El auge de la refrigeración líquida en los Data Centers : una guía para la gestión térmica en entornos de alta densidad
Los centros de datos son fundamentales para la economía digital, ya que hacen posible servicios como la banca en línea y el comercio electrónico. Su consumo energético está aumentando rápidamente: 7,4 gigavatios en 2023, lo que representa el 4 % del consumo mundial, y se prevé que la demanda europea se duplique con creces para 2030 debido a la inteligencia artificial y la digitalización. El suministro continuo de energía y la refrigeración son esenciales para evitar fallos y la pérdida de datos.
Optimización de los sistemas de climatización para la sostenibilidad de los centros de datos
Los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) desempeñan un papel fundamental a la hora de garantizar el funcionamiento fiable de los centros de datos. Sin embargo, se estima que la refrigeración por sí sola representa entre el 20 % y el 50 % del consumo energético total de un centro de datos.
Dada la importancia de la energía dedicada a la gestión térmica, las soluciones de climatización actuales deben ir más allá del simple control de la temperatura. Deben ser altamente eficientes, escalables y capaces de dar soporte a entornos de TI con una densidad de potencia cada vez mayor, todo ello en consonancia con los objetivos de reducción de carbono y los mandatos de sostenibilidad.
A medida que se acelera la demanda global de infraestructura digital, los centros de datos se ven sometidos a una presión cada vez mayor para ofrecer más potencia de cálculo con un menor impacto medioambiental. Un avance que respalda esta evolución es la refrigeración líquida, una tecnología que, aunque no es nueva, está ganando un gran impulso como opción práctica y escalable.
Las ventajas de la tecnología de refrigeración líquida
La aparición de la refrigeración líquida llega en el momento oportuno. Aunque la tecnología existe desde hace años, ahora está entrando en un periodo de rápida adopción, impulsada por las limitaciones de la refrigeración por aire y las crecientes exigencias de la computación de alto rendimiento (HPC), el aprendizaje automático y las operaciones de datos a hiperescala.
Los sistemas tradicionales basados en aire están empezando a alcanzar sus límites, tanto físicos como económicos. Los racks de servidores que consumen más de 30 kW son cada vez más comunes, pero el umbral máximo de la refrigeración por aire se sitúa cerca de esa cifra. La refrigeración líquida, por su parte, permite una transferencia de calor mucho más eficiente, admitiendo densidades de rack de 50, 80 o incluso 100 kW sin requerir aumentos masivos en la infraestructura o el consumo de energía.
Las unidades de distribución de refrigeración (CDU) hacen circular una mezcla de glicol y agua a través de redes de circuito cerrado, absorbiendo el calor directamente de las partes más críticas y con mayor carga térmica del servidor, como los chipsets, a través de placas de refrigeración y colectores.
Algunos sistemas CDU pueden ofrecer hasta cuatro veces la capacidad de refrigeración de las alternativas basadas en aire. Normalmente, el aire puede refrigerar una densidad de rack de 25-30 kW a temperaturas aceptables. Sin embargo, los racks están llegando ahora a más de 100 kW, por lo que las CDU están diseñadas para funcionar a estas densidades.
Refrigeración por aire frente a refrigeración líquida: complementarias, no competitivas
Aunque la refrigeración líquida representa un salto transformador en la gestión térmica, todavía no supone una sustitución total de los sistemas basados en aire. En su lugar, se está generalizando un enfoque híbrido. Muchos operadores de centros de datos están implementando una combinación de estrategias de refrigeración en función de las demandas de carga de trabajo, con la refrigeración líquida encargándose de los racks de alta densidad o con uso intensivo de GPU y la refrigeración por aire dando soporte a los equipos más convencionales.
Estos sistemas integrados pueden controlarse dinámicamente a través de sistemas de gestión de edificios inteligentes y plataformas de software, lo que permite el ajuste en tiempo real de los caudales de las CDU, la potencia de los enfriadores y el flujo de aire. Este nivel de coordinación puede ser eficiente y ayudar a los operadores a reducir su Eficiencia en el Uso de la Energía (PUE) a alrededor de 1,2, y algunos aspiran incluso a cifras más ambiciosas.
Recuperación y reutilización de calor: convertir los residuos en energía
Una de las ventajas únicas de la refrigeración líquida es su potencial para la recuperación y reutilización del calor. El líquido caliente que sale de los chipsets de los servidores, normalmente a unos 30 °C, puede pasar por una bomba de calor y aumentar su temperatura, lo que lo haría adecuado para redes de calefacción urbana o aplicaciones industriales.
Esta reutilización puede ayudar a:
- reducir el desperdicio energético global
- mejorar el PUE
- generar valor añadido a partir de lo que antes se consideraba un residuo
Ampliando los límites de la eficiencia de la refrigeración
A medida que la refrigeración líquida madura, la innovación se está orientando hacia la mejora del rendimiento dentro del propio sistema. Un área clave es la reducción de la temperatura de aproximación, es decir, la diferencia de temperatura causada por ineficiencias en el intercambio de calor. Mientras que algunas CDU pueden tener una temperatura de aproximación de 4 °C, el avanzado diseño de doble intercambiador de calor de Carrier la reduce a tan solo 2 °C. Los controles integrados de alta tecnología también permiten una respuesta rápida a las variaciones de la carga informática, al tiempo que mantienen una variación de temperatura aceptable.
De cara al futuro, se vislumbran nuevas reducciones hasta 1 °C, lo que ofrecerá una eficiencia aún mayor y sentará las bases para soportar implementaciones de varios megavatios con una sobrecarga térmica mínima. A medida que la escala y la densidad de los centros de datos sigan creciendo, estas mejoras serán fundamentales para satisfacer la demanda futura sin aumentar proporcionalmente el impacto medioambiental.
Tendencias futuras en la refrigeración de centros de datos
Se espera que la refrigeración líquida directa al chip siga siendo la arquitectura de refrigeración dominante para entornos de alto rendimiento durante los próximos cinco a diez años. Sin embargo, la refrigeración por inmersión, en la que se sumergen servidores completos en un líquido térmicamente conductor y eléctricamente no conductor, podría llegar a ser viable a gran escala.
Mientras tanto, Carrier sigue liderando el desarrollo, las pruebas y la implementación en el mundo real de tecnologías de refrigeración de centros de datos de última generación, incluida su suite de soluciones QuantumLeap™ y los estándares de certificación de sus productos a través de Eurovent Certified Performance.
Póngase en contacto con uno de los expertos de Carrier para obtener más información sobre las soluciones de gestión del ciclo de vida térmico de Carrier.
