Los centros de datos, incorporando la humidificación adiabática en su infraestructura, pueden optimizar el rendimiento de los equipos, mejorar la eficiencia energética y garantizar la operativa mientras cumplen con los requisitos ambientales y normativos. Este enfoque proactivo no solo mejora la calidad general del servicio, sino que también fortalece la reputación del centro de datos como proveedor fiable y sostenible de servicios de TI críticos. Aprovechando el efecto de enfriamiento de esta tecnología, también puede ofrecer una alternativa viable a los métodos tradicionales de refrigeración mecánica, proporcionando a los operadores de data centers una mayor flexibilidad y escalabilidad en la gestión de sus instalaciones.
Control eficiente de la humedad y reducción de energía
La refrigeración adiabática está ganando importancia como una solución clave para gestionar eficientemente el calor excesivo en los data centers, crucial debido a los altos costes de energía asociados con la refrigeración, y que a menudo supera los gastos de infraestructura y hardware del edificio. Abordar esta carga de calor concentrado es esencial para evitar fallos en los equipos y minimizar los costosos tiempos de inactividad. El control preciso de la humedad es igualmente fundamental para prevenir descargas electrostáticas y proteger los circuitos sensibles dentro del equipo, conocidos por sus altos costes de reparación y sustitución.
Mediante el uso de humidificadores y enfriadores adiabáticos se logra un control eficiente de la humedad y una reducción de energía. Estos sistemas contribuyen significativamente a la capacidad de enfriamiento de las instalaciones, reduciendo la dependencia del enfriamiento mecánico e integrando perfectamente refrigeración y humidificación. En condiciones cálidas y húmedas donde el enfriamiento adiabático directo no es práctico, el enfriamiento adiabático indirecto enfría el aire entrante sin agregar humedad a la instalación. Los sistemas de enfriamiento directo e indirecto se pueden combinar para maximizar el enfriamiento gratuito disponible. Los sistemas modernos abordan las preocupaciones sobre la humedad y los olores mediante controles inteligentes y métodos de esterilización, lo que garantiza un entorno operativo estable. Estos conocimientos subrayan el valor de adoptar estrategias de humidificación adiabática en los centros de datos para satisfacer los requisitos de energía y mantener un entorno estable.
Ejemplos de escenarios
Para ilustrar esto en un escenario más realista, profundizamos en la simulación de un centro de datos arquetípico y evalúa cómo funcionan los humidificadores adiabáticos y tradicionales en términos de consumo de energía y agua mientras cumplen con los requisitos especificados en la instalación. El centro de datos en cuestión tiene un área de 100.000 sq.ft. Sus puntos de ajuste térmicos exigen objetivos de calefacción y refrigeración de 60°C/35%HR y 80ºF/40%RH, respectivamente. Este es un rango de control más estricto que el que ASHRAE requiere para los nuevos centros de datos, pero no es raro para las instalaciones existentes.
La figura 1 resume el uso total de energía y agua de los humidificadores (eléctricos, de condensación de gas, de alta presión adiabáticos) asociados para lograr los parámetros del punto de ajuste.
Figura 1.
Costes totales de servicios públicos
Como se muestra claramente en la figura 2, el delta de costes entre los sistemas de humidificación es enorme: los humidificadores eléctricos cuestan ~$1,5 millones más que el coste anual del sistema de alta presión. El funcionamiento de los humidificadores eléctricos costará ~1,34 millones de dólares al año, y la mayor parte de ese coste irá a parar a la empresa de servicios públicos. Los humidificadores adiabáticos de alta presión, el sistema de menor coste, costarán ~$160.000 para operar en costes adicionales de calefacción y agua, pero reducirán el coste de enfriamiento en casi $400.000. ¡Esto supone un ahorro de costes operativos de casi $200,000 en comparación con no humidificar! El humidificador de gas costará un total de $220.000 por año en este escenario, y el funcionamiento medio del humidificador muy poco ($500 por año).
Resumiendo:
Tabla 1.
Uso total de energía
Los humidificadores de gas son los que consumen más energía entre las cuatro unidades, con un consumo de 13.600 MWh, seguidos de cerca por las unidades eléctricas con 12.600 MWh. La figura 1 proporciona una visión clara de la disparidad de costes, destacando que la operativa de las unidades eléctricas es más costosa debido al precio relativamente más alto de la electricidad en comparación con el gas natural. En el caso de los humidificadores adiabáticos, la mayor parte del consumo energético proviene del “recalentamiento” del aire entrante mediante gas natural. Esto se puede reducir mediante la recuperación de calor y la reducción de las necesidades de aire fresco. La unidad de medios funciona con un consumo de energía de 4.200 MWh incluyendo el ahorro de energía en refrigeración y recalentamiento. El sistema de alta presión consume 3.100 MWh de energía, incluido el ahorro de energía de refrigeración y recalentamiento. En resumen, los centros de datos pueden lograr un impresionante promedio de ahorro de energía del 77% al hacer la transición a humidificadores adiabáticos, reemplazando las unidades eléctricas y de gas tradicionales.
Energía eléctrica directa
Como hemos comentado, los humidificadores eléctricos consumen la mayor cantidad de electricidad con 12.560 MWh. Esto se atribuye principalmente a la electricidad necesaria para hacer funcionar los elementos calefactores de la unidad, vitales para el proceso de humidificación. Por otro lado, los humidificadores de gas consumen principalmente unos 12 MWh, principalmente por el funcionamiento de sus ventiladores.
Se obtienen importantes ahorros de electricidad con ambos tipos de unidades adiabáticas, que se derivan del ahorro en el uso de electricidad para refrigeración y de una electricidad mínima para hacer funcionar las bombas, los ventiladores y los sistemas de control de las unidades. En particular, las unidades de alta presión logran un significativo ahorro de 3.450 MWh y los humidificadores de medios de 12” ahorran 1.030 MWh. Esta notable diferencia surge de la mayor carga del ventilador y requisitos de energía de las unidades de medios de 12”, necesarios para impulsar el aire a través del medio debido a la mayor diferencia de presión. En condiciones climáticas frías, se introduce una pequeña cantidad de calor de gas en la corriente de aire de los humidificadores adiabáticos para garantizar que se mantenga una temperatura interior confortable. Este uso inteligente del gas (o calor alternativo) se alinea con el enfoque de eficiencia energética de las unidades adiabáticas, subrayando su capacidad para equilibrar el rendimiento y la conservación de energía incluso en condiciones ambientales desafiantes. Esta cantidad de recalentamiento se puede reducir mediante retrocesos de aire exterior y dispositivos de recuperación de calor, según la aplicación. La mayoría de los centros de datos nunca necesitan calor para funcionar.
Ahorro de energía en refrigeración (eléctrica)
En comparación con las unidades de humidificación tradicionales, los humidificadores adiabáticos, de alta presión y de 12” generan ahorros significativos en el uso de electricidad de refrigeración a 3.800 MWh, ¡lo que se traduce en $376. 000! Los ahorros provienen de enfriar el aire mediante evaporación en lugar de utilizar sistemas tradicionales basados en compresores. Dependiendo del plan de refrigeración del centro de datos, este puede variar significativamente. En un centro de datos diseñado correctamente y en el clima adecuado, no se puede utilizar refrigeración mecánica durante todo el año.
Uso de agua
Los humidificadores adiabáticos, especialmente las unidades de alta presión, suelen exigir un proceso de tratamiento de agua más extenso debido a su sensibilidad a las impurezas del agua. Generan una neblina mediante boquillas finas, lo que requiere una calidad de agua prístina para evitar obstrucciones. Por otro lado, los humidificadores de vapor tradicionales tienen más tolerancia a las impurezas del agua, aunque niveles muy altos de impurezas pueden aumentar considerablemente los costes de mantenimiento y reparación.
Las unidades adiabáticas de alta presión utilizan una cantidad sustancial de agua: más de 61 millones de litros. Los humidificadores adiabáticos de alta presión destacan por lograr de manera eficiente una humidificación rápida y efectiva, y el tratamiento del agua provoca un alto uso de agua.
Le siguen de cerca las unidades condensadoras de gas, que consumen aproximadamente casi 50 millones de litros. El uso principal de esta agua (además de la humidificación directa) es en los procesos de purga, que son esenciales para mantener la calidad del agua dentro del sistema de humidificación. En contraste, las unidades eléctricas y de medios de 12” realizan un uso de agua más conservador, 23.000.000 litros y 27.000.000 litros, respectivamente. Los humidificadores eléctricos están diseñados específicamente para un uso óptimo del agua, empleando sistemas de gestión de agua y evaporación controlada para aumentar la humedad interior de manera efectiva y al mismo tiempo conservar el agua. Así mismo, el diseño específico de los humidificadores de medio de 12”, junto con una distribución controlada del agua y un proceso de evaporación eficiente, les permite mantener los niveles de humedad interior mientras utilizan el agua con cautela.
Es importante señalar, al considerar las implicaciones de costes, que el agua cuesta considerablemente menos en comparación con los gastos totales de energía, como se muestra en la figura 3. Aunque las unidades adiabáticas pueden tener un mayor consumo de agua que los humidificadores tradicionales, su uso total de energía significativamente menor se traduce en costes operativos más bajos, lo que refuerza su rentabilidad.
Figura 2.
Necesidad reducida de humidificación
En el caso de este centro de datos que hemos utilizado como ejemplo, tanto los humidificadores adiabáticos como los tradicionales mantienen una necesidad constante de humidificación. Sin embargo, en operaciones donde la cantidad de aire exterior es más flexible que en este ejemplo, los sistemas adiabáticos enfriarían el aire lo suficiente como para que se necesitara menos aire exterior para enfriar el centro de datos, ahorrando así en la necesidad general de humidificación. La prioridad de garantizar la seguridad y el rendimiento del equipo anula los posibles ahorros de energía que podrían derivar de una menor humidificación en momentos específicos. Sin embargo, con un ligero cambio en los controles y un requisito mínimo de aire exterior más bajo para este sistema, las ventajas de los sistemas adiabáticos serían aún más significativas.
Uso de energía de recalentamiento
En este escenario específico, la ausencia de sistemas de recuperación de energía y un mínimo de aire exterior relativamente alto significa que se necesita el uso de energía de recalentamiento para los sistemas adiabáticos, tanto para sistemas de alta presión como de medios. En este caso se trata de 5,2 MWh anuales de gas natural. Si hubiera un requisito mínimo de aire exterior o recuperación de calor más bajo, esto significaría un uso cero de energía de recalentamiento en un sistema adiabático para un centro de datos.
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