Refrigeración en un datacenter

El mantenimiento de las condiciones ambientales es muy importante en un datacenter, ya que garantiza la integridad de su información y la fiabilidad de la operación de los equipos electrónicos por mucho tiempo.

Condiciones ambientales

Temperatura

Las recomendaciones de temperatura de trabajo suelen estar entre los 20°C y 25°C (norma TIA-942). Los fabricantes de servidores suelen recomendar temperaturas de 22-23°C (IBM, Dell, HP). Datacenters de grandes empresas suelen trabajar a temperaturas como: Google 26°C, Sun 27°C, Cisco 25°C, Facebook 22°C (fuente: DataCenterKnowledge)

Todo esto también depende de la tecnología utilizada y del ritmo de renovación de equipos. Hay quien trabaja a temperaturas altas con renovación de equipos cada pocos años, o bien con temperaturas bajas con máquinas más longevas.

Humedad

Lo ideal es mantener un rango óptimo para evitar electricidad estática (ambiente seco) y degradación de los componentes eléctricos por condensación del aire (ambiente húmedo). En un datacenter se recomienda una humedad relativa alrededor de 45% ± 5% (norma TIA-942).

No es recomendable climatizar un datacenter con un sistema de aire acondicionado de confort para las personas: la gente añade humedad al ambiente de una habitación por la respiración o la transpiración, los equipos no. El 60-70% del trabajo que hace un sistema de confort es remover calor y el otro 30-40% es remover humedad. Un sistema de confort extraerá la humedad por debajo de los límites aceptables para la operación eficiente de los equipos. O bien se les expone a posibles problemas por un ambiente muy seco (electricidad estática), o se deberá adquirir sistemas de humidificación adicionales.

Partículas en suspensión

El polvo puede dañar las cabezas lectoras de los discos duros. Las partículas pueden acumularse rápidamente en los componentes electrónicamente cargados y reducir la capacidad de disipación de calor, causando que las partes afectadas trabajen a una temperatura superior a los límites de eficiencia, causando su deterioro. La aplicación de filtros del aire minimiza estos efectos de deterioro. También se utiliza el sistema de mantener una presión atmosférica más alta que en el exterior para evitar la entrada de polvo. Esta presión más alta se puede conseguir inyectando un poco más de aire del que se evacua.

Sistemas de refrigeración

Sistemas pasivos

Pueden ser una serie de intervenciones en los elementos constructivos del espacio para que no entre el calor ni salga el frío, como aislamiento de paredes, refuerzo de los cerramientos, persianas para evitar la luz solar, salas en sótanos con temperatura de las paredes estable a lo largo del año, etc...

Circulación forzada de aire exterior

En lugares o épocas del año fríos, se puede aprovechar el aire frío del exterior para refrigerar los equipos, a través de circulación de renovación de aire, siempre con filtros para evitar el polvo.

Sistemas Inverter

En los equipos de refrigeración tradicionales, el termostato hace funcionar (ON/OFF) el motor del compresor. Si la temperatura es suficientemente alta se enciende, si es suficientemente baja se apaga. Con el sistema inverter, el compresor es de tipo "scroll" de velocidad variable controlado por un regulador de potencia que puede hacer trabajar el sistema con cargas parciales. Así, para acondicionar un área puede funcionar a mucha carga si hace mucho calor o a poca carga si no hace tanto. Este sistema permite un ahorro energético muy considerable.

Pasillo frío-Pasillo caliente

Un sistema propio de datacentres en el que se crean pasillos fríos, donde miran las partes frontales de los racks, y pasillos calientes, donde miran los 'culos' de los racks. Entonces un sistema de refrigeración fuerza la circulación de aire frío desde el suelo por los pasillos fríos y, a través de los equipos, sale por los pasillos calientes, hacia el techo y hacia la captación del sistema de refrigeración para cerrar el ciclo.

Sistemas de automatización y sensores

Para mantener las condiciones ambientales adecuadas, se utilizan sistemas de automatización que valoran los datos de los sensores de temperatura, humedad, etc... y activan o desactivan los sistemas de renovación de aire, climatización, etc...

El sistema de sensores ambientales se puede ampliar con sensores de consumo eléctrico ( OpenEnergyMonitor ), para monitorizar el consumo y buscar mejoras de eficiencia energética, así como para valorar la instalación instalación de sistemas de autoproducción de energía eléctrica.

Sensores de condiciones ambientales

Idealmente, los sensores de temperatura y humedad hacen medidas en las diferentes estancias de un datacenter, para optimizar la refrigeración en cada una de las estancias. Esto conlleva una instalación más compleja, pero una optimización de la energía requerida para climatizar.

También es bueno que se sitúen sensores a diferentes alturas de las estancias, para valorar las condiciones ambientales a diferentes alturas y poder calibrar mejor el sistema. Así también se pueden prever cambios en las condiciones ambientales de manera más efectiva.

Automatización

Los datos recogidos por los sensores ambientales deben ser procesados para poder activar/desactivar o aumentar/disminuir el trabajo de los sistemas de refrigeración.

PLC

Los PLC son autómatas programables que reciben los datos de los sensores y activan/desactivan salidas de potencia para relé. Los hay de económicos (Logo de Siemens y marcas low-cost). No se conocen dispositivos de éstos en formato 'open source'.

Microcontroladores

Dentro del mundo de los microcontroladores, destacan las plataformas Arduino y PICAXE, por su orientación 'open source'. En el caso de Arduino, permite conectar los sensores ambientales a la placa y enviar datos vía USB o WiFi a un ordenador que puede monitorizarlos, procesarlos y tomar decisiones sobre la climatización, y las salidas de la placa pueden activar actuadores de refrigeración.

Domótica

Para datacenters pequeños se puede valorar la utilización de sistemas domóticos como los basados ​​en bus KNX o en X10.

Ejemplo práctico: Sensores DHT22 + Arduino + Rpi

Un ejemplo de uso de sensores ambientales open-source y low-cost seria la integración de sensores DHT22 con una placa Arduino. Cada placa podría conectarse a varios sensores (8?). La programación del microcontrolador podría ayudarse de las librerias DHTLib. La placa Arduino podria enviar las lecturas vía USB a un ordenador tipo Raspberry Pi, que podría servir los datos en formato web o mediante web service a través de la red local o internet. La decisión sobre la activación/desactivación de la refrigeración podría ser tomada por la placa Arduino o por la RPI, y se activaría por una salida de la placa Arduino a un relé de potencia o contactor.