La publicación técnica BE ENERGY destaca el E-Cooling de GESAB

En el último número de la revista especializada en eficiencia y ahorro energético, Be Energy, publica en su último número un amplio reportaje sobre el sistema de free cooling directo patentado por GESAB: E-Cooling. Este es el artículo:

Implementación del Sistema Ecooling en el Data Center de Sistemas Técnicos de Loterías del Estado ‘STL’

Los Data Center o Centros de Procesamiento de Datos (CPD), están incluidos dentro de los grandes consumidores de energía, al ser responsables del 1,3% del consumo energético mundial, según un estudio realizado por el profesor Jonathan G. Koomey, de la universidad de Stanford y publicado en el New York Times en agosto del 2011 y que refleja la evolución del consumo

de energía en estos centros desde 2005 hasta 2010 y posibles escenarios de futuro.

Dicho estudio constata que entre los años 2000 y 2005 el consumo energético en los CPD se duplicó, fundamentalmente debido al crecimiento del sector y a una pobre concienciación de eficiencia energética. Sólo en Estados Unidos, el consumo de energía pasó de escasos 30 a 60 billones de kWh/año.

A raíz de la implantación de normativas que hacían especial hincapié en el ahorro energético, la llegada de la crisis sobre el 2008 y un cambio en el mercado con la entrada de la virtualización de servidores, el incremento del consumo energético del sector aumentó cada vez a menor ritmo. Así, en el período 2005-2010, el incremento de energía consumida supuso un aumento del 78%.

Estos datos arrojan una luz acerca de la importancia del sector dentro del consumo global de energía en el planeta, haciendo cada vez más necesarias las políticas de eficiencia energética, tanto estatales como en cada empresa, pertenezcan al sector que pertenezcan.

Es por ello que la tradicional visión de un CPD como una sala fría está cambiando y se empiezan a aplicar tecnologías que permiten una mayor eficiencia en el sistema, como pueden ser cerramientos de pasillo (frío o caliente), freecooling (directo o indirecto), aprovechamiento de fuentes de calor residual (energía solar + ciclo de absorción), etc. que reducen el coste de explotación al disminuir el consumo energético.

Se estima que por cada grado centígrado que se aumenta la temperatura en un CPD, se consigue un ahorro energético en climatización que puede llegar hasta el 4% según una publicación del fabricante de equipamiento IT Intel.

Por el contrario, a partir de 25ºC, el incremento de temperatura supone un mayor consumo de los servidores, tanto por disminución de rendimiento como por aumento del caudal de ventilación necesario.

Finalmente y para tener una perspectiva común para afrontar este problema, existen unas  recomendaciones realizadas por ASHRAE que establecen las condiciones deseables en un CPD y que permiten acondicionar los mismos con aire a 25ºC y humedades relativas entre el 20 y 80% en la entrada a los servidores.

Todas estas inquietudes fueron compartidas por la empresa “Sistemas Técnicos de Loterías del Estado” (STL), que decidió afrontar una inversión para mejorar la eficiencia energética en uno de sus centros de procesamiento de datos, mediante la instalación de un sistema de freecooling directo diseñado y patentado por “GESAB”, empresa líder del sector y bautizado como “E-cooling System”.

El sistema combina la ventilación cuando las condiciones exteriores son apropiadas para la utilización del aire exterior para acondicionar la sala, con un sistema de humectación que controla en todo momento la humedad, mezcla de flujos de aire interior y exterior en caso de ser beneficioso y un complejo sistema de control que monitoriza todas las variables para permitir el funcionamiento programado y la toma de decisiones en caso necesario.

Incluye un alto nivel de filtrado, control de contaminación atmosférica, detección de sobrepresiones, ventiladores de velocidad variable y un eficiente sistema de humectación adiabática de manera que se presenta como una solución global que minimiza el consumo energético del sistema como principal objetivo.

El sistema de control busca el modo de funcionamiento óptimo en todo momento, regulando la velocidad del ventilador al mínimo posible y buscando un enfriamiento adiabático para aumentar las horas de funcionamiento del sistema con aprovechamiento del aire exterior mientras sea posible.

Este sistema supone además un incremento en el nivel de confiabilidad de las instalaciones, al poder funcionar como sistema redundante o de respaldo al sistema tradicional y a la vez alargando la vida útil de las unidades de climatización de precisión, al funcionar durante menor número de horas.

El sistema introduce aire exterior adecuadamente tratado (temperatura, humedad y filtrado de partículas), siempre que las condiciones exteriores son favorables en temperatura y humedad.

Llegado el punto en que mediante el aire exterior no se puede refrigerar el CPD, se conmuta al sistema de climatización de precisión tradicional, mediante compresión mecánica.

El Data Center de STL está dimensionado para una previsión de capacidad de climatización de 200kW, mediante unidades de climatización de precisión tradicionales, con control estricto de temperatura y humedad. El consumo debido al sistema de climatización es prácticamente constante durante todo el año, incrementándose ligeramente el consumo en refrigeración en verano y decrementándose en invierno por la variación en el rendimiento de los sistemas de compresión mecánica en función de la temperatura exterior.

 

Estudio Previo

Durante el estudio previo realizado para estimar la inversión necesaria y el ahorro alcanzable, se estimaron los siguientes valores:

  • Consumo total anual del CPD en climatización tradicional:                             946.350 kWh
  • Consumo total anual del CPD en climatización con el sistema E-cooling:   399.690 kWh
  • Reducción del consumo:                                                                                              57,76%

 

Los resultados presentados consideran un valor medio anual de 0,11 €/kWh eléctrico, constante a lo largo del estudio y la amortización calculada es directa, para simplificar los cálculos.

Además de lo anteriormente mencionado, el proyecto contó con una subvención de la comunidad de Madrid, que alcanzó el 30% de la inversión total, a fondo perdido, en concepto de mejora de la eficiencia energética.

Los datos obtenidos suponen un ahorro acumulado para un horizonte de 10 años de 601.330 € lo que hace que la inversión sea realmente atractiva. El retorno de la inversión inferior a 3,3 años no ha tenido en cuenta la subvención concedida.

 

Comportamiento Real

En la realidad, el CPD no está operando a plena carga encontrándonos que pese a que las instalaciones están dimensionadas para 200kW, la demanda térmica actual no supera los 120kW, por lo que los consumos y ahorros previstos para el horizonte de actuación serán algo menores.

Tras los registros realizados por el sistema durante un ciclo de un año completo, el consumo en climatización previo y tras la implementación del sistema Ecooling de GESAB, ha sido el siguiente:

  • Consumo real en climatización del CPD año 2010 (sin Ecooling):     570.865 kWh/año
  • Consumo real en climatización del CPD año 2011 (con Ecooling):  301.465 kWh/año
  • Reducción del consumo:                                                                               47,19%

 

Como es lógico, la instalación ha de estar dimensionada para ser capaz de dar servicio a la capacidad máxima prevista, teniendo en cuenta una previsión de crecimiento. La realidad, sin embargo es que las instalaciones suelen estar funcionando a una determinada carga parcial, inferior a la máxima prevista y por tanto, tanto los consumos totales como los ahorros que se pueden obtener son menores.

El porcentaje de ahorro es bastante espectacular, algo inferior a las previsiones al ser menor el consumo energético de la instalación que se encuentra a un 60% de su potencia nominal y también debido a unas condiciones climáticas no tan favorables en 2011.

Según se vaya incrementando el equipamiento de la sala y crezca la demanda energética, teniendo en cuenta que prácticamente la totalidad del consumo energético se convierte en calor disipado en el Data Center, los resultados se irán acercando a las previsiones realizadas, pudiendo obtener incluso mayores ahorros que los constatados actualmente.

Finalmente, se han constatado unos ahorros energéticos recogidos mediante analizadores de redes del 47,19% mediante la aplicación del sistema Ecooling.

Los datos ofrecidos dependen de cada tipología de CPD particular, variando fundamentalmente en función del consumo total, ubicación del mismo, condiciones climatológicas de la localidad y otros factores que habrán de ser valorados.

Índice de eficiencia energética para Data Center “PUE”

El nivel de eficiencia en la explotación de un Data Center, se suele medir mediante un índice denominado PUE (Power Ussage Effectiveness), que es un ratio que compara la energía total consumida por el equipamiento IT y la energía total necesaria para el correcto funcionamiento de toda la infraestructura que da servicio al equipamiento IT (climatización, iluminación, centro de operación, además del propio consumo en equipamiento IT).

Desde la implementación del sistema en Enero-Febrero de 2010, los valores han disminuido significativamente, incluso llegando a valores inferiores a 1,3 en meses de invierno cuando el aprovechamiento del E-cooling es elevado. Sin embargo los meses de verano, debido a las altas temperaturas, las horas de aprovechamiento del sistema son bastante más reducidas, siendo menor el ahorro energético obtenido.

GESAB dispone de un experto departamento de ingeniería que ha hecho posible la implementación de este sistema en el CPD de Sistemas Técnicos de Loterías del estado, pese a las dificultades encontradas gracias al trabajo conjunto del personal de ingeniería y del departamento propio de Investigación y Desarrollo.

Los resultados obtenidos suponen un claro ejemplo de los ahorros que se pueden llegar a producir en este tipo de instalaciones de gran demanda energética constante a lo largo del año, con moderadas inversiones.