Una mejor contención del cielo acústico ofrece eficiencia y ahorros energéticos | Centros de datos

En un centro de datos normal refrigerado con aire, la gestión del flujo de aire consiste en llevar aire frío al equipo de TI y devolver aire caliente al controlador de aire de la sala de computadoras (CRAH, por sus siglas en inglés). El enfriamiento es más eficiente cuando las corrientes de aire frío y caliente se separan para evitar que se mezclen, lo que mejora la previsibilidad y el control. La contención del aire caliente y frío, método reconocido en el diseño moderno, es una de las medidas de eficiencia energética más prometedoras disponibles para los centros de datos nuevos y existentes.

La contención del pasillo caliente (HAC, por sus siglas en inglés) es una conocida estrategia en la que se suministra aire frío a la sala y se pasa a través del equipo de TI antes de regresar al CRAH. En un diseño óptimo, el aire suministrado por el CRAH debería mantenerse en equilibrio con la demanda de aire del equipo de TI para que el aire acondicionado pase una vez a través de los racks. En el mundo real, hay una cantidad de aire no llega al equipo de TI o no recircula debido a las fugas en las estructuras de contención. El resultado es la necesidad de una mayor potencia por parte del ventilador y una menor eficiencia del enfriador.

Figura 1 El aire frío suministrado pasa a través del servidor recogiendo calor y entra en el pasillo caliente para salir por el pleno del cielo raso. También puede haber cierta cantidad de aire frío también que no llegue al servidor y se filtre a través del cielo acústico hacia el pleno.

Se presta mucha atención a reducir las fugas en los pasillos de contención y los suelos elevados. Estos componentes son factores conocidos de fugas pasajeras y distribuidas que contribuyen a las pérdidas por desviación del aire. Los suelos elevados forman un pleno de suministro y ayudan a dirigir el flujo de aire hacia el equipo de TI.  

El mismo cuidado que se le presta al sellado de los suelos elevados y de los racks, debería aplicarse también a los cielos rasos. Estos forman un pleno de aire de retorno y, lo que es más importante, separan el aire caliente de retorno de la habitación acondicionada. Los espacios alrededor de los plafones y las separaciones entre las barras de montaje impiden que el aire acondicionado llegue el equipo de TI. El aire desviado debe compensarse aumentando el suministro de aire frío procedente del CRAH, con lo que se consume más energía.

Los sistemas de cielo acústico normales tienen tasas de fuga mucho mayores que los sistemas de suelo elevado. A una presión diferencial de 0.02 [en columna de agua (WC)], un sistema de suelo elevado puede tener una fuga de entre 0.05 y 0.30 [cfm/ft²]. Un cielo acústico sin juntas y con separaciones normales entre las barras de montaje tendrá una fuga de alrededor de 1.44 [cfm/ft²]. Cuando se combina el plafón AIRASSURE con el sistema de suspensión estructural DYNAMAX, la fuga se reduce a alrededor de 0.19 [cfm/ft²] y se vuelve comparable a los sistemas de suelos elevados y paredes de contención.

Figura 2 Curvas de resistencia a fugas para pisos elevados normales (en línea discontinua) y plafones AIRASSURE con sistema de suspensión estructural DYNAMAX (en línea continua de color verde).

Los plafones AIRASSURE con sistema de suspensión estructural DYNAMAX representan una solución de ingeniería diseñada para centros de datos. Los plafones AIRASSURE cuentan con una junta perimetral capaz de reducir las fugas al cielo acústico que se producen en los bordes de los plafones. El sistema de suspensión estructural DYNAMAX elimina las separaciones entre las barras de montaje del cielo raso. La combinación de ambos hace que el sistema reduzca las fugas de derivación a niveles de los mejores sistemas de suelo elevado. La solución de cielo acústico de Armstrong brinda accesibilidad y contención que mejora la eficiencia del sistema de enfriamiento y ahorra energía consumida por el ventilador.

Figura 3 Plafón típico sin juntas con sistema de suspensión de barra en T y separación entre las barras de montaje. La tasa de fuga puede ser de 1.44 [cfm/ft²] a 0.02 [en columna de agua].

Figura 4 El plafón con juntas AIRASSURE con sistema de suspensión DYNAMAX reduce las fugas en el perímetro del plafón y elimina las fugas alrededor de la separación entre las barras de montaje. La tasa de fuga puede ser de 0.19 [cfm/ft²] a 0.02 [en WC].

Para ilustrar el impacto de la fuga al cielo acústico y su efecto en la energía operativa, se realizaron cálculos unidimensionales para una sala de datos de 25,600 [ft²]. Esta sala usó contención de pasillo caliente en losa e incluyó una carga de enfriamiento de TI de 13.2 [MW].La temperatura del aire de suministro se fijó en 65 °[F] y la temperatura del pasillo caliente se fijó en 82 °[F].

La presión estática del sistema a través del ventilador varió de 1 a 4 [en WC]. La diferencia de presión en el nivel del cielo acústico varió de 0.01 a 0.08 [en WC]. El costo de la electricidad varió de 0.08 a 0.17 [$/kWh].

Los cálculos de balance de calor y flujo de aire se resolvieron para satisfacer las ecuaciones aplicables para 4000 combinaciones aleatorias de parámetros. Los gráficos resultantes muestran claramente los efectos de cambiar de un cielo acústico típico (fuga alta) al sistema AIRASSURE con DYNAMAX (fuga baja).

Figura 5 Los cielos acústicos suspendidos típicos con fugas elevadas pueden tener índices de fugas de derivación de 0.4 a 2.0 [%] para el flujo total del sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC, por sus siglas en inglés) (distribución a la derecha). Los cielos acústicos AIRASSURE con DYNAMAX de baja fuga reducen las fugas por desviación a menos de 0.5 [%] del flujo total del sistema de HVAC (distribución a la izquierda).

Figura 6 Según las condiciones de funcionamiento y los costos locales de electricidad, el ahorro de energía que consume el ventilador puede oscilar entre 0.42 [$/ft²] (mediana) a 1.30 [$/ft²] (máximo) en este ejemplo de 25,600 [ft²].

Los sistemas de cielo acústico y sistema de suspensión forman plenos de aire de retorno en los centros de datos y separan el aire de suministro frío del aire de retorno caliente. Las fugas a través de este plano de contención contribuyen a las pérdidas por desviación del aire, al aumento de la energía que consume el ventilador y al incremento de los costos operativos. El uso de plafones con juntas AIRASSURE con sistema de suspensión estructural DYNAMAX reduce las tasas de fuga al nivel de los mejores sistemas de suelo elevado sellados.

William Frantz
Director científico sénior, miembro de ASHRAE

Jason Cavanaugh
Ingeniero de investigación, miembro de ASHRAE