Estrategias de enfriamiento para salas de red y otros espacios de IT pequeños

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Gráfico con métodos de enfriamiento

El enfriamiento de las salas para equipo de red (de Internet / telecomunicaciones) y cableado raramente se planifica, y por lo general se implementa una vez que se producen fallas o sobrecalentamiento.
Históricamente, no existen estándares claros para especificar un esquema de enfriamiento suficiente para lograr un comportamiento predecible dentro de las salas de red. Para que la especificación del esquema de enfriamiento de una sala de red sea adecuada, debe garantizar la compatibilidad con las cargas anticipadas, brindar instrucciones sin ambigüedades para el diseño y la instalación de equipos de enfriamiento, evitar el sobredimensionamiento, maximizar la eficiencia eléctrica y ser suficientemente flexible para permitir el funcionamiento en diversos tipos y formas de salas.

A continuación, se explican con mayor detalle los cinco métodos de enfriamiento para salas a fin de brindar una descripción clara de su rendimiento y limitaciones.

  • Conducción: El calor puede fluir a través de las paredes del espacio

Si una sala está sellada de manera eficaz, como sucede con muchas salas de servicios, la única forma de que salga el calor es por conducción a través de las paredes. Para que esto funcione, el aire dentro de la sala debe calentarse hasta que su temperatura supere la existente del otro lado de las paredes de la sala. Dicho en forma práctica, esto significa que la sala siempre tendrá mayor temperatura que el aire del ambiente del edificio, y el aumento de temperatura será mayor a medida que aumente el nivel de potencia de los equipos informáticos.

La relación expuesta se calcula en base a una sala de 3 x 3 x 3 metros (10 x 10 x 10 pies) sellada en forma eficaz con una fuga de aire de solo 23,6 litros por segundo (50 pies cúbicos por minuto), de construcción con tablaroca, y en la cual las cuatro paredes dan a espacios con enfriamiento de confort a 20°C (68°F).

Como puede verse, esta sala típica puede tolerar hasta 400 vatios de carga informática si, por su carácter crítico, requiere una temperatura inferior a 25°C (77°F), y hasta 1000 vatios si es aceptable una temperatura inferior a 32°C (90°F).

Sin embargo, las salas varían en tamaño y materiales de construcción, y se ven afectadas por otros factores que influyen en esa relación, lo que en última instancia limita la capacidad de utilizar este método.

El factor más evidente que influye sobre la temperatura es la dimensión de la sala. Cuanto más grande es la sala, mayor es la capacidad de la sala para disipar el calor, porque este se distribuye entre una superficie mayor de piso, cielorraso y paredes. Análogamente, cuanto más pequeña es la sala, menor es el rendimiento del enfriamiento por conducción.

Los materiales utilizados en las paredes, cielorraso y piso también producen una desviación similar en la relación entre temperatura y carga, ya que la capacidad de transferir el calor difiere de un material a otro. Si en el ejemplo anterior reemplazamos las paredes de paneles de yeso y paneles acústicos del techo por paredes de bloques de concreto de 10 cm (4 pulgadas) y piso de losas de concreto de 10 cm (4 pulgadas), veremos un aumento en el rendimiento del esquema de enfriamiento.

Un hecho frecuente que tiene impacto en el rendimiento del enfriamiento por conducción es el aumento en la temperatura ambiente del edificio, debido a percances en el sistema de enfriamiento durante los fines de semana. Cuando este problema se presenta, la temperatura de la sala aumenta en la misma medida.
En nuestro ejemplo, si el sistema de aire acondicionado del edificio pasa de una temperatura de 20°C (68°F) a 29°C (85°F) durante el fin de semana (lo que representa un aumento de 9°C (17°F)), podemos esperar el mismo aumento de 9°C (17°F) dentro de la sala.

Esto significa que, para una sala crítica que requiere que la temperatura sea igual o inferior a 25°C (77°F), no se puede instalar el equipo; y para una sala que no es crítica que permite trabajar con una temperatura igual o inferior a 32°C (90°F), solo se puede instalar equipo hasta 250 vatios.

Otra limitación de este método de enfriamiento es que, si una de las paredes de la sala es una pared exterior del edificio, la temperatura de la sala se verá afectada por la temperatura exterior de la pared, que es afectado por la temperatura del ambiente exterior y el calentamiento debido a la exposición al sol.

Por lo tanto, una sala con una pared exterior podría sobrecalentarse en un día caluroso o soleado. En nuestro ejemplo de sala de 10x10x10 pies, puede esperarse un aumento de temperatura de 4 a 7°C (8 a 12°F), contemplando una temperatura ambiente en el exterior de 38°C (100°F) y el peor caso de exposición al sol de 1000 vatios / m2.

El rendimiento del enfriamiento por conducción en salas selladas varía de acuerdo con las dimensiones de la sala, su construcción y los ambientes adyacentes.

En general, se recomienda que el método de conducción se utilice como único medio de enfriamiento para salas críticas cuando la carga de potencia dentro de la sala no supera los 400 vatios, considerando también los demás factores que se mencionaron anteriormente que afectan el rendimiento del esquema de enfriamiento.
Análogamente, en el caso de salas no críticas, el método de conducción debe utilizarse solo cuando la carga de la sala es inferior a 1000 W. Esto limita la utilización del método de conducción a casos de dispositivos informáticos de muy bajo consumo, como conmutadores (switches) pequeños de red.

Como se ve en los ejemplos anteriores, la temperatura se eleva rápidamente al aumentar la carga. Nótese que agregar otra fuente de calor, como una lámpara, representa un incremento importante el nivel de potencia.
Por lo tanto, las luces de la sala deben ser de bajo consumo y alta eficiencia, y apagarse automáticamente cuando la puerta se cierra, o bien deben omitirse.

 

  • Ventilación pasiva y asistida por ventiladores: El calor puede fluir hacia el aire más fresco por una perforación o rejilla

Las salas pueden enfriarse por medio de una ventilación hacia el aire del ambiente del edificio.
Esta ventilación puede ser pasiva, utilizando orificios o perforaciones adecuadamente ubicados, o puede ser asistida por ventiladores. El principio básico consiste en garantizar que la temperatura del aire de la sala no aumente sustancialmente por encima de la temperatura ambiente del edificio.

El método de ventilación es muy práctico para el enfriamiento de salas.
Para niveles de potencia inferiores a 700 vatios, la ventilación pasiva es eficaz para salas críticas.
Para niveles de potencia de entre 700 y 2000 vatios, la ventilación asistida por ventiladores es adecuada para salas críticas.

Se puede lograr la tolerancia de niveles de potencia aún mayores si se utilizan unidades de mayor capacidad o asistidas por varios ventiladores.

Análogamente, para salas no críticas, la ventilación pasiva es eficaz hasta 1750 vatios, y la ventilación asistida por ventiladores es eficaz desde los 1750 hasta los 4500 vatios.

Las consideraciones pertinentes a la aplicación, como la ubicación de la toma de aire y la unidad asistida por ventiladores con respecto a los equipos informáticos, también pueden aumentar el rendimiento del esquema de enfriamiento.

  • Enfriamiento de confort: El calor puede extraerse por medio de un sistema de enfriamiento de confort

Muchos edificios tienen un sistema de aire acondicionado o un sistema combinado de aire acondicionado y calefacción para crear un entorno confortable para el personal.
Por lo general, estos sistemas de enfriamiento de confort cuentan con ductos para circulación de aire.
Puede parecer conveniente aprovechar esos sistemas instalando ductos adicionales para las salas de red, de la misma forma que se agregan ductos cuando se añaden nuevas oficinas o salas.

Sin embargo, solamente incorporar ductos rara vez resuelve los problemas de enfriamiento de las salas, y a menudo los empeora.

Los sistemas de enfriamiento de confort tienen un ciclo de encendido y apagado. El mecanismo de control más habitual es un termostato ubicado en alguna parte del área, pero (típicamente) no en la sala. Con relación a un espacio pequeño como una sala con dispositivos informáticos, esto significa que la temperatura disminuirá cuando el sistema de enfriamiento esté encendido y aumentará cuando esté apagado. Como resultado, se produce una fluctuación significativa de temperatura que en realidad puede causar más estrés para los equipos que una condición de temperatura elevada constante.
Más aun, una práctica común relativa a los sistemas de enfriamiento de confort es elevar los puntos de referencia de temperatura durante los fines de semana y las noches para ayudar a conservar la electricidad.
De hecho, algunos se apagan completamente. Si una sala de red es solo parte de un área más grande, por lo general, la temperatura promedio de la sala de red aumentará en la misma medida que se eleve el punto de referencia. Si se decide simplemente agregar ductos de aire, uno se ve forzado a escoger entre desperdiciar energía durante la noche y los fines de semana, y empeorar aún más las fluctuaciones de temperatura dentro de la sala de red.
Si se desea utilizar el sistema de enfriamiento de confort del edificio para enfriar una sala de red, esta deberá constituir una zona dedicada, con sus propios ductos de suministro y retorno adecuadamente dimensionados, unidades terminales (por ejemplo, unidad de ventilador o serpentín, caja VAV) y controles (por ejemplo, termostatos). Esto no es práctico.

Entre los desafíos que se deben enfrentar al agregar una zona dedicada para salas de red se incluyen:

  • La necesidad de garantizar que la presión estática es adecuada y constante en el ducto de suministro que llega a la caja VAV (volumen de aire variable), especialmente durante los días calurosos de verano cuando el sistema de aire acondicionado del edificio está en pleno funcionamiento.
  • Capacidad de densidad de potencia muy baja; la mayoría de los sistemas de enfriamiento de confort están diseñados para brindar 43 a 54 vatios / m2 (4 a 5 vatios / pie cuadrado) de enfriamiento, lo que equivale a 150 vatios / rack (contemplando 30 pies cuadrados por rack).
  • Falta de escalabilidad.
  • Alto costo de implementación.

Además, el sistema de enfriamiento central también es parte de un sistema de calefacción principal o complementario. En estas situaciones, el ducto de suministro instalado para mantener fresca la sala proporcionará calor a ese espacio durante los meses de invierno.
Esto en ningún caso es conveniente.

Por lo general, aprovechar el sistema de aire acondicionado del edificio para enfriar las salas de red informática no es adecuado.

Si ya existen los ductos, deben extraerse o anularse, y reemplazarse o complementarse con alguno de los otros enfoques que se describen en este informe.

  • Enfriamiento dedicado: El calor puede extraerse por medio de una unidad de aire acondicionado dedicado a la sala

La forma más eficaz de controlar la temperatura de las salas es instalar equipos de aire acondicionado dedicados en la sala.
Sin embargo, el esquema de aire acondicionado dedicado es mucho más costoso y complejo que la ventilación pasiva o asistida por ventiladores, y solo debe utilizarse cuando sea necesario.

En general, cuando el nivel de potencia en una sala excede los 2000 vatios aproximadamente en el caso de salas críticas, o 4500 vatios en salas no críticas, se recomienda utilizar equipos de aire acondicionado dedicados. Cuando se realiza la determinación de la potencia, es importante referirse a las especificaciones detalladas de consumo de energía que brinda el proveedor de equipos informáticos y establecer el nivel de potencia para la configuración específica de los equipos informáticos. Por lo general, el consumo de potencia real de equipos específicos está muy por debajo de la potencia nominal que presenta el proveedor en el panel posterior, y una determinación correcta puede representar un ahorro considerable en gastos y complejidad relativos a la solución de enfriamiento. Por ejemplo, los enrutadores configurables con una potencia nominal detallada por el fabricante de entre 5 y 6 kW, en realidad solo consumen de 1 a 2 kW en las configuraciones que suelen emplear los usuarios más comúnmente.

En este caso, una determinación correcta puede eliminar la necesidad de una unidad de aire acondicionado.
Existen casos en los que una unidad de aire acondicionado dedicada es la solución adecuada, aun cuando la ventilación parece una alternativa técnicamente viable. Algunos ejemplos son:

  • El aire exterior a la sala que ingresaría por la ventilación contiene polvo u otros contaminantes en cantidades significativas.
  • El aire exterior a la sala que ingresaría por la ventilación sufre de fluctuaciones excesivas de temperatura.
  • Añadir conductos de ventilación es imposible por restricciones prácticas, por ejemplo, que el edificio sea alquilado y no se pueda modificar, o que añadir esos ductos sea antiestético.

En esos casos, la ventilación que utiliza el aire del ambiente del edificio no es una alternativa viable, y el único enfoque práctico son los equipos de aire acondicionado dedicados.

 

Fuente: Schneider