Abstract:
This research work develops the engineering design of a high-availability climate control system for a data center with a 400 kW Information Technology (IT) load, located in Guayaquil, Ecuador. The primary challenge lies in the region's extreme climatic conditions, a humid tropical climate with design temperatures of 37.1 ° and the necessity of ensuring continuous 24/7 operation under Concurrently Maintainable infrastructure criteria (Tier III).
The methodology employed integrated detailed thermal load calculations using HAP 5.1 software, considering not only rack density (5 kW/rack) but also the inefficiencies of electrical support systems (UPS, PDU) and building envelope conditions according to ASHRAE TC 9.9 and ANSI/TIA-942 standards. Various technological alternatives were evaluated, leading to the selection of a Direct Expansion (DX) system due to its optimal balance between initial cost (CAPEX), modular scalability, and operational efficiency for the project's scale.
The results determined a total thermal load of 124.08 TR for the IT room and approximately 20.7 TR for each electrical room. The final design proposes an N+2 redundancy configuration for the main room, utilizing six 35 TR precision air handling units, and an N+1 scheme for the electrical rooms. It is concluded that the proposed solution not only guarantees strict control of temperature (20-22 °C) and humidity (35-45%) but also ensures technical and economic viability with an approximate investment of USD 806,440, meeting the resilience levels required for mission-critical infrastructure.
Keywords: Data Center, Precision Cooling, Thermal Load, Redundancy, Direct Expansion, Concurrently Maintainable, Power Usage Effectiveness (PUE).
Description:
El presente trabajo de investigación desarrolla el diseño de ingeniería de un sistema de climatización de alta disponibilidad para un centro de datos de 400 kW de carga de Tecnologías de la Información (TI), ubicado en Guayaquil, Ecuador. El desafío principal radica en las condiciones climáticas extremas de la zona (clima tropical húmedo con temperaturas de diseño de 37.1 °C) y la necesidad de garantizar una operación continua 24/7 bajo criterios de infraestructura concurrentemente mantenible (Tier III).
La metodología empleada integró el cálculo de cargas térmicas detalladas mediante el software HAP 5.1, considerando no solo la densidad de los racks (5 kW/rack), sino también las ineficiencias de los sistemas de soporte eléctrico (UPS, PDU) y las condiciones de la envolvente según estándares ASHRAE TC 9.9 y ANSI/TIA-942. Se evaluaron distintas alternativas tecnológicas, seleccionando un sistema de expansión directa (DX) por su balance óptimo entre costo inicial (CAPEX), escalabilidad modular y eficiencia operativa para la escala del proyecto.
Los resultados determinaron una carga térmica total de 124.08 TR para la sala TI y aproximadamente 20.7 TR por cada cuarto eléctrico. El diseño final propone una configuración de redundancia N+2 para la sala principal, utilizando seis manejadoras de aire de precisión de 35 TR, y un esquema N+1 para los cuartos eléctricos. Se concluye que la solución propuesta no solo garantiza el control estricto de temperatura (20-22 °C) y humedad (35-45 %), sino que asegura la viabilidad técnica y económica con una inversión aproximada de USD 806,440, cumpliendo con los niveles de resiliencia exigidos para infraestructuras de misión crítica
