Climatización para un futuro sustentable

Altos niveles de seguridad, control de humedad y temperaturas precisas son requerimientos básicos para proteger la infraestructura y equipos informáticos de los data centers. Su óptimo acondicionamiento, por supuesto, debe ir en sintonía con los criterios de eficiencia, sostenibilidad y ahorro energético

Rafael López-Pabello

El crecimiento a nivel global de los centros de datos, impulsados por el uso cada vez mayor de las tecnologías digitales, impactan innegablemente al planeta. Conceptos como huella de carbono, eficiencia energética y sustentabilidad se hacen cada vez más presentes, exigiendo que el diseño y gestión de los data centers tomen en cuenta todas las posibles complicaciones en materia de energía y cuidado del medioambiente.

En menos de 10 años, el consumo eléctrico de los centros de datos a nivel mundial se incrementó de 1 a 2 por ciento y la tendencia sigue en ascenso, con cada vez más empresas y proveedores que habilitan infraestructura para soportar los servidores de almacenamiento y de las redes. La importancia de estos espacios se debe a que transportan los millones de datos que generan la nube, la movilidad, el Big Data y el Internet de las Cosas (IoT, por sus siglas en inglés). Es por ello que muchas compañías proveedoras de servicios de internet están transformando sus centros de datos en función de optimizar la climatización.

En aras de lograr un futuro sustentable, los data centers deben cumplir con las normas de operación para responder, de manera responsable, a la creciente necesidad de eficiencia y sustentabilidad. En este sentido, la industria HVAC juega un papel importante en la manera en que éstos operan.

Cabe recordar que los equipos de cómputo generan altos niveles de calor mientras están operando; por ello, los sistemas de aire acondicionado facilitan la tarea de dispersión de la temperatura. Lo anterior favorece la operación del centro de cómputo y brinda continuidad al negocio.

En un primer momento, es necesario entender el consumo energético de servidores, discos duros, unidades flash, cableado y, principalmente, aire acondicionado, sin el cual no es posible determinar la importancia de los data centers en la vida cotidiana. Posteriormente, se explicarán algunas de las mejores prácticas que se realizan en diversos centros de cómputo en el mundo.

Consumo eléctrico
Con el auge de los centros de datos, la energía utilizada para la operación de los diversos elementos que los componen también se ha incrementado. Estimaciones del Consejo de Defensa de Recursos Naturales (NRDC, por sus siglas en inglés) consideran que, para 2020, se incrementarán cerca de 140 mil millones de Kilowatt-hora (kWh), lo que se traduce en 13 mil millones de dólares en facturación de electricidad para los negocios.

Bajo ese mismo tenor, el Departamento de Energía de Estados Unidos estima que su consumo eléctrico durante 2016 fue de 70 mil millones de kWh. La demanda, sin embargo, podría alcanzar los 73 mil millones de kWh para 2020, una cifra que contrasta de manera importante con lo expuesto por el NRDC. Este incremento pone en riesgo algunas metas, entre ellas la disminución de emisiones de dióxido de carbono y los altos costos operativos de la actualidad.

Por su parte, Ian Bitterlin, profesor adjunto de la Universidad de Leeds, Reino Unido, estimó que la energía consumida por los centros de datos se duplica cada cuatro años.

Las cifras del gasto de electricidad en data centers contrastan fuertemente entre los organismos internacionales; no obstante, el alza es más que evidente. Empresas del sector, preocupadas por estos aumentos, comenzaron a desarrollar productos más eficientes. Hoy en día, los procesadores, switches, sistemas de almacenamiento, routers, equipos de monitoreo, cintotecas, salas de operación y de impresión cuentan con una eficiencia energética superior a otras épocas. De tal forma que la creación y gestión se vuelve más efectiva en términos de reducción del consumo eléctrico.

Al inicio de este artículo se daba cuenta de cómo las tendencias en telecomunicaciones incrementaron el interés por la creación de los centros de datos. Pero no sólo por las telecomunicaciones; algunos fenómenos más recientes –como el cloud computing y el almacenamiento– impulsaron su construcción en empresas de todo el mundo, haciendo más fácil la creación de nubes privadas para la seguridad de los datos.

Cabe señalar que la creación de nubes privadas por parte de empresas influyó en un mayor gasto de energía, ya que los centros de datos se encuentran en oficinas, cumpliendo las normas básicas de operación. Esta práctica; no obstante, supone poca preparación por parte de los departamentos de Tecnología de Información (TI) para cumplir con estándares de calidad que permitan una reducción en el consumo eléctrico de su nube.

De acuerdo con Google, los productos en la nube pueden distribuir los recursos –o infraestructura– de un centro de datos a muchos usuarios. Esto implica que las empresas incrementan su productividad con poco consumo energético. Lo anterior es validado por el Laboratorio Nacional Lawrence en Berkeley, California, que recientemente desveló los resultados de una investigación sobre el tema; dicho estudio determinó que si todos los empleados de EEUU utilizaran servicios en la nube, el gasto de energía de las TI se reduciría hasta un 87 por ciento.

A medida que se multiplican los requerimientos, más regulaciones y estándares aparecen, con el objetivo de que los equipos se vuelvan más eficientes, seguros y de alto rendimiento.

Estándares y regulaciones aplicables a la climatización
Como se ha mencionado, todos los componentes electrónicos y, principalmente, los procesadores generan calor durante su operación. Si éste no se disipa, la eficiencia energética decrece y, en algunas circunstancias, falla. En consecuencia, se infiere que la climatización de los centro de datos es fundamental. Por ello, es importante contar con una guía que permita cumplir con estándares de alta calidad en la seguridad del servicio.

Dentro del segmento de los data centers existen diversos elementos que son regulados por normas en cada país de origen o de destino. Es decir, reguladores como la Sociedad Americana de Ingenieros de la Calefacción y Aire Acondicionado (ASHRAE, por sus siglas en inglés) han motivado que los fabricantes optimicen los equipos dedicados a la climatización de dichos espacios.

Pero no sólo está la ASHRAE, la ICREA (Asociación Internacional de Expertos de Centros de Cómputo) desarrolló por su parte una norma sin comparación en el mundo, aplicable internacionalmente y que compila las mejores reglas operativas que existen. Ésta es la razón por la que desde hace más de 15 años ICREA es referente de cómo construir y adaptar nuevos data centers.

Dado que durante el desarrollo y proceso de construcción de un centro de cómputo el área de climatización juega un papel determinante, la norma ICREA motiva la incorporación de equipos de alta eficiencia energética, además de priorizar la utilización de sistemas exclusivos para el ambiente de TI y de telecomunicaciones.

Anteriormente, los data centers solían tener sólo pasillos calientes, lo que implicaba un enorme gasto de energía y desperdicio de calor. Ahora la normatividad establece la creación de pasillos fríos y de calor, de tal forma que pueda aprovecharse la transferencia de temperatura del edificio.

Para la creación de este tipo de estructura se colocan los servidores en racks, lo que facilita su operación a la vez de enclaustrar la parte frontal. Este tipo de arquitectura permite transportar el aire frío de los equipos de climatización hacia los servidores; éstos, a su vez, dispersan el calor resultante de su operación hacia la parte posterior, siendo un ciclo continuo 24/7 los 365 días del año. Cabe recordar que la temperatura promedio de los centros de datos debe ser entre 24 y 26 grados Celsius.

De acuerdo con la norma ICREA 2017 –recientemente hecha pública– se establece que el sistema de climatización debe contener:

Nivel I:

Capacidad de enfriamiento N
Equipo de climatización N
Circuitos hidráulicos N en sistemas de agua helada.
Alimentación eléctrica a equipos SVA (Simple Vía de Alimentación)

Nivel II:

Capacidad de enfriamiento N+1
Equipo de climatización N+1
Circuitos hidráulicos N en sistemas de agua helada
Alimentación eléctrica a equipos SVA
Climatización en zona de UPS N+1

Nivel III:

Capacidad de enfriamiento N+1
Equipo de climatización con redundancia N+1
Se permite el uso de elementos portátiles como apoyo para el mantenimiento sin suspensión del servicio
Circuitos hidráulicos N en sistemas de agua helada
Alimentación eléctrica a equipos SVA o DVA (Doble Vía de Alimentación)
La topología debe permitir dar mantenimiento a cualquier elemento del sistema sin necesidad de suspender la operación del data center. Esto incluye válvulas de bypass en el circuito hidráulico, en el equipo de bombeo y en todo aquello que requiera alguna maniobra de mantenimiento para lo que se consideran acoplamientos temporales, a fin de reparar el circuito hidráulico completo sin suspender el servicio
Climatización en zona de UPS, N+1, con las mismas características mencionadas anteriormente

Nivel IV:

Capacidad de enfriamiento 2N
Equipo de climatización 2N
Circuitos hidráulicos 2N en sistemas de agua helada
Alimentación eléctrica a equipos DVA en generadoras de agua helada
La topología debe permitir dar mantenimiento a cualquier elemento del sistema sin necesidad de suspender la operación del centro de datos. Esto implica válvulas de bypass en el circuito hidráulico, en el equipo de bombeo y en todo aquello que requiera alguna maniobra de mantenimiento para lo que se consideran acoplamientos temporales para reparar el circuito hidráulico completo sin suspender el servicio
Detección automática de fugas de agua
Clima continuo para densidades superiores a 6 kW/m2 o cargas concentradas esperadas superiores a 12 kW/rack
Climatización en zona de UPS: 2N con alimentación en DVA

Nivel V:

Capacidad de enfriamiento 2N
Equipo de climatización (2N) + 1 en generadores de agua helada y 2N en el equipo de Aire Acondicionado de Expansión Directa (CRAC), adicionando uno de éstos por cada circuito hidráulico
Doble rama de distribución hidráulica principal
Circuitos hidráulicos 2N en sistemas de agua helada
Alimentación eléctrica a equipos DVA en generadoras de agua helada y CRAC
La topología debe permitir dar mantenimiento a cualquier elemento del sistema sin necesidad de suspender la operación del centro de datos. Esto implica válvulas de bypass en el circuito hidráulico, en el equipo de bombeo y en todo aquello que requiera alguna maniobra de mantenimiento para lo que se consideran acoplamientos temporales, a fin de reparar el circuito hidráulico completo sin suspender el servicio
Detección automática de fugas de agua en los circuitos hidráulicos en toda su trayectoria
Enfriamiento continuo para densidades superiores a 6 kW/m2 o cargas concentradas esperadas superiores a 12 kW/rack para lo cual, a partir de 12 kW/rack debe estar el pasillo confinado
Respuesta automática a una solución en caso de fallas
Compartimentación de instalaciones de UPS
Climatización en zona de UPS: 2N +1 con alimentación en DVA
Cada unidad debe alimentarse por medio de diferentes circuitos hidráulicos
Monitoreo automático de parámetros de climatización

Como se mencionó, la norma constituye una guía para la planeación y desarrollo de centros de datos que requieren una operación constante. En este sentido, ICREA recomienda que durante la prospección de los mismos se consideren sistemas y equipos que cumplan con el coeficiente de operación de la ASHRAE. Con ello, se busca la implementación de un estándar eficiente de operación.

La norma ICREA y la tendencia de Free Cooling
Desde 2014, el llamado free cooling regula la construcción de centros de datos. Esta nueva directriz refiere al uso eficiente del aire exterior y tiene como objetivo mejorar la eficiencia y consumo de electricidad de los equipos de aire acondicionado.

Para ello, ICREA establece que se puede utilizar la plataforma free cooling para la climatización, aprovechando los medios externos de cada localidad. Cuando el sistema es directo, haciendo uso del aire externo se debe realizar un análisis previo de la contaminación del aire, de acuerdo con los requerimientos de la ASHRAE. Ésta es una ventana de oportunidad para hacer free cooling dependiente de la temperatura de retorno, a fin de lograr un sistema de confinamiento.

Uno de los ejemplos más recientes son los llamados data centers de gallinero, desarrollados generalmente por Yahoo!, así como los que aprovechan el aire frío del ambiente en época invernal. Cuando éstos están en las oficinas, el aire caliente puede disiparse, dando lugar a un sistema de calefacción en la construcción.

De acuerdo con este ejemplo, una correcta disipación de temperatura tenderá al ahorro energético primordial en cualquier costo operativo de un centro de datos.

Para considerar un sistema free cooling, ICREA recomienda construir una barrera de vapor. El desarrollo de esta estructura permite el ahorro energético y cuidado operativo de los equipos, pues quita el exceso de humedad que existe en la sala. Por ejemplo, en invierno, la humedad puede ser de 10 a 20 por ciento fuera del centro de datos, poniendo en riesgo los equipos; por ello, una barrera de vapor mezcla el aire del ambiente, manteniendo una humedad óptima.

Hacia un centro de datos sostenible
Hasta el momento hemos revisado cómo es posible aprovechar la eficiencia energética de los equipos HVAC para reducir el consumo de electricidad. Sin duda, éste es un gran paso para crear un respaldo tecnológico de nuestra información hacia el futuro.

Para ICREA, la transformación de centros de datos es una tarea que requiere la participación de todos los involucrados. Los fabricantes, reguladores, constructores y clientes deben voltear hacia la mejora y procuración del medioambiente, sin menoscabar el importante resguardo de la información empresarial.

En este sentido, si bien los sistemas de aire acondicionado funcionan con refrigerantes como los fluorocarbonos o clorofluorocarbonos, su uso cada vez ha disminuido más, debido al daño provocado al medioambiente, en especial a la capa de ozono. Por ello, ICREA adoptó las resoluciones del Protocolo de Montreal y, recientemente, el Acuerdo de París, con el firme objetivo de disminuir el uso de agentes dañinos.

Rafael López-Pabello
Vicepresidente ICREA y consultor independiente con 50 años de experiencia en el ramo de Centros de Datos.