HVAC de precisión para data centers

Autor: Ing. Ray Cosme – Project Director en AIRLAN Perú

1. Arquitectura HVAC para misión crítica

Los Data Centers operan con cargas altamente sensibles y funcionamiento continuo 24/7. Las configuraciones predominantes son expansión directa (CRAC/PAC) y agua helada (CRAH). Los sistemas de agua helada permiten mayor integración con free cooling y operación eficiente a carga parcial.

2. Eficiencia energética y PUE

El PUE mide la relación entre energía total del centro de datos y energía IT. La documentación analizada muestra que el sistema HVAC representa una fracción dominante del consumo y que elevar temperaturas de impulsión mejora la eficiencia del sistema.

3. Gestión avanzada del aire

La contención de pasillos calientes y fríos disminuye la mezcla térmica, permite elevar temperaturas de suministro y reducir la deshumidificación innecesaria. En aplicaciones modernas se trabaja con impulsiones entre 21–27°C.

4. Tecnologías destacadas

Ventiladores EC, válvulas electrónicas, control distribuido SMART NET, monitoreo SMART COOL y estrategias de free cooling incrementan confiabilidad y reducen el consumo anual.

Características de los centros de datos 

Los centros de datos son instalaciones con una elevada densidad energética, llegando a consumir entre 10 y 15 veces más energía que un edificio de oficinas convencional. El crecimiento de las tecnologías de la información ha incrementado la demanda energética, especialmente en los sistemas de refrigeración, que representan una parte muy importante del consumo total.

La distribución energética de un centro de datos muestra que la climatización y el acondicionamiento suponen el mayor porcentaje de consumo, seguidos por los servidores, mientras que otros elementos como la iluminación o los sistemas UPS tienen un impacto menor.

Para evaluar la eficiencia energética se utiliza el indicador PUE (Power Usage Effectiveness), definido como la relación entre la energía total consumida por el centro de datos y la utilizada directamente por los equipos informáticos. Un valor de PUE cercano a 1 indica una mayor eficiencia. Actualmente, muchos centros de datos presentan valores alrededor de 2, lo que evidencia un amplio margen de mejora, especialmente optimizando los sistemas de refrigeración.

Densidad baja

Describe soluciones de climatización para centros de datos con baja densidad de potencia (menos de 5 kW por rack).

• Se usan normalmente pasillos abiertos. 
• El aire frío entra desde el piso técnico o rejillas y atraviesa los servidores. 
• El aire caliente regresa a la unidad de climatización. 
• Puede impulsarse aire desde abajo (downflow) o desde arriba (upflow). 
• Ventajas:
  • Bajo costo. 
  • Fácil instalación. 
  • Flexible para futuras ampliaciones. 
• Desventaja:
  • Requiere aire muy frío para funcionar correctamente. 
• Temperaturas típicas:
  • Impulsión: ~12 °C. 
  • Retorno: ~24 °C.

Densidad medio-alta

Explica que, al aumentar la densidad de servidores, los pasillos abiertos ya no son suficientes porque se mezcla el aire frío y caliente.

Presenta dos soluciones:

1. Contención de pasillo frío
   • Se encierra el pasillo frío superior y lateralmente. 
   • Evita mezcla de aire. 
2. Contención de pasillo caliente
   • Se encierra el aire caliente expulsado por los servidores. 

Beneficios:

• Mejor separación de flujos de aire. 
• Temperaturas de impulsión más altas (16–21 °C). 
• Mayor eficiencia energética del sistema. 
• Menor necesidad de deshumidificación. 
• Mejor control térmico en salas de alta carga.

Hot Aisle Containment HT.

Características:

• Usa contención de pasillo caliente. 
• Trabaja con agua refrigerada y temperaturas de impulsión más altas (~27 °C). 
• Mejora la eficiencia del refrigerador y aumenta el uso de enfriamiento gratuito (free cooling). 

También explica:

• La importancia de controlar con precisión el caudal de aire para evitar puntos calientes. 
• El uso de “enfriamiento en seco modulante”, que aprovecha el aire exterior cuando la temperatura lo permite. 
• Esto reduce el uso de refrigeración mecánica y el consumo energético.

Finalmente introduce el concepto de:

pPUE (Partial Power Usage Effectiveness)
Métrica que relaciona:

• Energía de TI. 
• Energía usada por climatización. 

Objetivo:

• Medir y mejorar la eficiencia energética parcial del centro de datos.

Conclusiones

La evidencia técnica presentada muestra que la mejora del desempeño energético de un Data Center depende principalmente de la gestión del flujo de aire, el incremento controlado de temperaturas de operación y la incorporación de estrategias de free cooling y control modular.