Cómo se gestiona el aire en el sistema situado debajo del suelo elevado con acceso de un edificio

Cómo funciona el plenum bajo el suelo como una cámara de aire presurizada

El sistema de gestión del aire en los plenums bajo el suelo utiliza el espacio situado debajo de los paneles elevados del suelo como una especie de cámara de presión para el flujo de aire. Cuando el aire se acondiciona en las unidades CRAC, circula por la zona de forma que crea un estado de equilibrio de presión con el aire presente en la cámara. Gracias a la disposición de los plenums bajo el suelo, se evita la formación de puntos calientes de temperatura dentro de la sala, ya que dirige el aire acondicionado hacia la ubicación deseada mediante baldosas perforadas colocadas estratégicamente. El sistema está diseñado para operar dentro de un rango óptimo de presión y sin cambios significativos en el caudal de aire, logrando así el mejor rendimiento posible en refrigeración y proporcionando un entorno estable para la gestión de TI.

Física y rendimiento: suministro diferencial de presión a las entradas de los servidores

El enfriamiento dirigido funciona según el principio de variación de presión dentro del plenum y en la entrada de aire del servidor. Este principio se basa en una ley física casi desconocida denominada principio de Bernoulli. Cuando se genera una presión en el plenum, el aire fluye hacia donde la presión es menor: las entradas de aire de los servidores. En nuestro caso, la velocidad del flujo de aire aumentó un 25 % en comparación con los antiguos sistemas de sobrecarga. El reto consiste en colocar adecuadamente las baldosas en el suelo del centro de datos para aprovechar dichas variaciones de presión. Los centros de datos que presentan una diferencia de presión de 0,05 pulgadas de columna de agua en el plenum experimentan, en promedio, una reducción de 4 grados Celsius en la temperatura de entrada de los servidores. Esto se desprende de una investigación realizada por el Uptime Institute en 2022.

Nuestros suelos elevados con ganancias cuantificables en eficiencia de refrigeración por flujo de aire: contamos con un ejemplo medido de una diferencia de temperatura de 4,3 °C, asociada a la colocación estratégica de una baldosa perforada.

El control de la temperatura del aire que ingieren los servidores mejora gracias a la colocación optimizada de las baldosas perforadas. Concretamente, cuando el patrón de baldosas coincide con las zonas calientes de los bastidores de servidores, el aire frío puede dirigirse sin obstáculos a las entradas de los servidores, evitando así su pérdida en una recirculación de aire caliente expulsado. Hemos logrado resultados significativos con este enfoque, ya que las diferencias de temperatura entre el aire que entra y el que sale de los servidores se han medido en un valor 4,3 °C inferior. Esta mejora en las diferencias de temperatura es absolutamente crítica para mantener la integridad del enfriamiento, especialmente a medida que las configuraciones de TI de la empresa siguen evolucionando.

Optimización basada en CFD: modelado en tiempo real del flujo de aire para reducir el PUE

La utilización de modelos de dinámica de fluidos computacional (CFD) muestra con precisión dónde se acumula el calor de forma ineficiente e ilustra cómo realizar ajustes en aspectos como la cantidad de perforaciones existentes en las baldosas del suelo, la ubicación de dichas baldosas y la alineación de las unidades de refrigeración. Una investigación realizada por el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley en 2024 indica que los valores de PUE disminuyen aproximadamente 0,15 mediante este método, en comparación con el uso de métodos basados en conjeturas. Esto puede no parecer un cambio significativo, pero los costos de refrigeración asociados a esta reducción disminuyen entre un 18 % y un 30 %. El verdadero valor radica en los sistemas que supervisan continuamente y controlan activamente los volúmenes de caudal de aire para adaptarlos a las demandas de los servidores. Esto elimina los puntos calientes que dañan los equipos y evita que el aire cálido desvíe su recorrido, evitando así que pase por las zonas recién refrigeradas y objetivo.

Eliminación de puntos calientes mediante una distribución uniforme del aire

Los sistemas de flujo de aire de refrigeración para suelos elevados eliminan con éxito los puntos calientes térmicos, no mediante una refrigeración excesiva, sino mediante una distribución uniforme y dirigida. Cuando se diseñan e implementan correctamente, estos sistemas evitan que el aire frío haga cortocircuito y que el aire caliente se recircule, resolviendo, en última instancia, los puntos calientes que superan los límites térmicos de ASHRAE hasta en un 13,66.

Superación de la estratificación térmica mediante un flujo de aire constante por debajo del suelo

La estratificación térmica es un fenómeno causado por el ascenso del aire de escape caliente, lo que genera una mezcla deficiente del aire de suministro. El movimiento del aire bajo el suelo a una velocidad de aproximadamente 2,5 metros por segundo o superior contribuye a romper las capas térmicas. Se requieren varias medidas complementarias para romper dichas capas. Una de ellas es sellar los pasos de cables. Además, llenar los espacios vacíos en los bastidores de servidores con paneles ciegos constituye una medida clave. Estas acciones garantizan que el aire frío se entregue únicamente a través de las baldosas perforadas, tal como fue previsto en el diseño.

Flujo de aire gestionado centralmente: Alineación de la salida de los equipos CRAC con el diseño de las baldosas

El flujo de aire de derivación puede reducir la capacidad de refrigeración de un centro de datos en un 25-40 %. Esto se debe a que los equipos CRAC reducen el caudal de aire hacia el aire acondicionado que no ha llegado a los servidores. La dinámica computacional de fluidos ha demostrado que este problema puede resolverse mediante una configuración distinta de la porosidad de las baldosas, acorde con las zonas de temperatura del bastidor. Las baldosas con una porosidad superior al 56 % probablemente pierdan aire hacia los bastidores más densos. Además, la dirección del flujo de aire de los equipos CRAC debe alinearse con la disposición de las baldosas en toda la sala. Esto maximiza las diferencias de presión en el sistema, factor determinante de la eficiencia del sistema de refrigeración.

Estrategias coherentes para la gestión del flujo de aire en entornos con suelo elevado

Los suelos elevados proporcionan la infraestructura para la mayoría de los sistemas de refrigeración, pero realmente complementan al sistema cuando se combinan con estrategias eficaces de gestión del flujo de aire. Las configuraciones de pasillos calientes/pasillos fríos evitan la mezcla del aire de retorno cálido con el aire de suministro entrante. Esto permite una mayor consistencia térmica en todo el pasillo. El uso adecuado de paneles ciegos, junto con sistemas de gestión de cables sellados, permite un mejor confinamiento de la presión en el plenum, reduciendo así el consumo innecesario de energía en aproximadamente un 30 %. El uso innovador de baldosas, basado en las condiciones actuales medidas mediante mapas térmicos y modelado por ordenador, permite una mayor capacidad de respuesta ante los cambios del sistema.
La combinación de estas técnicas permitirá reducir la métrica de eficiencia energética (PUE) en aproximadamente 0,15-0,3 puntos, lo que representa una mejora real en la eficiencia y fiabilidad de los sistemas de refrigeración y del entorno controlado.

Sección de Preguntas Frecuentes

¿Qué es un suelo elevado?
Un suelo elevado es una estructura de piso elevada que utiliza el espacio situado debajo de ella para el tendido de cables, los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) y otras infraestructuras.

¿Cómo contribuye un plenum bajo el piso al enfriamiento?
Un plenum bajo el piso es una cámara de aire presurizada que facilita una distribución uniforme del aire acondicionado para minimizar las zonas calientes y adaptarse a las necesidades de refrigeración.
¿Cuáles son los beneficios de utilizar baldosas perforadas en suelos elevados?
Las baldosas perforadas mejoran la eficiencia del enfriamiento al permitir un flujo de aire más eficaz del aire frío hacia las entradas de los servidores, controlando así la temperatura en torno a estos.

¿Qué se puede hacer para evitar la estratificación térmica?

Una circulación constante del aire bajo el sistema de suelo elevado, así como el sellado de las aberturas existentes, favorecen una distribución controlada y uniforme del aire frío.

¿Qué se entiende por flujo de aire de derivación y cómo se puede evitar?

El flujo de aire de derivación ocurre cuando el aire acondicionado se devuelve a las unidades CRAC antes de haberse distribuido completamente; para evitarlo, se recomienda configurar la descarga de las unidades CRAC de acuerdo con el diseño en cuadrícula de las baldosas.