Guía de ingeniería e integración del sistema de contención para centros de datos modulares

Por qué un sistema de contención para centros de datos modulares necesita más que barreras físicas

Un sistema modular de contención para centros de datos es más que paneles de techo, puertas y barreras laterales. Su objetivo principal es gestionar el flujo de aire de suministro hacia los equipos informáticos y la devolución del aire de escape caliente a los equipos de refrigeración. Una gestión deficiente puede provocar que el aire frío evite los equipos informáticos y/o que el aire caliente de escape se mezcle con el aire de suministro. Como consecuencia, pueden aparecer puntos calientes en bastidores individuales de equipos, y el centro de datos en su conjunto podría seguir recibiendo refrigeración suficiente. Al diseñar centros de datos modulares, todos los equipos deben integrarse cuidadosamente para garantizar que se ajusten dentro de una huella definida. El sistema modular de contención para centros de datos debe diseñarse para gestionar el flujo de aire caliente y frío, al tiempo que permite a los técnicos del centro de datos acceder a los equipos con fines de instalación de cables, sustitución de equipos y mantenimiento. El sistema también debe facilitar el flujo para los primeros intervinientes en caso de emergencia. La contención debe diseñarse para funcionar conjuntamente con el flujo real del aire, las dimensiones de los bastidores de servidores, la ubicación de los equipos y las unidades de refrigeración. ZTMMDC es una empresa especializada en centros de datos modulares que implementa contención por pasillos calientes o fríos en sus diseños de centros de datos. ZTMMDC integra estos sistemas de contención con otros elementos modulares de centros de datos, como bastidores, refrigeración, distribución de energía, supresión de incendios y sistemas de control/monitorización. Esta empresa ’su enfoque resulta beneficioso cuando los diseños modulares de centros de datos presentan restricciones de espacio y deben ser flexibles para ampliar su capacidad informática.

Depende de múltiples factores, entre ellos la forma en que se pone en servicio y opera el sistema. Esto incluye la instalación de las juntas estancas entre los paneles, el equilibrio del flujo de aire y el control de la refrigeración, la disposición del equipo y la forma en que se opera el sistema. El objetivo consiste en crear un entorno térmico estable y predecible, en lugar de limitarse simplemente a encerrar una fila de bastidores.

Diseño estructural, sellado de paneles y detalles prácticos de instalación

Diseñar un sistema de contención modular para centros de datos requiere considerar muchos factores además del peso de los paneles. Los ingenieros deben pensar en la ubicación de los puntos de soporte, el movimiento de las puertas, la alineación de los paneles, las aberturas para controles y cables, las cargas generadas durante la instalación y el mantenimiento, los paneles y componentes suspendidos o colocados sobre estructuras superiores, y la facilidad de servicio de las bisagras y pestillos de los paneles de acceso. Las condiciones sísmicas y las disposiciones especiales de seguridad contra incendios exigen un análisis más exhaustivo de la estructura, las uniones, los soportes y la configuración del sistema de contención. No existe una única configuración de contención que satisfaga todos los requisitos del sitio. Por lo tanto, los ingenieros deben analizar las brechas y las interfaces en el techo, el recinto y las partes superior e inferior de los bastidores de equipos.

Las aberturas no selladas permiten que el aire de retorno y el aire de suministro se mezclen, lo que reduce la eficacia del confinamiento. Es inaceptable obstruir la ventilación requerida ni el acceso para mantenimiento y para los sistemas de seguridad del edificio. Equilibrar estos requisitos en conflicto exige integrar al proveedor del sistema de confinamiento, a los ingenieros de refrigeración y eléctricos, al ingeniero de protección contra incendios y a otras partes interesadas en la revisión del diseño. En un centro de datos modular integrado en fábrica, algunas de estas interfaces pueden evaluarse antes del envío, lo que ayuda a reducir la necesidad de modificaciones improvisadas en el sitio.

El sistema de contención del centro de datos modular, tras su entrega en el sitio, debe evaluarse en cuanto a la continuidad de los sellos, el funcionamiento de las puertas, la alineación y fijación de los paneles, y la integridad de los sellos, entre otros aspectos, antes de instalar los racks. La configuración final de los racks debe ser compatible con los sistemas de protección contra incendios y otros sistemas de seguridad del edificio. Es más prudente suponer que un conjunto de componentes individuales, interrelacionados e integrados no garantiza automáticamente que el sistema global cumpla con los requisitos.

Uso del análisis de flujo de aire y la dinámica computacional de fluidos (CFD) para identificar riesgos térmicos antes de la implementación

La simulación CFDIM implica diversas herramientas para simular y optimizar sistemas, incluidos los pasillos fríos de centros de datos. Estas herramientas permiten a los ingenieros determinar dónde es más probable que ocurran los puntos calientes y cómo se distribuye el flujo de aire en todo el centro de datos. Los ingenieros deben ingresar muchos detalles en la simulación CFD para obtener resultados precisos. Si el modelo asume cargas térmicas uniformes en todos los racks, pero en el entorno real hay varios racks con una gran cantidad de servidores de alta densidad, entonces dicho modelo no simulará con precisión el escenario de fallo más probable. La modelización CFD permite a los ingenieros simular escenarios realistas, como el desvío del aire y racks parcialmente llenos. También pueden determinar el flujo de aire a través de los racks, así como el flujo de aire a lo largo de las trayectorias de suministro y retorno. Mediante estas herramientas, los ingenieros pueden evaluar el sistema bajo las condiciones máximas previstas y determinar qué ocurre si una unidad de refrigeración deja de funcionar. Estas herramientas ayudarán a identificar dónde aparecerán los puntos calientes «técnicos» en el centro de datos.

El capítulo del Manual ASHRAE sobre centros de datos e instalaciones de telecomunicaciones explica que la dinámica computacional de fluidos (CFD) puede ayudar a predecir el rendimiento del enfriamiento. Sin embargo, esto depende de la precisión con la que el modelo CFD represente el espacio y los dispositivos que influyen en el flujo de aire. Esta es una limitación crítica. Una simulación excesivamente compleja y visualmente detallada no será fiable únicamente por utilizar un paquete de software avanzado. Imagine una revisión técnica de un centro de datos modular periférico. Dos bastidores en el centro de datos tienen cargas térmicas significativamente mayores que los demás bastidores, y se ha solicitado contención para solucionar el problema.

Se deben realizar comparaciones útiles entre el mapa térmico del bastidor y la ubicación de las unidades de refrigeración. Debe analizarse la recirculación cerca de la parte superior de los bastidores y cerca de los extremos de las filas. Debe evaluarse si el caudal de aire de suministro alcanza las entradas del servidor. La contención debe modificarse según los resultados predichos y verificarse frente a los resultados medidos durante la puesta en servicio. Si se consultan los sensores de temperatura en las entradas de bastidores representativos y las alarmas de las unidades de refrigeración, el equipo puede evaluar si las condiciones modeladas representan las condiciones reales.

Integración de la refrigeración en fila con la arquitectura de contención

El confinamiento y la refrigeración deben integrarse como un único sistema de gestión térmica. Un sistema modular de confinamiento para centros de datos puede separar el aire de suministro del aire de escape caliente, pero no puede compensar una capacidad de refrigeración insuficiente, una dirección incorrecta del flujo de aire ni controles mal diseñados. La serie HM de refrigeración en fila de ZTMMDC incorpora unidades de refrigeración de precisión entre los bastidores de servidores, reduciendo así la distancia que debe recorrer el aire de suministro. Está diseñada para aplicaciones en centros de datos de densidad media a alta y se puede configurar con expansión directa o agua helada, según el modelo seleccionado. Las hojas de especificaciones publicadas indican un rango de refrigeración de 15 a 62,6 kW para la serie ZT HM12R a 60R y de 32,9 a 61,4 kW para la serie de agua helada ZT HM30RC a 80RC. La selección real debe basarse en el modelo, las condiciones de operación, el requisito de refrigeración y la carga térmica prevista en el sitio.

Los ventiladores EC con control continuo y compresores de frecuencia variable están disponibles en ciertos modelos y vienen equipados con una pantalla táctil de 7 pulgadas. Estos ventiladores pueden conectarse mediante bus CAN para el control en grupo de hasta 32 unidades y cuentan con funciones para diagnóstico y mantenimiento. Las fuentes de alimentación duales y los sensores de fugas de agua están disponibles como opciones. Las unidades son modulares y se pueden configurar para flujo de aire superior, frontal o lateral; sin embargo, la configuración debe basarse en la entrada y salida de aire del equipo y en la disposición del contenedor. Durante la integración, también deben considerarse la ubicación de las unidades de refrigeración y la coordinación de los espacios de servicio, así como la gestión del condensado, las conexiones eléctricas, los sensores y el control.

Los ingenieros deben determinar cómo responde el sistema de refrigeración a los cambios en la carga informática (IT) y si el sistema de monitoreo puede detectar temperaturas anormales de entrada, alarmas de refrigeración y fallos de comunicación. Durante una revisión de diseño, los ingenieros garantizarían que el mantenimiento de los bastidores se pueda realizar sin afectar al equipo adyacente y que las trayectorias del flujo de aire sean adecuadas. El sistema final debe validarse mediante verificaciones funcionales y puesta en servicio en sitio, en lugar de asumir que opera según lo previsto con su capacidad nominal de refrigeración.

Integración en fábrica, puesta en servicio y verificación del rendimiento a largo plazo

Un sistema fiable de contención para centros de datos modulares debe evaluarse durante las fases de diseño, integración en fábrica, transporte y puesta en servicio en el sitio. Durante la integración en fábrica, la inspección debe evaluar las dimensiones de las aberturas de los paneles y los elementos de fijación, la alineación de las bisagras y el cierre de las puertas, los espacios libres de acceso, las interfaces de los sensores y las unidades de refrigeración, el trazado de cables, la coherencia del diseño ensamblado con los planos aprobados, y la operación de prueba del sistema de contención y del sistema de refrigeración. Cuando los sistemas se suministran como una unidad, el plan de pruebas debe evaluar las funciones del sistema que puedan demostrarse antes del envío, así como aquellas que dependan de las condiciones del sitio y del estado de los sistemas informáticos integrados. Las operaciones básicas de refrigeración y control pueden probarse antes del envío, pero la temperatura final de la sala y la distribución del caudal de aire pueden depender de las condiciones del sitio. Tras la instalación, la puesta en servicio debe evaluar la estanqueidad de los paneles y el funcionamiento de las puertas, el funcionamiento de las unidades de refrigeración y si la temperatura del aire de entrada a los bastidores se encuentra dentro de los límites especificados para los equipos informáticos. Siempre que sea posible, deben realizarse comprobaciones térmicas, y deben documentarse las condiciones operativas relevantes. Si el sitio cuenta con distintos modos de operación, la puesta en servicio debe llevarse a cabo en las condiciones más exigentes.

El Uptime Institute describe estrategias clave para la gestión y mejora de los sistemas de refrigeración de centros de datos. Estas estrategias se centran en la gestión del flujo de aire, la supervisión y la metodología. Son relevantes al evaluar centros de datos modulares; aunque un centro de datos modular bien diseñado puede ser más eficiente que una construcción tradicional, muchos de los mismos principios siguen aplicándose. Asimismo, es recomendable conservar documentación como planos aprobados, listas de equipos de refrigeración, registros de pruebas, ubicaciones de sensores, configuraciones de alarmas e instrucciones de mantenimiento.

Existen numerosos ejemplos del mundo real en los que la suposición de un rendimiento óptimo del sistema tras un cambio de ocupación provocó problemas que se hicieron inmediatamente evidentes tras una actualización a un rack distinto. Durante las evaluaciones de centros de datos modulares, la disposición específica de la configuración, basada en contención, del sistema de refrigeración y su fundamentación asociada, la documentación de los componentes clave, los registros de inspección procedentes de la fábrica, los procedimientos para la puesta en servicio y una definición clara de las responsabilidades del cliente constituyen las pruebas más valiosas proporcionadas por el proveedor. ZTMMDC y las series HM de refrigeración en fila son algunos de los productos que pueden resultar útiles para proyectos que requieren una solución modular e integrada de centro de datos y refrigeración. En todos los casos, el rendimiento real del sistema debe compararse con el diseño, los equipos instalados, las condiciones operativas y las pruebas realizadas.

Preguntas frecuentes

P1: ¿Qué función cumple un sistema de contención modular para centros de datos?

Separa las trayectorias del aire de suministro y del aire de retorno para reducir la mezcla no deseada, ayudar a dirigir el aire refrigerado a las entradas de los servidores y gestionar el aire caliente de escape. Su rendimiento depende de la disposición de los racks, el sellado, el diseño de refrigeración y los controles operativos.

P2: ¿Es la contención de pasillos calientes mejor que la contención de pasillos fríos?

Ninguna de las dos configuraciones es universalmente superior. La elección adecuada depende de la arquitectura de refrigeración, la disposición de los racks, los requisitos de mantenimiento, el diseño de protección contra incendios y la forma en que funcionará la instalación.

P3: ¿Por qué es útil el análisis CFD para centros de datos modulares?

La CFD puede identificar puntos calientes potenciales, derivación del flujo de aire y recirculación del aire de escape antes de la implementación. Sus predicciones dependen de una geometría precisa, datos fiables de carga térmica, supuestos realistas sobre el flujo de aire y una validación adecuada.

P4: ¿Cómo apoya la refrigeración en fila la contención?

El enfriamiento en fila coloca el equipo de refrigeración cerca de los bastidores de servidores. Cuando se coordina adecuadamente con la contención y la dirección del flujo de aire, puede ayudar a gestionar cargas térmicas localizadas y reducir el desplazamiento innecesario de aire.

P5: ¿Qué deben verificar los compradores antes de aceptar el sistema?

Revisar el diseño aprobado, el sellado de los paneles, el funcionamiento de las puertas, la capacidad de refrigeración, la configuración del flujo de aire, las funciones de monitoreo, los registros de pruebas de fábrica y los resultados de puesta en servicio bajo condiciones operativas representativas. condiciones operativas representativas.