Una de las principales diferencias entre un chiller para confort y un chiller para aplicación de centros de datos es la temperatura de operación del agua. Mientras que, en aplicaciones de confort, es muy común utilizar temperaturas de suministro de agua de 7°C con un retorno de 12°C, en el sector de centros de datos estas temperaturas pueden ser más altas, consiguiendo usar un suministro/retorno de agua de 15°C/25°C correspondientemente; así como un diferencial de temperatura más elevado, lo que permite el máximo aprovechamiento térmico del fluido refrigerante de trabajo.
Operación Fuera de la Zona de Punto de Rocío
El punto de rocío es cuando el aire a cierta temperatura y humedad relativa empieza a generar gotas en las superficies del intercambiador de calor, lo que significa que es el punto de operación donde la humedad relativa alcanza el punto de saturación y comienza la deshumidificación mecánica. En otras palabras, se enfría el aire lo suficiente para que, al condensarse, su humedad absoluta disminuya. Este punto se puede encontrar cuándo la temperatura de aire es inferior a los 13°C o 14°C (depende de las variables del resto de condiciones psicométricas).
Si traspasamos este concepto a climatización de centro de datos, trabajar con aire con una alta humedad relativa vuelve más complicado el control de precisión de los rangos de temperatura y humedad relativa. A esto hay que sumar que la unidad interior empieza a perder capacidad sensible de enfriamiento, una de las formas de evitarlo es usando temperatura de suministro de agua, manteniendo igual la capacidad total y sensible de enfriamiento en los serpentines de las unidades interiores.
Tomando todo lo anterior en cuenta y agregando que los centros de datos requieren enfriamiento continuo los 365 días del año, las 24 del día, si el chiller con free cooling trabaja en zonas donde el aire exterior logre temperaturas inferiores a la temperatura de suministro o de retorno, se puede generar un importante ahorro energético.
3 Modos de Enfriamiento en un Solo Equipo
Los Chillers con módulo free cooling tienen 3 modos de operación según la temperatura de aire ambiente. Además, estos modos se ajustan en función de las temperaturas de suministro y retorno requeridas. A continuación, se detalla cada uno de ellos.
Modo 100% mecánico: Es cuando la temperatura de aire está por arriba de la temperatura de retorno de agua, esto significa que el chiller debe generar todo el trabajo de enfriamiento con compresores, ya que el aire exterior no es lo suficientemente frío para poder ser usado como medio de enfriamiento del agua. En este caso, la unidad generadora de agua fría funciona como un chiller estándar.
Modo Híbrido: Entra en funcionamiento cuando la temperatura exterior es más baja que la temperatura de retorno de agua y más alta que la temperatura de suministro de agua. En este modo, el agua atraviesa el módulo de free cooling, donde un intercambiador aire-agua y un conjunto de ventiladores hacen circular aire para reducir la temperatura del agua antes de que ingrese al evaporador. De esta manera, el chiller puede operar con cargas parciales y lograr alcanzar la temperatura de suministro deseada.
Modo 100% Free Cooling: Cuando la temperatura del aire exterior es inferior a la temperatura del agua de suministro, en este punto se puede lograr cubrir el 100% de la carga de enfriamiento sin necesidad de encender los compresores, sólo con recircular el agua a través del módulo Free Cooling. Este es el punto de máximo ahorro energético.
Ejemplo de Operación
Supongamos que se planea instalar un chiller Free Cooling en CDMX para un centro de datos grande, en la tabla que a continuación se muestra, está la distribución de temperaturas por hora durante todo un año.
Distribución de temperatura en ciudad de México (2022)
Si consideramos que el chiller funcionará con temperaturas de agua de suministro y retorno de 15°C y 25°C respectivamente, podemos observar que, en todas las franjas resaltadas en verde oscuro, que representan temperaturas de aire exterior por debajo de los 13°C, el chiller puede operar al 100% de su capacidad sin necesidad de activar los compresores.
En la tabla de distribución actual, las franjas de color amarillo representan las horas en las que el chiller puede funcionar en modo híbrido, estas horas abarcan un rango de temperatura de 19°C a 24°C. Durante este período, el chiller sigue obteniendo enfriamiento parcial de forma gratuita y opera con compresores a carga parcial o utilizando solo un circuito de refrigeración.
En cuanto al resto de las horas, cuando las temperaturas son más altas, el chiller funcionará como un equipo estándar, es decir, utilizando un enfriamiento completamente mecánico al 100%.