Métricas para la gestión energética de los centros de datos

Uno de los temas de mayor actualidad en el sector CPD es lograr la eficiencia en operación. Eficiencia entendida tanto desde el punto de vista de minimización de consumos energéticos, como del tratamiento eficaz y uniforme del espacio tratado térmicamente. En el presente artículo, Ashrae repasa las medidas o métricas más habituales del sector para definir la eficiencia de forma objetiva de la mano de Stulz, incluyendo algunas de reciente implantación muy vinculadas al momento climático global en el que vivimos. 

Las siguientes líneas van a abordar además otros temas relevantes para la maximización de esas métricas, como son los cambios actuales en las condiciones de servicio a mantener y qué sistemas de freecooling se están observando en el diseño de centros de datos.

PUE y el DCiE

Las primeras métricas que nos vienen a la cabeza en el sector son el PUE y el DCiE. ¿Qué indican y que origen tienen?

• PUE es el acrónimo de Power Usage Effectiveness, el valor que resulta de dividir el consumo de energía empleada por todas las instalaciones del centro de datos entre la energía que se suministra al equipamiento IT de este. Es el consumo total de energía requerida por el centro de datos / Consumo total de energía requerida por el equipamiento IT.

• DCiE es el acrónimo de Datacenter Infrastructure Efficiency. Es el inverso del anterior; es decir, el consumo total de energía requerida por el equipamiento IT dividido por el consumo total del centro.

Por tanto, son indicadores que nos relacionan el consumo total del centro de datos con el específico requerido por el equipamiento IT. Como se detalla en distintos documentos del generador de la métrica, The Green Grid, la energía del equipo de IT incluye la energía asociada con todos los equipos de IT (computación, almacenamiento y equipos de red) junto con equipos complementarios (conmutadores, monitores, y estaciones de trabajo/computadoras portátiles utilizadas para controlar el centro de datos). 

El 1% de la energía mundial se emplea en centros de datos, por lo que se han ampliado las técnicas y los recursos empleados en su explotación

Por otro lado, la energía total de la instalación incluye toda la energía del equipo de IT agregando el uso de energía de los componentes de suministro de energía (sistemas UPS, interruptores, generadores, distribución de energía, baterías y pérdidas de distribución externas al equipo de IT), componentes del sistema de climatización (grupos de frio, torres de enfriamiento, sistemas de bombeo, tratamiento de aire de la sala de computadoras, unidades de aire acondicionado para salas de cómputo -CRACs-) y otras cargas de componentes diversos, como la iluminación del centro de datos.

Como se avanzó anteriormente esta métrica fue generada por The Green Grid, que es una organización IT sin ánimo de lucro (allá por el 2007), siendo el método más extendido para la medición de consumos y eficiencia en centros de datos. Se publicó como estándar bajo la ISO/IEC 30134-2:2016 y en la actualidad en Europa bajo la EN 50600-4-2:2019

Cómo se mide y qué valores se consideran óptimos

La propia normativa y documentación comentada establece cómo medir estableciendo hasta cuatro categorías de PUE según los niveles de precisión o calidad buscada en la medida. 

La mayor diferencia de estas categorías se basa en:

• La forma de definir en el intervalo de medida de la energía, pudiendo a ser en el caso más estricto 15 minutos o menos y en el más laxo hasta periodos mensuales.
• El punto de medida de la energía, pudiendo ser desde las acometidas energéticas de la infraestructura hasta el punto de conexión de los sistemas IT.

La operación de los centros de datos es más eficiente si optimizamos los sistemas de enfriamiento

Por tanto, el PUE es una medida orientativa que nos permite conocer la eficiencia energética del centro de datos, desde un punto de vista estrictamente energético. Por otro lado, como sabemos medir y establecer pautas de control energético es la primera actividad del proceso de mejora de la actividad.

El rango en el que se mueve el PUE está entre 1 y el infinito. El valor de 1 indicaría que tenemos una eficiencia del 100%, caso ideal y teórico. La mayoría de los estudios sectoriales relativos a centros de datos hablan de valores PUE por debajo de 2.0 para considerarlo de eficiencia media, pudiendo llegar a 1,2 en el caso de infraestructuras extremadamente eficientes.

Otras métricas a tener en cuenta

Aunque las métricas energéticas anteriores son las predominantes en el sector, dada la situación medioambiental mundial se empiezan a proponer por distintos sectores y empresas otro tipo de métricas complementarias que tengan en cuenta los recursos empleados en la climatización y gestión del centro de datos en su vertiente ambiental. Hay que tener en cuenta que aproximadamente el 1% de la energía mundial ya se emplea en centros de datos y que se han ampliado las técnicas y recursos empleados en su explotación.

Entre estas métricas que se irán implantando secuencialmente en el sector cabe destacar las siguientes: 

• Emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI). Establece, en sus distintos alcances, las emisiones de gases a la atmósfera vinculadas a la explotación del centro de datos. En su ‘Alcance 1’ se tienen en cuenta las emisiones directas que se producen a partir de fuentes controladas o propiedad de la organización del centro de datos. En su ‘Alcance 2’ las emisiones basadas en la ubicación, indicando aquellas asociadas a las redes en la ubicación del centro de datos, dentro de un área geográfica definida y un período de tiempo definido. Y en su ‘Alcance 3’ otras emisiones indirectas, por ejemplo, de la cadena de valor, viajes de negocios y gestión de residuos vinculadas al centro de datos. Dentro de la responsabilidad social corporativa de muchas empresas y de los planes de descarbonización asociados son ya puntos relevantes de reflexión y actuación.

No existe una manera unívoca de seleccionar el freecooling adecuado para un centro de datos específico

• Eficacia del Uso del Carbono (CUE), que mide las emisiones de carbono del centro de datos. Relaciona los datos y las emisiones anuales de CO2 y la demanda de energía de los equipos IT. Es similar a la intensidad de carbono de alcance 1 y 2 expuestas en el apartado anterior, pero se comparándola de forma relativa con la carga de IT del centro de datos.

• Eficacia en el Uso del Agua (WUE), que relaciona el consumo de agua del centro de datos con la suma de la energía consumida por los equipos de IT.

Sistemas de tratamiento, operación y eficiencia energética

En función de todo lo anterior, está claro que el sector está evolucionando en la doble vía de optimizar consumos y cubrir las necesidades energéticas de la forma medioambientalmente más coherente. Entre estas estrategias cabe destacar las siguientes tendencias en las que estamos involucrados.

Empleo del freecooling

La operación de los centros de datos es más eficiente si optimizamos los sistemas de enfriamiento. En este sentido, lo más adecuado es el empleo de enfriamiento gratuito o freecooling, consistente en utilizar las bajas temperaturas exteriores para enfriar las instalaciones. Su adopción se está incrementando debido a sus beneficios en la eficiencia energética y costes de explotación. No es casualidad que las últimas publicaciones sectoriales especializadas incidan en su relevancia y den pautas para su selección y cálculo. Entre las tecnologías descritas y recomendadas, según la tipología del centro de datos a refrigerar, tenemos las siguientes posibilidades:

• Empleo de freecooling con expansión directa.
• Empleo de freecooling con batería dual de expansión directa y agua enfriada.
• Empleo de freecooling con bombeo directo de refrigerante en expansión directa.
• Enfriamiento evaporativo indirecto.
• Enfriamiento evaporativo directo.
• Empleo de freecooling mediante enfriamiento adiabático con el aire acondicionado de la sala.

No existe una manera unívoca de seleccionar el freecooling adecuado para un centro de datos específico. Hay muchos factores, como la ubicación geográfica, requerimientos del usuario, tipología de edificio o costes de operación esperados, que pueden condicionar la selección y cálculo. 

Gestión de la temperatura

Otras de las medidas relevantes, siempre que la operación y tipología de centro de datos lo permita, es la gestión de la temperatura interior. Teniendo en cuenta que la mayoría de los fabricantes de electrónica fijan límites superiores no por encima de 30-35 ºC para que entren en estrés térmico, hay cierta capacidad de permitir su variabilidad y lograr una uniformidad adecuada en su explotación. Hay que tener en cuenta varios puntos:

• La guía de diseño de Ashrae (Ashrae’s Technical Committee 9.9 (TC 9.9) Mission Critical Facilities, Technology Spaces, and Electronic Equipment) está adaptando y ampliando el margen de explotación de los centros de datos atendiendo a su criticidad y tipología. En esa línea operar en rangos de los 18 a 27ºC en impulsión y con límites muy amplios de humedad del 20-70%.

• Monitorización. Cada vez es más común aumentar los puntos de monitoreo de la zona tratada para establecer puntos calientes y sus problemas asociados. Ashrae marca unas pautas claras de ubicación y tipología de sondas para el correcto desempeño energético de la instalación.

• Tecnologías más habituales como la contención del aire frío y caliente (implementación de barreras físicas para lograr flujos direccionales de aire preferentes y más eficiente) pueden complementarse con tratamientos locales beneficiosos para el centro de datos.

En este contexto, Stulz dispone de la ayuda técnica para que la implementación y seguimiento de estas medidas sean una realidad en los distintos proyectos, optimizando la puesta en servicio de la climatización y facilitando su operación y mantenimiento.