Resumen: La refrigeración continua es un requisito obligatorio del Instituto UPTIME (UTI) para la certificación de todos los centros de datos de nivel IV. Los tanques de almacenamiento de energía térmica (TES) son una solución de ingeniería muy común para proporcionar el buffer adecuado para este propósito y para cumplir con los requisitos de UTI (los tanques TES también son recomendados por UTI y se están convirtiendo en una práctica estándar de la industria para todos los centros de datos Tier-III con racks de TI de alta densidad. Sin embargo, hay mucho más que la refrigeración continua que los propietarios y operadores de centros de datos pueden beneficiarse de los tanques TES para reducir sus costes operativos anuales.
Tanques de almacenamiento de energía térmica y su aplicación en centros de datos:
La refrigeración continua es un requisito obligatorio por Instituto UPTIME (UTI) para todos los centros de datos Tier-IV. Los tanques de almacenamiento de energía térmica (TES) son la mejor forma de cumplir este requisito en la mayoría de los casos (excepto en los diseños con unidades DX, por ejemplo, CRAC en salas de datos). Por lo tanto, los tanques TES redundantes con mantenimiento simultáneo y configuración tolerante a fallos para las tuberías y el control se proporcionarán como resultado. Además, la UTI recomienda encarecidamente la instalación de tanques TES en los centros de datos de nivel III para bastidores de TI de alta densidad (más de 5 kW/bastidor) y muchos propietarios y operadores de centros de datos la están adoptando cada vez más para aumentar la resistencia.
En los diseños convencionales, normalmente se proporciona un gran depósito de inercia de acero cerrado con capacidad suficiente para proporcionar refrigeración continua a los equipos informáticos en caso de corte del suministro eléctrico y hasta que los generadores (en caso de que la red eléctrica sea la fuente principal de energía) se pongan en marcha y el enfriador vuelva a su capacidad de refrigeración completa.
Estos depósitos suelen ser voluminosos, ocupan espacio/terreno y tienen unos costes de fabricación elevados y, sin embargo, es posible que sólo se utilicen unas pocas veces durante todo el ciclo de vida de un centro de datos; no obstante, una forma más inteligente sería modificar ligeramente el diseño y utilizarlos con más frecuencia (por ejemplo, a diario) en lugar de ocasionalmente para mejorar la eficiencia energética y el ahorro de energía en los centros de datos, lo que posteriormente se traducirá en una reducción de los costes operativos.
Obviamente, la aplicación que se propone a continuación puede no ser aplicable en algunos casos concretos, lo que deberá estudiarse caso por caso para cada proyecto en función de sus condiciones climáticas, variaciones de temperatura día/noche, perfiles de carga de refrigeración, existencia de otros sistemas de refrigeración libre y sin enfriadora en el diseño, etc. Contrariamente a la creencia común, los perfiles de carga de refrigeración de los centros de datos no son necesariamente planos (100% a plena carga) todo el tiempo y los datos de funcionamiento reales muestran fluctuaciones (con máximos y mínimos) en el perfil de refrigeración en función de la aplicación y la naturaleza de las cargas de TI; además, aunque la carga de refrigeración muestre 100% a plena carga en algunas aplicaciones, el perfil de temperatura climática NO es plano y veremos fluctuaciones de temperatura durante el día y la noche en la ubicación del emplazamiento; esto dará al diseñador una ventana de oportunidad para utilizar el almacenamiento de energía térmica de forma más inteligente y aprovechar al máximo todas sus ventajas.
Los tanques estratificados de almacenamiento de energía térmica son una forma excelente y económica (en comparación con las baterías) de almacenar energía en forma de agua refrigerada; utilizando estas fluctuaciones en los perfiles de carga de refrigeración y la temperatura ambiente de bulbo seco / húmedo podemos cargar el tanque TES durante las horas en que:
- el sistema de refrigeración puede funcionar de forma más eficiente (menos kW/TR)
- hay un aumento de la capacidad de refrigeración de la enfriadora (baja temperatura de bulbo seco/húmedo)
- la demanda de carga de refrigeración es baja (las enfriadoras funcionan a carga parcial)
y descarga cuando:
- el sistema de refrigeración es menos eficaz (kW/TR elevado)
- la capacidad de refrigeración de la enfriadora es menor (temperatura de bulbo seco/húmedo elevada)
- la demanda de carga de refrigeración está en su punto máximo (una o más enfriadoras pueden desconectarse por completo y seguir cubriendo la carga máxima)
Estos modos de descarga/carga siempre pueden automatizarse completamente mediante SCADA/PLC para garantizar las condiciones de funcionamiento más óptimas y eficientes.
Cualquier coste de capital adicional debido al aumento de la capacidad del TES y al sistema de automatización puede estudiarse para cada proyecto utilizando modelos financieros para demostrar su viabilidad y el rendimiento de la inversión, que puede compensarse con el ahorro anual de consumo eléctrico.
El requisito de nivel UTI para la refrigeración continua puede seguir cumpliéndose utilizando el mismo tanque para garantizar que los tanques NUNCA se descargan por debajo del umbral mínimo de capacidad (mediante el control del nivel de termoclina en el tanque), que es la capacidad mínima necesaria para permanecer siempre en el tanque para la "refrigeración continua".
Notas de diseño y ventajas:
- Es decir, si un centro de datos con una carga de TI de 4.000 kw requiere normalmente de 5.200 a 5.600 KW (1,3 a 1,4 veces la carga de TI) de capacidad de refrigeración, la capacidad de almacenamiento térmico debería ser de 4 horas x 5.600 kw = 22.400 kwh o 6.370 toneladas por hora.
- Actualmente se utiliza para proporcionar refrigeración continua mediante bombas de agua fría de pequeña potencia conectadas al SAI.
- En comparación con los depósitos de inercia, proporcionan una temperatura de suministro de agua refrigerada más estable para alrededor de 80% a 90% del volumen del depósito.
- Debe sobredimensionarse y utilizarse en la rutina diaria de funcionamiento para producir agua fría por la noche y evitar el funcionamiento a carga parcial de las enfriadoras.
- Preferiblemente abierto a la atmósfera y al menos 2 m más alto que el serpentín más alto de la CRAH, FCU o AHU.
- Pueden instalarse en el sótano, pero requieren complejas válvulas de sostén y bombas y controles específicos.
- Pueden presurizarse, pero requieren un acero más grueso y un diseño crítico del difusor. La experiencia es insuficiente y su uso es extremadamente raro.
- Los difusores frío y caliente requieren 450 mm de altura cada uno y la termoclina suele tener 600 mm de altura, por lo que alrededor de 1,5 m de la altura del agua Colum queda sin utilizar.
- Las pérdidas térmicas son de unos 1% al día y requiere un aislamiento de paredes, fondo y techo de al menos 100 mm de grosor.
- El almacenamiento adicional de agua puede utilizarse como depósito de protección contra incendios (sujeto a los códigos y normativas locales)
- El depósito atmosférico actuará como vaso de expansión y sistema de presurización.
Tanques TES de material de cambio de fase (PCM):
El volumen del tanque TES de PCM puede reducirse entre 3 y 4 veces en comparación con el tanque TES de agua, lo que ocupará mucho menos espacio. Sin embargo, se requieren estudios más exhaustivos y resultados y pruebas reales sobre el terreno para confirmarlo y adoptarlo a mayor escala.
