiento, mientras se mantienen dentro de las pautas de ASHRAE.
Dado que los frigoríficos representan el 30-40% del consumo energético de un centro de datos y que esto se debe en gran parte a la refrigeración mecánica, una mayor temperatura de entrada del agua permite aumentar las horas en las que es posible el free cooling y por tanto aumentar la eficiencia del frigorífico.
Sistema de acoplamiento cerrado de centros de datos de Google
Desde hace varios años, Google , según declaraciones del vicepresidente de Data Centers , Joseph Kava , reestructura el sistema de refrigeración de sus Data Centers cada 12-18 meses, enfocándose también en sistemas tipo Close Coupled.
En 2012, Google publicó una galería de fotos que muestra el diseño de su sistema de enfriamiento, seguida de una explicación del vicepresidente del centro de datos, Joseph Kava, de cómo funciona.
En el centro de datos que se muestra, las habitaciones sirven como pasillos fríos, hay un piso elevado pero no hay baldosas perforadas. El enfriamiento ocurre en pasillos cerrados con filas de racks a ambos lados, mientras que serpentines de enfriamiento que utilizan agua fría sirven como techo de estos pasillos cálidos, que también albergan las tuberías que llevan el agua hacia y desde las torres de enfriamiento ubicadas en otra parte del edificio.
La temperatura del aire se mantiene generalmente alrededor de 26,5 ° C, calentándose cada vez más debido al contacto con varios componentes, hasta unos 49 ° C. Cuando el aire es dirigido por ventiladores en el cálido pasillo cerrado donde, llegando a la parte superior de la habitación, pasa a través del serpentín de enfriamiento y se enfría a temperatura ambiente. La tubería flexible se conecta al serpentín de enfriamiento en la parte superior del pasillo caliente y desciende a través de una abertura en el piso y fluye debajo del piso elevado.
De las declaraciones de Kava "Si tuviéramos fugas en los conductos, el agua se hundiría en nuestro piso elevado. Tenemos mucha experiencia con este diseño, y nunca ha ocurrido una gran pérdida de agua" , la presencia de una emergencia Se confirma el sistema para detectar fugas de agua. También se confirma que la proximidad de líquidos a los servidores no se considera problemática.
Kava también afirmó, refiriéndose a otros tipos de sistemas de enfriamiento con instalaciones en el techo para devolver el aire caliente de escape a los acondicionadores de aire de la sala de computación (CRAC) ubicados a lo largo del perímetro del área del piso elevado, que todo el sistema es ineficiente porque el aire caliente se mueve a una gran distancia mientras viaja hacia el "CRAC", mientras que un sistema de acoplamiento cerrado es significativamente más eficiente.
Bibliografía
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