Las diez acciones para el uso inteligente de la energa en el Data Center. Segunda parte

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Introduccin

En el white paper nmero dos iniciamos el desarrollo y explicacin de la estrategia de Uso Inteligente de la Energa la cual se basa en la puesta en prctica de 10 acciones las cuales a partir del efecto cascada impactan significativamente el desempeo energtico del Data Center.

Tambin profundizamos en las cuatro primeras acciones de esta estrategia, es decir, hablamos del uso de procesadores eficientes, el uso de servidores con fuentes de poder eficientes, la habilitacin de caractersticas de administracin de energa en los servidores y la implementacin de servidores blade.

A continuacin desarrollaremos las restantes seis acciones de la estrategia de uso inteligente de la energa para concluir con datos relevantes sobre el impacto total de esta estrategia en el consumo energtico global del Data Center.

5. Virtualizacin de Servidor

Como las tecnologas de servidores se han optimizado, la virtualizacin se ha consolidado permitiendo un aumento en la utilizacin del servidor, y reduciendo la cantidad de servidores necesarios.

En nuestro modelo, al implementar la virtualizacin se proporciona una reduccin incremental del 8% de la energa total consumida en el Data Center de 470 m2.

6. Mejores prcticas de enfriamiento:

Algunos Data Center han puesto en prctica algunas de las mejores prcticas, tales como la implementacin de pasillo fro/ pasillo caliente en los arreglos de gabinetes. Sin embargo existe an un enorme potencial de optimizacin en aspectos de sellado de aberturas en los pisos elevados, utilizando paneles ciegos en los espacios libres en los bastidores, y evitando la mezcla de aire fro y aire caliente. ASHRAE ha publicado varios trabajos sobre estas mejores prcticas.

Las simulaciones computarizadas de dinmica de fluidos (CFD por sus siglas en ingls) puede ser utilizada para identificar las deficiencias y optimizar el flujo de aire en el Data Center (Figura 8).

Muchas organizaciones, estn contratando como parte de los estudios de diseo y diagnstico de sus Data Center, servicios de evaluacin centrados en la mejora de la eficiencia de los sistemas de climatizacin.

Adicionalmente, las temperaturas en el pasillo fro pueden ser aumentadas si la temperatura actual est por debajo de 20 C. De igual forma en los sistemas de enfriamiento con agua helada (Chiller), la temperatura del agua fra puede elevarse desde 7.2 C hasta 10 C.

En el modelo en estudio, la eficiencia del sistema de climatizacin es mejorada 5%, simplemente mediante la aplicacin de las mejores prcticas antes indicadas. Esto reduce los costos totales de energa en un 1% sin invertir en ningn tipo de tecnologa nueva.

Figura 8: Simulacin computarizada de dinmica de fluidos.

7. Distribucin de Potencia a 415 V AC

El sistema de potencia crtica representa otra gran oportunidad para reducir el consumo de energa; sin embargo, debe tenerse un cuidado a la hora de adoptar estrategias que garanticen la reduccin de la energa ya que la premisa fundamental es que una reduccin en el consumo no puede conseguirse a costa de una prdida de disponibilidad por la reduccin de equipos.

La mayora de los Data Center utilizan un tipo de UPS denominada de doble conversin. Estos sistemas convierten la energa de entrada a DC y luego de regreso a energa AC dentro de la UPS. Esto permite que el UPS genere un ambiente limpio, con una forma de onda adecuada para los equipos de TI, ya que asla de manera efectiva los equipos de la fuente de alimentacin.

Aguas abajo del UPS hay una enorme oportunidad de optimizacin. En la gran mayora de los Centros de Datos, el UPS suministra potencia a 480 V, potencia que es acondicionada al voltaje que requieren los equipos, mediante un sistema de distribucin, cuyo transformador baja la tensin de 480 V a 208 V. Normalmente esto hace al sistema incurrir en grandes prdidas.

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Una forma de eliminar esto es disear la salida del UPS como un sistema trifsico a 415 V, supliendo 240 V monofsicos (voltaje lnea - neutro) alimentando directamente los servidores (figura 9). Este voltaje alto no solo elimina las prdidas asociadas al cambio de voltaje y la presencia del transformador del PDU, sino que permite lograr un incremento en la eficiencia de la fuente de poder del servidor.

En el modelo de estudio, se logr una reduccin incremental del 2% en la energa utilizada por la infraestructura de soporte del Data Center, simplemente utilizando distribucin a 415 V AC.

Figura 9: Distribucin tradicional vrs distribucin a 415 V/240 V.

8. Enfriamiento con capacidad variable:

Los Data Center normalmente son diseados para manejar cargas pico, que rara vez se dan. En consecuencia, datos de la eficiencia a plena carga, a menudo no son una buena indicacin de la eficiencia de funcionamiento real.

Tecnologas ms nuevas, tales como compresores digitales tipo scroll y variadores de frecuencia en los equipos de aire acondicionado de la sala de cmputo (CRAC), permiten una alta eficiencia con cargas parciales.

Los compresores digitales tipo scroll permiten que la capacidad de los aires acondicionados se ajuste exactamente a las condiciones ambientales de la sala, sin necesidad de estar apagando y encendiendo el compresor.

Normalmente, los ventiladores de las unidades CRAC corren a una velocidad constante y entrega un volumen constante de flujo de aire.

Mediante ventiladores con variadores de frecuencia es posible ajustar la velocidad de los ventiladores y el consumo de energa conforme se reduce la carga. La potencia del ventilador es directamente proporcional al cubo de las revoluciones por minutos del

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ventilador, por lo tanto una reduccin del 20 % en la velocidad del ventilador proporciona casi el 50 % de ahorro en energa de los ventiladores. Este tipo de unidades estn disponibles en paquetes o kits adaptables que hacen posible actualizar unidades CRAC con un ROI menor a un ao.

En el modelo bajo estudio, el uso de variadores de frecuencia y compresores digitales permiti un ahorro incremental del 4% en el consumo de energa del Data Center.

9. Enfriamiento suplementario:

Los sistemas de enfriamiento tradicionales han demostrado ser muy eficaces en el mantenimiento seguro y controlado del ambiente del cuarto de cmputo. Sin embargo, la optimizacin de la eficiencia energtica en el Data Center requiere migrar de un Data Center con densidades de carga tradicionales (2 a 3 kW por rack) a ambientes que pueden soportar densidades altas de carga (excediendo los 30 kW por rack).

Este escenario requiere la aplicacin de un enfoque en la climatizacin que suple parte de las necesidades de enfriamiento mediante los sistemas convencionales de enfriamiento, mientras que la otra parte de la carga es suplida por sistemas de enfriamiento suplementario.

Estos sistemas de enfriamiento suplementario son unidades de climatizacin que pueden ir montadas encima de los gabinetes de servidores o a un lado de dichos gabinetes, entre filas, tal y como se muestra en la figura 10, extrayendo el aire caliente directamente del pasillo caliente y suministrando aire fro al pasillo fro.

Estas unidades de enfriamiento suplementario pueden reducir los costos por concepto de enfriamiento hasta en un 30 % en comparacin con los enfoques tradicionales de enfriamiento. Estos ahorros se consiguen porque el enfriamiento suplementario trae el aire fro ms cerca de la fuente de calor (close coupling), reduciendo los requerimientos de potencia de los abanicos requeridos para mover el aire. Estos sistemas adicionalmente utilizan intercambiadores de calor ms eficientes y entregan slo enfriamiento sensible, lo cual es ideal para el calor seco generado por el equipo electrnico.

El refrigerante es entregado a los mdulos suplementarios a travs de una tubera de refrigeracin area, la cual una vez instalada permite que los mdulos de enfriamiento sean adicionados o relocalizados fcilmente segn se den los cambios en el ambiente del Data Center. En el modelo bajo estudio, en 20 gabinetes con una densidad de carga de 12 kW cada uno, se utiliz refrigeracin suplementaria, mientras que en los restantes 40 gabinetes (a 3,2 kW por gabinete) se utiliz el sistema tradicional de enfriamiento. Esto produjo una reduccin incremental del 6% en los costos de energa global del Data Center.

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Figura 10: Sistema suplementario de enfriamiento.

10.Monitoreo y optimizacin:

Una de las consecuencias del incremento en las densidades de equipos ha sido el incremento en la diversidad dentro del Data Center. Densidades de carga son pocas veces uniformes a travs de una infraestructura de soporte y estas pueden crear ineficiencias en el enfriamiento, si un sistema de optimizacin y monitoreo no es implementado. Las unidades de enfriamiento del cuarto de cmputo en un lado de la infraestructura de facilidades podran estar humidificando mientras que en otro lado de la infraestructura de facilidades podran estar deshumidificando, siendo las condiciones ambientales externas las mismas.

Los sistemas de control de enfriamiento pueden monitorear las condiciones a lo largo de todo el Data Center y coordinar las acciones de las mltiples unidades para prevenir conflictos e incrementar el trabajo del equipo (figura 11).

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En el modelo en estudio, se logr un ahorro incremental del 1% como resultado de un adecuado sistema de monitoreo y control.

Figura 10: mejora obtenida con la implementacin de un sistema de monitoreo y control.

El impacto econmico de las mejoras:

Mediante la estrategia de uso inteligente de la energa es posible reducir el consumo de energa y la eliminacin de los obstculos al crecimiento.

Aplicando la estrategia de Uso Inteligente de la Energa al modelo estudiado de un Data Center de 570 m2, se logr la reduccin de hasta un 52% en el uso de energa sin comprometer el rendimiento o la disponibilidad.

En su estado no optimizado, el Data Center modelo de 470 m2 utilizado para desarrollar el enfoque de uso inteligente de la energa tiene una carga de 588 kW y el total de instalaciones de soporte a la carga es de 1.127 kW. A travs de las estrategias de optimizacin expuestas en este documento, fue posible lograr una optimizacin energtica manteniendo el mismo nivel de rendimiento pero utilizando mucha menos potencia y menor espacio fsico.

De acuerdo a los resultados obtenidos, la carga total se redujo a 367 kW, mientras que se aument la densidad por gabinete de 2,8 kW a 6,1 kW por gabinete. Esto redujo el nmero de gabinetes necesarios para soportar la carga de 210 kW a tan solo 60 kW. Adems permiti reducir consumo de potencia y enfriamiento y las limitaciones de espacio al crecimiento (Figura 11).

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Figura 11: Eliminacin de restricciones.

El consumo total de energa se redujo a 542 kW y la superficie total necesaria para equipos de TI se redujo en un 65 % (Figura 12).

Figura 12a: Espacio ocupado por servidores antes de la optimizacin.

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Figura 12b: Espacio ocupado por servidores despus de la optimizacin.

La estrategia de Uso inteligente de la energa es adecuada para todo tipo de Data Center, sin embargo, la secuencia puede verse afectada por el tipo de instalacin. Servicios en funcionamiento con altas tasas de utilizacin durante las 24 horas del da llevan a enfocar los esfuerzos iniciales en la adquisicin de equipos de TI con baja potencia, transformadores y fuentes de alimentacin de alta eficiencia.

Figura 13: Estrategias y prioridad de aplicacin que deben ser consideradas.

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Figura 14: Tabla resumen de las 10 estrategias con el porcentaje de ahorra individual y global, as como el ROI de cada accin.

Como conclusin final como puede comprobarse en el cuadro resumen de la Figura 14 la aplicacin de estas 10 acciones redunda en un 52% por efecto de ahorro acumulado de energa en el Data Center, adicionalmente se logr una reduccin del 65% en el espacio utilizado. Otro aspecto importante de resaltar es el hecho de que el ROI ms extenso es de apenas 18 meses lo que confirma el concepto de que lo Green es rentable.

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Desarrollado por:

DATA CENTER CONSULTORES S.A.

Ing. Alexander Monestel, ATD-125Presidente

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