Uno de los sectores más dinámicos en el mercado de la refrigeración es el de los Centros de Proceso de Datos (CPD) debido a la continua mejora de los procesadores, etc. que en todo momento buscan una ampliación de la capacidad de cálculo y un incremento en la eficiencia energética. Las cargas térmicas en los rack de los CPD están aumentando continuamente debido a la compactación de mayor número de transistores en menor espacio. A principios de los años 90 la carga media de un rack estaba entre 1 y 2 kW. Actualmente no es extraño ver cargas de entre 20 y 24 kW o incluso más.
Los servidores blade, motores de este cambio, están generando numerosos retos:
1.Incremento en las Cargas Térmicas, tal y como hemos comentado anteriormente
2.La refrigeración por aire para cargas de hasta 15 kW se hace muy difícil
3.Por lo tanto se tienen que aplicar nuevos métodos de refrigeración para las nuevas condiciones.
Obviamente una correcta climatización de la sala donde están localizados los servidores implica un aumento del tiempo de disponibilidad de la sala y una minimización de los fallos en el sistema.
I.La tecnología basada en la refrigeración mediante CO2
La refrigeración utilizando CO2 consiste en utilizar dióxido de carbono (CO2) como refrigerante. A grandes rasgos en las salas de CPD hay unos evaporadores donde se gasifica el CO2, absorbiendo el calor desprendido en los racks que será descargado en el exterior a través de condensadores:
1.En invierno, cuando la temperatura del exterior es inferior a 15ºC, el calor se explulsa al exterior a través de aeroventiladores. Se produce una condensación del CO2 devolviéndolo a la sala CPD en estado líquido.
2.En verano, cuando la temperatura supera los 15ºC, el calor se expele del CO2, y se vuelve a condensar con agua fría en un intercambiador de CO2/ Agua. Una vez hecho esto, CO2 en estado líquido se vuelve a retornar a la sala de CPD, listo para volver a evaporarse.
II.Retos técnicos en las instalaciones de CO2
Las instalaciones de CO2 tienen algunas particularidades que se tienen que considerar ya que son instalaciones donde el fluido es bifásico (líquido y gas) a unas presiones muy altas (del entorno de 50 Bar). Debido a esto se tienen que verificar las posiciones relativas de los bombeos frente a los aeroventiladores y evaporadores, así como las distancias máximas de tubería, altura máxima entre los distintos elementos de la red, etc. Por otro lado, este tipo de instalaciones también tiene algunas ventajas únicas, tales como la ausencia de aceite en el circuito, porque el mismo CO2 refrigera las bombas, reduciendo notablemente las labores de mantenimiento. Los demás elementos móviles tales como ventiladores, etc. se pueden cambiar en caliente sin necesidad de parar la instalación.
Otra de las características del sistema es que no necesita regulaciones de caudal (ahorro energético casi despreciable), lo cual simplifica bastante el funcionamiento del sistema reduciendo los mantenimientos de elementos móviles.
III.Ámbito geográfico de utilización
Los ahorros energéticos del sistema de refrigeración mediante CO2 provienen de la realización de free-cooling y de la minimización de los bombeos (no es lo mismo mover aire o agua que mover un refrigerante con cambio de fase). De modo que las zonas con mayor número de horas con temperaturas comprendidas entre 7ºC- 15ºC son las mejores, contrariamente a lo que se pueda pensar, el CO2 es más eficiente que las soluciones de agua fría en Barcelona que en Madrid, porque en temperaturas extremas las dos soluciones no pueden hacer free-cooling.
IV.Soluciones disponibles en alta/ media y baja densidad
Hasta la fecha, las soluciones AITCS han estado enfocadas a alta densidad, con racks de entre 15-20 kW hasta 40kW. Esto es debido a que se esperaba que hubiera un gran número de instalaciones exclusivamente con alta densidad. Sin embargo, en el mercado español, hasta ahora, estas instalaciones de alta densidad han sido muy escasas y en casi ningún caso se han proyectado exclusivamente de alta densidad. Si bien la tendencia apunta hacia un incremento de instalaciones de mayor densidad, a día de hoy el mercado dispone de distintas soluciones para distintos rangos de densidad.
V.Ventajas e inconvenientes frente a soluciones existentes
Como en cualquier sistema, la utilización del CO2 como refrigerante tiene su ámbito de aplicación y presenta ventajas e inconvenientes frente a otros sistemas de refrigeración actual.
a.CRAC. Los sistemas de refrigeración de sala (CRAC) tienen como ventaja que son versátiles para instalaciones de tamaño pequeño y grande. Es económico hacer una instalación redundante N+1. Instalación económica para instalaciones de baja densidad. Tecnología con muchos años en el mercado y muchos suministradores. Cualquier modificación en las cargas y la disposición de las cargas pueden hacer aflorar puntos calientes . que son muy difíciles de eliminar sin modificar toda la configuración de la sala.
Las ventajas de la refrigeración con CO2 son: instalación fácilmente ampliable una vez se tiene la tubería de refrigerante, requiere poco espacio de sala (25 cm de fondo en alta densidad, 300 mm de ancho en ‘in row’ y suspendido en baja densidad), energéticamente eficiente porque necesita utilizar el compresor un menor número de horas.
b.Climatizadoras con freecooling. Los climatizadores que utilizan un freecooling indirecto y que utilizan recuperadores rotativos son muy eficientes energéticamente pero necesitan mucho espacio, prácticamente la misma superficie que la sala de CPD. Es muy difícil hacer redundancias de N+N, para altas densidades (15- 20 kW en adelante) por rack no funcionan y se tienen que hacer instalaciones adicionales (‘liquid cooling’, etc.). Donde hay enfriamiento adiabático no se tiene en cuenta el consumo de agua ni su mantenimiento, que también es un coste aunque no sea energético.
La refrigeración por CO2 permite consumos energéticos similares con una mayor flexibilidad, especialmente para la reforma de instalaciones existentes.
c.‘Liquid Cooling’ con agua. Esta solución de alta densidad tiene como ventajas que utiliza presiones bajas (menos de 10 Bar), es fácil de intercalar con CRAC que utilizan agua fría.
Frente a esto la utilización de CO2, es más eficiente energéticamente por una temperatura más elevada, es benigno electrónicamente ya en caso de fuga no afecta a los equipos electrónicos. Con pequeños tamaños de tubería, se puede evacuar gran cantidad de calor, por ejemplo, en un tubo de Ø 100mm se puede llegar a 1000kW.
