Enfriamiento adiabático por sistemas de panel de contacto en centros de procesamiento de datos

Principio Evaporativo

El aire seco tiene una enorme capacidad natural para enfriarse mediante el intercambio de calor con agua. El agua absorbe una gran cantidad de calor del aire para evaporarse. Como resultado de este intercambio entre el aire y el agua, la temperatura del aire disminuye. Este proceso de enfriamiento de aire utiliza mucha menos energía que los procesos de refrigeración tradicionales utilizados por los sistemas de aire acondicionado típicos.

Un enfriador de panel de contacto básicamente utiliza este principio para enfriar el aire caliente forzándolo a pasar a través de una gran superficie de panel inorgánico que se humedece con agua (funciona como una esponja). En este tipo de enfriamiento no se consume energía para evaporar el agua. El panel en sí tiene una caída de presión de aire que representará un pequeño aumento en el consumo de energía de los ventiladores, y se utiliza una pequeña bomba de circulación para distribuir el agua a través de los paneles. El consumo total de energía resultante de la caída de presión de aire adicional y la bomba de recirculación de agua no es significativo en el consumo total de energía del sistema de enfriamiento del centro de procesamiento de datos.

Donde funciona el enfriamiento por evaporación

El efecto de enfriamiento evaporativo está directamente asociado con la capacidad del aire para absorber agua. En otras palabras, depende de la diferencia entre la temperatura del bulbo seco y la temperatura del bulbo húmedo. Cuanto mayor es la diferencia, mayor es el efecto de enfriamiento. El enfriamiento evaporativo puede reducir significativamente, o incluso a veces eliminar, los equipos de enfriamiento por compresor en los centros de datos, dependiendo de las condiciones del aire interior y exterior y del tipo de solución de enfriamiento implementada.

Dicho esto, hay algunos lugares en el mundo que son más adecuados para el uso de enfriamiento evaporativo que otros. La temperatura del bulbo húmedo establecerá la temperatura mínima teórica a que se puede enfriar el aire durante el proceso de enfriamiento por evaporación, suponiendo que la eficiencia de saturación del proceso sea del 100%. Es por eso muy importante considerar la distribución de la temperatura exterior de bulbo húmedo en todo el mundo para identificar los lugares más adecuados para el uso del enfriamiento por evaporación.

Por lo general, para las aplicaciones del centro de procesamientos de datos, se considera que las ubicaciones donde la temperatura del bulbo húmedo es > 25oC tienen un bajo potencial para implementar soluciones de enfriamiento evaporativo.

Requisitos de enfriamiento del centro de procesamiento de datos

El Comité Técnico ASHRAE 9.9 (TC9.9) emitió la 4a edición (2015) de las guías térmicas para centros de procesamiento de datos donde se definen los requisitos de enfriamiento.

Esta nueva envoltura con rangos de operación más amplios respalda la introducción de nuevas tecnologías de ahorro de energía como el enfriamiento gratuito (también conocido como free-cooling y/o economizadores) y el uso de soluciones de enfriamiento evaporativo.

A continuación, una representación de los diferentes rangos (A1 a A4, ambos recomendados y permitidos) con las especificaciones para enfriamiento por aire.

Aprovechando que las últimas generaciones de equipos de distribución eléctrica y TI funcionan con temperaturas cada vez más altas mientras mantienen altas tasas de fiabilidad, los centros de procesamiento de datos ahora usan temperaturas de impulsión de aire enfriado más altas, mientras mantienen el ∆T habitual (impulsión/retorno), lo que permite en muchos casos que la temperatura del aire de impulsión durante los picos de verano (que representan en algunos casos un porcentaje muy pequeño de horas / año) desvíe de los valores recomendados a los valores permitidos por ASHRAE (muchas de las veces dentro del rango A1).

Esto permite que los centros de datos implementen soluciones de enfriamiento de alta eficiencia energética, con cifras de efectividad de uso de energía muy bajas y, en algunos casos, permitiendo que el centro de datos funcione sin “enfriamiento por compresor”.

Eficiencia energética

El PUE (Power Usage Effectiveness) es una métrica que determina la eficiencia energética en un centro de datos. Se calcula dividiendo la cantidad total de energía suministrada a un centro de datos por la energía utilizada para operar la infraestructura de TI:

La energía total de la instalación incluye toda la energía de la infraestructura TI más todo lo que soporta su carga, como la infraestructura de suministro de energía (por ejemplo, UPS, interruptores, generadores, PDU, baterías, pérdidas de distribución), la infraestructura de enfriamiento (por ejemplo, CRAC, AHU, enfriadoras, torres de enfriamiento, bombas, etc.) y otras.

Típicamente, el PUE se calcula para el perfil meteorológico anual completo y se presenta como una cifra única como PUE anual.

La proporción ideal teórica de PUE sería 1 y, tan cerca como sea, más eficiente será el centro de datos.

El enfriamiento representa un porcentaje importante del consumo de energía total en los centros de datos, y es una práctica común analizar su efectividad de uso de energía parcial individualmente (pPUE).

El consumo de agua

El WUE (Water Usage Effectiveness) es una métrica que determina el uso del agua en los centros de datos y se expresa en litros/kilovatio-hora (l/kWh):

El uso anual de agua incluye toda el agua utilizada para el funcionamiento del centro de datos, como el agua utilizada para la humidificación, para enfriar el centro de datos (torres de enfriamiento, CRAC o AHU) o para enfriar el equipo generador de energía eléctrica.

De la misma manera que para el PUE, el enfriamiento representa un porcentaje importante del consumo total de agua en los centros de procesamiento de datos, y es una práctica común analizar su efectividad parcial (pWUE).

Ventajas de utilizar el enfriamiento evaporativo por panel de contacto de Fisair

  • Niveles máximos de eficiencia energética (pPUE anual)
  • La mejor eficiencia de saturación del mercado
  • El panel con la menor pérdida de carga en el mercado
  • Uso reducido de agua (pWUE), en comparación con otras soluciones de enfriamiento por evaporación
  • Almacenamiento de agua de emergencia reducido, en comparación con otras soluciones de enfriamiento por evaporación.
  • Operación con todo tipo de agua (sin tratamiento de agua)
  • No hay riesgo de gotas de agua en la parte interna de la envolvente ni en los componentes (por ejemplo, el intercambiador de calor de placas aire-aire)
  • Permite soluciones de enfriamiento sin la utilización de compresor (“enfriamiento mecánico”)
  • Infraestructura eléctrica reducida
  • Reducción del CapEx, OpEx y coste de capital

Rango de productos

FISAIR ofrece una gama completa de productos de enfriamiento evaporativo por panel de contacto:

Centros de procesamiento de datos de pequeña a gran escala: HEF2E para integración en unidades de tratamiento de aire (UTA)

Características y principales ventajas:

  • Bajo consumo de energía;
  • Construido completamente en acero inoxidable AISI304, opcionalmente AISI 316;Media pads evaporative coolers | HEF2E
  • Panel evaporativo de alta eficiencia / higiénico. No inflamable y inorgánico;
  • Ensamblaje sin pegamento, que proporciona alta eficiencia de saturación, perdida de carga muy baja y un ciclo de vida prolongado;
  • Operación con todo tipo de agua, incluyendo agua desmineralizada;
  • Iones de plata en la superficie del panel evaporativo (antibacteriano y protección contra la formación de moho);
  • Casetes estándar para un fácil mantenimiento;
  • Permite el mantenimiento desde los lados o desde la parte frontal de la unidad;
  • Montaje fácil y rápido en la UTA;
  • Certificado higiénico según el VDI6022.

Serie estándar:

Desde 570 mm x 350 mm (425 m3/h a 2,5 m/s) hasta 2975 mm x 2400 mm (55,000 m3/h a 2,5 m/s) en una pieza, y hasta 6150 mm x 4800 mm en conjunto modular (220.000 m3/h a 2,5 m/s).

Centros de procesamiento de datos de gran escala: HEF2E para unidades de tratamiento de aire (UTA)

 

Free-Cooling directo

 Ejemplo de free-cooling directo con enfriamiento evaporativo por panel de contacto de FISAIR

UbicaciónLondresMadrid
Carga de calor125 kW125 kW
Temperatura del aire de suministro2626
∆T1212
Modos de enfriamiento
Free-Cooling8582 h/a (98%)7324 h/a (84%)
Evaporativo (HEF2E)*178 h/a (2%)1436 h/a (16%)
Compresor0 h/a (0%)0 h/a (0%)

* utilizando el sistema evaporativo FISAR HEF2E con los siguientes detalles: velocidad frontal del aire 2,0 m/s; impulsión HR <80%

Rendimiento HEF2E en condiciones de diseño anuales extremas a = 20 años
BSBH
Madrid4125,3
Londres35,822,6

Free-Cooling Indirecto

 

Ejemplo de free-cooling indirecto con enfriamiento evaporativo por panel de contacto de FISAIR

UbicaciónLondresSídneyTokio
Carga de calor125 kW125 kW125 kW
Temperatura del aire de suministro262626
∆T121212
Modos de enfriamiento
Free-Cooling8276 h/a (94%)6505 h/a (74%)5984 h/a (68%)
Evaporativo (HEF2E)*484 h/a (6%)2255 h/a (26%)2776 h/a (32%)
Compresor0 h/a (0%)4 h/a (0,1%)1484 h/a (17%)

* utilizando el sistema evaporativo FISAR HEF2E con los siguientes detalles: velocidad frontal del aire 2,0 m/s; Eficiencia del recuperador de placas aire-aire = 75% @ relación de caudal de aire 1: 1

Centros de datos de pequeña escala: conducto en línea – HEF3-CAD

Características y principales ventajas:evaporative air cooler | Contact panel evaporative humidifiers | Fisair

Para aplicaciones de conductos a agua directa.

  • 6 tamaños estándar con caudales de aire de hasta 3.700 m3/h sin arrastre de gotas.
  • Rendimiento óptimo con costes operativos mínimos.
  • Fácil instalación y mantenimiento.
  • Alto aumento en la eficiencia de recuperación de calor en el aire de retorno.
  • Acero inoxidable AISI-304, en la balsa y estructura.
  • Vaciado completo de la bandeja
  • Fácil de desmontar para fines de limpieza y mantenimiento
  • Accesible en todas las caras

Centros de datos de pequeña a gran escala: Enfriadoras de fluidos / Dry- Coolers / Enfriadorss – HEF7

Secciones enfriamiento evaporativo compuestas de:Cellular panel evaporative coolers | Fisair's Photos adiabatic cooling system

  • El sistema de enfriamiento adiabático tiene un panel evaporativo orgánico o inorgánico de alta eficiencia en un marco de acero inoxidable.
  • Unidad de bomba (tanque, interruptor de nivel, moto-válvulas y regulador de caudal)
  • Panel de control (protección IP-55, protecciones, pantalla luminosa e indicador de estado).
  • Opcional: comunicación con BMS y control de conductividad del agua para minimizar el consumo.

Referencias de aplicación

Entre las referencias destacadas está el Centro de datos de Telefónica Alcala (Alcalá de Henares, Madrid, España)

Certificación: TIER IV Gold

PUE anual: <1.3

Producto suministrado: enfriadores evaporativos FISAIR HEF2E para las UTAs.

La incorporación de los enfriadores evaporativos HEF2E de FISAIR en las unidades de tratamiento de aire permitió que el centro de procesamiento de datos de Telefónica funcionara sin necesidad de refrigeración mecánica durante el 92% del tiempo durante todo el año, solo usando free-cooling y / o enfriamiento evaporativo, contribuyendo así para lograr la certificación TIER IV Gold del Uptime Institute, con un PUE (Power Usage Effectiveness) anual entre 1.2 y 1.3.

Tipo de instalación: Enfriadoras + UTAs con enfriamiento evaporativo directo (DFC)

Nº de UTAs: 36

Uso de free-cooling (aire exterior) y / o enfriamiento evaporativo: 8460 h / año (92%)

Uso de enfriamiento mecánico (compresor): 300 h / año (8%)

    Otras referencias destacadas:

    • HP 
    • Oracle 
    • Telefónica (Movistar) 
    • BBVA 
    • Maphre 
    • Banco popular 
    • Data4 (Milan y Paris)

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