Eficiencia energética y sostenibilidad en el centro de datos MAD4

Digital Realty ha construido uno de los mayores centros de datos de España, situado en la zona de Julián Camarillo en Madrid. Este nuevo centro, denominado MAD4, no solo representa un avance significativo en la capacidad de almacenamiento y procesamiento de datos en la capital, sino que también establece un nuevo estándar en eficiencia energética. La inversión inicial en MAD4, aunque significativa, se traduce en beneficios a largo plazo tanto para la empresa como para sus clientes, gracias a la optimización de recursos y la minimización del impacto ambiental.

Con una superficie total construida de 35.000 metros cuadrados, MAD4 no solo incrementa la capacidad de la red de centros de datos de Digital Realty en Madrid, sino que también incorpora soluciones de energía crítica para asegurar el funcionamiento continuo de las operaciones empresariales. La redundancia en UPS (Sistemas de Alimentación Ininterrumpida) con configuración 2N y sistemas eficientes de refrigeración con redundancia N+1 son algunas de las características destacadas que garantizan la fiabilidad y eficiencia del centro.

Digital Realty se distingue además por su compromiso con la sostenibilidad y la eficiencia energética buscando cumplir tres premisas: utilizar únicamente energías renovables, máxima eficiencia energética y mínimo consumo de agua para que su huella de carbono, sea lo más cercana posible a cero.

En efecto, este nuevo centro de datos opera exclusivamente con energía de origen renovable certificada por una PPA a diez años con Acciona. Además, Digital Realty quiere optimizar sus instalaciones para minimizar las pérdidas y maximizar la eficacia. El suministro en alta tensión no solo reduce las pérdidas durante la distribución, sino que también permite una transformación eficiente de la energía para adaptarse a las necesidades específicas del centro. Transformadores controlados por la propia empresa convierten la energía de 45.000 a 10.000 voltios, luego a 400 y finalmente a 230 voltios, reduciendo las pérdidas en un 8% y asegurando un suministro estable y confiable.

Pero la eficiencia energética en MAD4 no se detiene en la distribución eléctrica. El centro también incorpora un sistema de refrigeración de alta eficiencia y bajo consumo, diseñado para mantener las condiciones óptimas de temperatura sin exceder el gasto energético necesario basado en un sistema agua/agua de circuito cerrado, que incrementa el ahorro energético.

Una interesante instalación que, a continuación, explica detalladamente Juan Manuel Martínez Santibañez, Facility Engineer en Digital Realty.

En el centro MAD4 se han instalado cuatro unidades con sistemas agua/agua en circuito cerrado, una de las principales innovaciones que consigue maximizar el ahorro energético. Si a esto sumamos sus cuatro compresores exclusivamente de levitación magnética, y por tanto, que carecen de aceite, evitando 40 litros de aceite por compresor de tornillo, nos encontramos con una de las instalaciones de estas características más eficientes.

El centro de datos MAD4 se refrigera mediante un anillo de agua enfriada a alta temperatura (impulsión 20°C; retorno 32°C) alimentado por 23 módulos de generación de frío (CGM) en una configuración N+2 4 sistemas Cooling Generation Module en configuración N+1 en la fase actual).

Cada CGM consta de:

• 2 Dry Coolers (DC)
• 1 enfriadora condensada por agua de 4 compresores (chiller).
• 1 depósito de inercia de 4m³.
• 3 bombas de circulación.
  • Bomba de recirculación secundario.
  • Bomba de condensación.
  • Bomba de evaporación.
• 2 válvulas de 3 vías
  • Cv01 válvula de tres vías que gobierna el dry cooler
  • Cv0₂ válvula de tres vías que gobierna la chiller (condensación)
•  1 válvula de equilibrado estático/compensación.
•  1 controlador principal de la CGM.

Identificación de los componentes

• Pump-01: Bomba de secundario, controlada de manera automática por el BMS a caudal variable. La activación de esta bomba mediante el BMS habilita el resto de los componentes del CGM o de manera manual por el facility.
• Pump-02: Bomba de condensación, controlada a caudal variable(4-20mA) por la Chiller en función de su necesidad de disipar calor.
• Pump-03: Bomba de evaporador, controlada a caudal constante por la Chiller, el caudal de esta bomba siempre debe ser superior al de la bomba de secundario (pump-01) a fin de mantener el depósito de inercia frio.
• Depósito de inercia: Volumen de acumulación de 4m³ 3 min de autonomía de agua enfriada a fin de mantener la refrigeración del data center hasta que las chillers vuelvan al 100% de potencia tras un corte de red.
• Chiller: Enfriadora condensada por agua de 1650kW con 4 compresores, habilitada por la bomba de secundario (pump-01) y regulada a una temperatura de salida del evaporador de 20°C. Controla y habilita el funcionamiento de las bombas de evaporador y condensación (Pump-03 y Pump-02 respectivamente).
• Dry cooler 01: Condensador seco de 1054 kW, habilitado por la bomba de secundario pump-01. Regula la válvula de 3 vías CV-01 con el fin de mantener una temperatura de salida al anillo de 20°C, por lo tanto, “gobierna” el modo de trabajo de la CGM. Los dry cooler pueden trabajar tanto enfriando agua del anillo en modos free-cooling, mixto y anti-condensación, como disipando el calor de la chiller en modo mecánico.
• Dry cooler 02: Condensador seco de 1054 kW, con el mismo funcionamiento que el DC 01. Cada DC funciona de manera independiente sin ningún tipo de comunicación entre ambos. No regula ningún elemento.
• CV-01: Válvula de 3 vías, regulada por el DC 01, alterna entre los distintos modos de funcionamiento.
• CV-02: Válvula de 3 vías, regulada por la Chiller. Su función es mantener la temperatura de entrada del condensador por encima de 29°C para que el refrigerante pueda realizar el intercambio entre evaporador y condensador.
• FODRV: Válvula de equilibrado/ compensación a fin de igualar la pérdida de presión producida por los Dry Cooler a través del by-pass a fin de no alterar el funcionamiento de la bomba en modo mecánico.

A diferencia de sistemas convencionales, la instalación de climatización opera a altas temperaturas, eliminando la necesidad de agua adiabática y destaca por su eficiencia energética.

Funcionamiento

Los cuadros de control de la CGM están configurados de la siguiente manera:

• 1 CGM Master Pump controller.
• 1 CGM Backup Pump sequence controller.
• 2 CGM Main slave controller (anteriormente Slave controller).

Cada main slave controller recibe una 'señal de latido' regular del master pump controller y del backup pump controller, de modo que, si se pierden las comunicaciones entre los controladores maestro y esclavo, los esclavos recibirán las órdenes del backup pump controller, que refleja constantemente al controlador maestro, estando preparado para asumir el control de la secuenciación.

El master pump controller controla la regulación y secuencia de las CGM mediante la activación y regulación de la bomba de secundario (e indirectamente las CGMs) en función de la media de las sondas de presión diferencial instaladas en el anillo. Por su parte, la chiller y los dry coolers solo pueden operar si la bomba de secundario de su respectiva CGM se encuentra en funcionamiento.

El funcionamiento secuencial se plantea de tal forma que todas las bombas de secundario activas (PUMP-01) trabajan de manera uniforme manteniendo la presión diferencial en el anillo entre 0,7-0,9 bar. Cuando la regulación de las bombas se encuentra por encima del 90% durante más de 2 minutos se dará orden de activar otra CGM. Por el contrario, cuando esta regulación se encuentra por debajo del 40% durante más de 15 minutos se dará orden de parar una de las CGMs en funcionamiento.

En caso de no recibir la 'señal de latido' por parte del master pump controller o del backup pump controller, la CGM funcionará de forma autónoma regulando la velocidad de la bomba de secundario (PUMP-01) con sus respectivas sondas de presión o en caso de carecer de ellas, al 100% de la capacidad de la bomba (equivalente a señal de 20mA).

Cuatro modos de funcionamiento

Modo anti-condensación -5 grados ambiente

A fin de evitar esta problemática, la válvula de 3 vías modulará para mantener la temperatura de suministro del centro de datos a 18 °C, mezclando el agua proveniente de los DCs con el retorno de la instalación a 32°C.

Free Cooling: Temperaturas exteriores -5 grados a 16 grados

En este modo, toda el agua de retorno de la instalación es refrigerada a través de los DC, variando la velocidad de sus ventiladores para mantener una temperatura de salida de la CGM de 20°C.

Si la temperatura exterior aumenta, los ventiladores están al 100% y el TE07(salida de la CGM) está leyendo un valor superior a 20+2 °C, entonces, el sistema pasará a modo mixto.

Modo Mixto: Temperaturas exteriores entre 17 y 30 grados exteriores

Cuando la temperatura exterior supera el punto en el que los DC ya no pueden mantener por si solos la temperatura de impulsión de los CGM, las Chiller se activarán para ayudar en el proceso de refrigeración.

Cuando la temperatura del agua, leída por el TE07, alcance 22 °C (20+2 °C), el sistema funcionará de la siguiente forma:

Toda el agua de retorno de las salas técnicas continúa siendo enfriada a través de los DC y junto con la condensación de la Chiller, recibiendo agua pre-enfriada en la entrada del evaporador reduciendo el trabajo de los compresores y el consumo eléctrico.

Se ha instalado una válvula de 3 vías (CV-02) en la aspiración de la bomba de condensación PUMP-02 a fin de garantizar que la temperatura de entrada de agua al condensador se mantenga por encima de 29°C, dado que a temperaturas inferior resultaría imposible realizar el ciclo frigorífico dadas las excesivas presiones a las que habría que someter el refrigerante de la chiller.

El propio controlador de la enfriadora debe regular a 4-20 mA la apertura de dicha válvula de 3 vías (CV02) en función de su sonda interna de temperatura de entrada a condensación.

Cuando el sistema detecte que no logra enfriar con los DC (TE14>TE01), pasará a modo mecánico.

Modo Mecánico: Temperaturas superiores de 31 grados exteriores

Cuando no se pueda conseguir más free cooling parcial en modo mixto el sistema pasa a modo mecánico el cual se activa cuando las lecturas de temperatura TE14 > TE01, entonces:

• La válvula de 3 vías CV01 cambiará su posición desacoplando la producción de frio del dry-cooler, separando el circuito A (DCs, PUMP02, y condensador de la enfriadora) del circuito B (Data Center, PUMP01, PUMP03, depósitos y evaporador).
• Ambos circuitos funcionarán de forma independiente. Todo el caudal de agua pasará por el evaporador que será el único dispositivo de refrigeración.
• Los Dry Coolers mantendrán el mismo punto de consigna de 20°C. El agua de retorno del Data Hall se desviará de los Dry Coolers mediante la válvula CV-01.

Se proporcionará refrigeración a las salas de datos para alcanzar la temperatura de consigna de 20 °C. La bomba del evaporador estará por encima de la bomba CGM para que los depósitos de inercia también se mantengan fríos.

La bomba del condensador Pump-02 hará circular el agua caliente hacia los DC que la disiparán con la atmósfera.

El procedimiento para volver del modo mecánico al modo mixto es el siguiente: el punto de cambio de modo mixto a modo mecánico completo depende de la temperatura exterior que guarda en el controlador DC. Si la temperatura ambiente es 2,0 < T guardada, el sistema vuelve al modo mixto.