La elección entre refrigeración in-row, perimetral o de agua helada es una de las decisiones de diseño más importantes para un data center, con implicaciones que se extienden durante 15-20 años en términos de capacidad, eficiencia y coste de mantenimiento. No existe una respuesta universal: cada tecnología tiene un perfil óptimo de aplicación, y la mejor elección depende de la densidad de los racks, la escala del CPD, la infraestructura existente y los objetivos de eficiencia energética.
Este artículo compara las tres principales tecnologías —refrigeración in-row (CRV), CRAC perimetral DX (DSE) y sistemas de agua helada (PCW)— desde el punto de vista técnico y económico, con criterios claros para determinar cuál corresponde a cada situación.
La raíz del problema: cómo llega el frío al rack
El reto de la distribución del aire
Todo sistema de refrigeración de data center enfrenta el mismo reto fundamental: extraer el calor del interior de los racks (donde lo generan los servidores) y expulsarlo fuera del edificio. El calor está concentrado: un rack de 10 kW en 0,72 m² de base tiene una densidad de calor de 13,9 kW/m², comparable a la cocina de un restaurante de alto rendimiento. El reto no es solo extraer ese calor en volumen, sino hacerlo capturándolo eficientemente antes de que se mezcle con el aire frío de la sala.
Los sistemas perimetrales distribuyen el aire frío a través del suelo técnico y confían en que ese aire viaje horizontalmente hasta llegar a los racks (distancias de 3-10 metros en muchos casos). Los sistemas in-row posicionan el equipo de refrigeración a centímetros del punto de generación de calor. La diferencia en eficiencia es consecuencia directa de esta diferencia de distancia.
Tecnología 1: CRAC perimetral DX (Liebert DSE)
Funcionamiento y arquitectura
Las unidades CRAC (Computer Room Air Conditioner) de expansión directa perimetrales se instalan en los bordes o paredes de la sala de servidores. El aire frío sale de la unidad hacia el suelo técnico (o por la parte superior, dependiendo de la configuración), se distribuye horizontalmente bajo el suelo y sube a través de las baldosas perforadas hacia los racks.
La familia Liebert DSE de Vertiv (24, 35 y 50 kW) es la implementación más avanzada de esta categoría: compresor scroll con inverter de velocidad variable, tecnología Econophase para free cooling, sistema de control iCOM con gestión centralizada de múltiples unidades y monitorización SNMP/Modbus para integración DCIM.
Cuándo el CRAC perimetral es la solución correcta
Densidad media del rack inferior a 8 kW: a estas densidades, el sistema perimetral con suelo técnico puede distribuir el aire frío eficientemente a todos los racks sin necesitar unidades de refrigeración posicionadas en la fila. Las baldosas perforadas calibradas (con porcentaje de apertura ajustado a la demanda de cada zona) permiten una distribución razonablemente uniforme.
Instalaciones de 50 a 800 kW de carga IT: los CRACs perimetrales son la solución más económica en términos de inversión inicial para este rango de escala. Una instalación de 200 kW puede cubrirse con 4-6 unidades DSE de 35-50 kW, con un coste total de instalación significativamente menor que un sistema equivalente de agua helada o in-row.
No existe planta de agua fría ni circuito de agua: si la instalación está en un edificio sin infraestructura de agua para climatización, las unidades DX son la alternativa. Solo necesitan conexión eléctrica y tuberías de refrigerante al condensador exterior.
Infraestructura existente con suelo técnico elevado: si el data center ya tiene suelo técnico elevado (mínimo 400 mm de altura para distribución perimetral eficiente), añadir o sustituir CRACs perimetrales es la modificación menos invasiva.
Limitaciones del CRAC perimetral
Eficiencia reducida a alta densidad: cuando la densidad media supera los 8-10 kW por rack, el suministro de aire a través del suelo técnico se vuelve insuficiente. Para mantener la temperatura de entrada a los racks dentro del rango ASHRAE, el sistema necesita:
- Suministrar aire a menor temperatura (aumentando el consumo del compresor)
- Aumentar el caudal de aire (aumentando el consumo de ventiladores, proporcional al cubo de la velocidad)
- Añadir más unidades, ocupando espacio que podría ser de racks
Bypass y recirculación: en salas sin contención de pasillos, el 30-50% del aire frío puede llegar al retorno sin haber pasado por los racks (bypass), mientras que parte del aire caliente puede recircular hacia el frontal de los racks (recirculación). La contención de pasillos es necesaria para que el sistema perimetral sea eficiente, lo que añade coste y complejidad al diseño.
Distancia de distribución: a más de 8-10 metros de la unidad CRAC, la presión estática bajo el suelo técnico puede ser insuficiente para garantizar el caudal correcto en las baldosas perforadas más alejadas. Las instalaciones de gran superficie requieren unidades distribuidas estratégicamente o alturas de suelo técnico mayores (600-900 mm).
Tecnología 2: Refrigeración in-row (Liebert CRV)
El cambio de paradigma: refrigeración de proximidad
La refrigeración in-row abandona el concepto de distribución de aire por toda la sala y lleva la refrigeración al punto exacto donde se genera el calor. Las unidades in-row se insertan físicamente en la fila de racks —en la misma posición que un rack estándar de 600 mm de ancho— con la entrada de aire en el pasillo caliente (donde salen los servidores calientes) y la salida de aire frío en el pasillo frío (donde entran los servidores).
La familia Liebert CRV de Vertiv (25, 35 y 40 kW) es la referencia de esta categoría. La CRV utiliza agua helada como fluido de intercambio de calor (no tiene compresor propio) y ventiladores EC (electronically commutated) de velocidad variable que se ajustan exactamente a la demanda térmica de los racks adyacentes. La comunicación entre las CRVs de una misma fila y con las unidades de refrigeración centralizada permite una gestión coordinada del caudal de agua y del caudal de aire.
Cuándo la refrigeración in-row es la solución correcta
Densidad media superior a 8-10 kW/rack: por encima de este umbral, la refrigeración in-row es generalmente superior en eficiencia. El CRV puede capturar calor de racks de hasta 30-35 kW (en configuraciones con dos unidades CRV flanqueando un grupo de racks de alta densidad) que ningún sistema perimetral podría atender de forma eficiente.
Racks de muy alta densidad localizados: incluso en un CPD con densidad media baja, si hay zonas específicas de alta densidad (por ejemplo, un clúster de GPU para machine learning o un blade center de alta densidad), las unidades in-row pueden añadirse específicamente para esas zonas sin necesidad de redimensionar todo el sistema perimetral.
Ampliación de capacidad en CPDs existentes saturados: cuando un data center con refrigeración perimetral ha alcanzado el límite de su capacidad de suministro de aire (no hay espacio para más unidades perimetrales, o la presión del suelo técnico es insuficiente), las CRV in-row son la solución de ampliación más eficiente: no requieren modificaciones del suelo técnico y añaden refrigeración exactamente donde se necesita.
CPDs de nueva construcción de alta densidad: en proyectos de nuevo data center con densidades de diseño superiores a 8-10 kW/rack, in-row es el estándar de diseño. La combinación de CRV + contención de pasillo caliente + water loop centralizado con free cooling ofrece los mejores PUEs posibles (1,1-1,3).
Edge computing con alta concentración de potencia: instalaciones de edge computing que concentran mucha capacidad de procesamiento en pocos racks (alta densidad en espacio reducido) son candidatos ideales para la CRV: la refrigeración de proximidad es la única forma de gestionar 15-25 kW en un rack en un espacio sin suelo técnico ni infraestructura de distribución de aire convencional.
Infraestructura necesaria para in-row
La mayor exigencia de la refrigeración in-row es la necesidad de un circuito de agua fría. Las unidades CRV no tienen compresor propio: necesitan agua fría (generalmente a 12-18 °C) suministrada por una planta central (chiller, dry cooler con free cooling, o circuito de agua compartido con el edificio).
Si la instalación no tiene planta de agua fría, instalar in-row requiere:
- Una planta enfriadora (chiller) exterior o dry cooler
- Tuberías de agua fría y retorno distribuidas por el CPD
- Grupo de bombeo y control del circuito hidráulico
Esta infraestructura tiene un coste de instalación significativo para CPDs pequeños. Para instalaciones inferiores a 100-150 kW de carga IT, el coste de la planta de agua puede hacer que el in-row sea más caro que un sistema perimetral DX, incluso considerando las ventajas en eficiencia.
Dimensionamiento del sistema in-row
Una CRV de 35 kW puede atender los racks a los que sirve de forma efectiva siempre que la carga de esos racks no supere la capacidad de la unidad. La regla de diseño habitual es:
- Una CRV de 35 kW puede atender entre 6 y 12 racks de densidad media (3-5 kW/rack)
- Una CRV de 40 kW puede atender 3-5 racks de alta densidad (8-10 kW/rack)
- Para racks individuales de 15-25 kW, se posicionan dos CRVs flanqueando el rack o grupo de racks
La distancia entre la CRV y los racks que refrigera es crítica: cuanto más lejos están los racks de la CRV, menos efectiva es la captura del calor. En la práctica, cada CRV refrigera eficientemente los racks adyacentes (en la misma fila, a no más de 3-5 racks de distancia).
Tecnología 3: Sistemas de agua helada perimetrales (Liebert PCW)
CRAH con agua helada: la potencia del circuito centralizado
Los sistemas de agua helada (chilled water) utilizan unidades CRAH (Computer Room Air Handler) en lugar de CRAC. La diferencia es que la CRAH no tiene ciclo de refrigeración propio: recibe agua fría de una planta centralizada y la utiliza para enfriar el aire de la sala a través de un intercambiador de calor (batería de agua).
La familia Liebert PCW de Vertiv (30 y 50 kW) es una CRAH de alta eficiencia diseñada para trabajar tanto con agua convencional (6-12 °C) como con agua de alta temperatura (12-18 °C), lo que amplía significativamente el potencial de free cooling.
Cuándo el sistema de agua helada es la solución correcta
Instalaciones de gran escala (> 500 kW de carga IT): por encima de este umbral, la inversión en la infraestructura centralizada de agua se amortiza rápidamente por la superior eficiencia del sistema y la facilidad de escalado. Añadir capacidad de refrigeración en un sistema chilled water es tan sencillo como añadir unidades PCW al CPD y, si es necesario, capacidad adicional de chiller.
Edificios con planta de agua helada existente: si el edificio ya tiene una planta de agua helada para los sistemas de climatización del edificio, ampliarla para incluir el data center puede ser la solución más económica. Requiere verificar que la capacidad del chiller y la temperatura del agua son compatibles con las necesidades del CPD.
Objetivos de PUE muy exigentes con free cooling: los sistemas de agua helada con free cooling de torre (waterside economizer) son los que ofrecen el mayor potencial de aprovechamiento del free cooling: cuando la temperatura exterior lo permite, el chiller se apaga y la torre de refrigeración produce agua fría directamente. Con agua de alta temperatura (12-18 °C, compatible con la PCW de Vertiv), el economizador puede operar durante 5.000-7.000 horas al año en el norte de España.
Múltiples zonas de refrigeración con densidades heterogéneas: la planta centralizada de agua helada puede alimentar simultáneamente unidades perimetrales CRAH (PCW) para zonas de baja densidad y unidades in-row CRV para zonas de alta densidad. Esto permite un diseño mixto óptimo para CPDs con distribución heterogénea de carga.
Limitaciones del sistema de agua helada
Complejidad y coste de infraestructura: la instalación de un sistema de agua helada requiere chillers, torres de refrigeración o dry coolers, grupos de bombas, tuberías, válvulas de control, tratamiento del agua (anticorrosión, antilegionella) y controles hidráulicos. La inversión inicial es significativamente mayor que para sistemas DX, y el mantenimiento es más complejo.
Riesgo de fuga de agua en el CPD: el agua y los equipos electrónicos son una combinación peligrosa. Las instalaciones de agua helada dentro de un data center requieren tuberías de calidad certificada, conexiones con detectores de fugas (los sensores Vertiv de inundación son esenciales en estas instalaciones) y bandejas de recogida bajo las unidades y las tuberías.
Tabla comparativa de las tres tecnologías
| Criterio | CRAC DX (Liebert DSE) | CRAH Agua (Liebert PCW) | In-Row Agua (Liebert CRV) | |----------|-----------------------|------------------------|--------------------------| | Densidad óptima | 2 – 8 kW/rack | 2 – 15 kW/rack | 8 – 30+ kW/rack | | Escala CPD | 50 – 800 kW | 200 kW – varios MW | Cualquier escala | | Free cooling | Sí (Econophase) | Sí (waterside economizer) | Sí (con agua de free cooling) | | PUE típico | 1,4 – 1,7 | 1,2 – 1,5 | 1,2 – 1,4 | | Infraestructura requerida | Solo eléctrica + refrigerante | Chiller + tuberías | Chiller + tuberías | | Coste por kW (inversión) | Bajo-medio | Medio-alto | Medio | | Complejidad instalación | Media | Alta | Media-alta | | Mantenimiento | Medio | Alto | Medio | | Riesgo de fuga en sala | Bajo (solo refrigerante) | Alto (agua) | Alto (agua) | | Escalabilidad | Media | Alta | Alta | | Distribución de aire | Suelo técnico / techo | Suelo técnico / techo | Pasillo directo (proximidad) |
Umbrales de densidad: cuándo cambiar de tecnología
El umbral de los 8 kW/rack
El umbral de los 8 kW por rack es la frontera entre los sistemas perimetrales eficientes y los in-row necesarios. Por debajo de 8 kW, un CRAC perimetral bien diseñado con contención de pasillos puede atender la demanda con eficiencia razonable. Por encima de 8 kW, la distribución perimetral empieza a ser ineficiente porque:
- La presión estática necesaria en el suelo técnico aumenta cuadráticamente con el caudal de aire
- La temperatura de suministro debe reducirse para compensar el mayor calor de los racks, aumentando el consumo del compresor
- La recirculación térmica se vuelve más difícil de controlar sin contención de pasillos
El umbral de los 15 kW/rack
Por encima de 15 kW por rack, el sistema in-row con agua helada es prácticamente la única opción viable. A estas densidades, el volumen de aire necesario para refrigerar un rack mediante distribución de suelo técnico requeriría una velocidad de aire tan alta en las baldosas que sería impráctica, y una temperatura de suministro tan baja que el sistema sería muy ineficiente.
El umbral de los 30 kW/rack
Por encima de 30 kW por rack (habitual en nodos de GPU, servidores de IA y HPC), los sistemas de refrigeración de aire (incluido el in-row) llegan a sus límites. En estos casos, se requiere refrigeración líquida directa (Direct Liquid Cooling, DLC): agua circulando por tuberías directamente adheridas a los procesadores y otros componentes de alta densidad de calor, extrayendo el calor en el punto de generación con una eficiencia que el aire no puede igualar.
Decisiones de diseño para sistemas mixtos
En muchos data centers reales, la solución óptima no es una sola tecnología sino una combinación:
Diseño híbrido típico: CRAC perimetral DX (DSE) para la base de la sala (racks de densidad baja y media), más unidades in-row CRV específicamente posicionadas en las zonas de alta densidad. Este diseño es más económico que in-row para toda la sala, y más eficiente que perimetral puro cuando hay zonas de alta densidad.
Diseño para ampliaciones: un CPD existente con CRACs perimetrales que necesita incorporar racks de alta densidad puede añadir CRVs in-row sin necesidad de sustituir el sistema perimetral existente. Las CRVs se conectan a un circuito de agua nuevo (chiller + DX), y los CRACs perimetrales continúan atendiendo los racks de baja densidad.
Preguntas frecuentes
¿Puede un CRAC perimetral refrigerar un rack de 15 kW?
Técnicamente sí, si se instalan suficientes unidades y el suelo técnico tiene la presión estática adecuada. En la práctica, el coste energético de hacerlo con un sistema perimetral (temperatura de suministro baja, gran caudal de aire) es significativamente superior al de un sistema in-row. Por encima de 12-15 kW por rack, el coste energético adicional del sistema perimetral supera el coste de la inversión adicional en in-row en menos de 2-3 años.
¿Cuánto espacio en el rack ocupa una unidad CRV in-row?
La Liebert CRV no ocupa espacio en los racks de servidores: es una unidad independiente del ancho de un rack estándar (600 mm) que se posiciona entre los racks de la fila, como si fuera un rack adicional. Ocupa 1U de ancho en la fila, equivalente a 0,6 × 1,2 m de superficie de sala. En una fila de 10 racks de 42U, se insertan generalmente 1-2 unidades CRV dependiendo de la densidad.
¿Es posible conectar las unidades CRV a la planta de agua helada del edificio (no del CPD)?
En teoría sí, si la planta de agua del edificio tiene capacidad suficiente y produce agua a la temperatura adecuada (12-18 °C). En la práctica, las plantas de agua helada de edificios de oficinas suelen diseñarse con poca capacidad de reserva y pueden no tener la disponibilidad 24/7 que requiere un CPD. Antes de conectar el CPD a la planta del edificio, es imprescindible verificar la capacidad disponible, la temperatura del agua y la disponibilidad de las bombas fuera del horario de oficina.
¿Cómo afecta la elección de tecnología de cooling al diseño del suelo técnico?
Los sistemas perimetrales (DSE, PCW) requieren suelo técnico elevado para la distribución del aire: mínimo 300 mm para instalaciones pequeñas, 450-600 mm para instalaciones medianas y densidades medias, y hasta 900 mm para grandes instalaciones o alta densidad. Los sistemas in-row (CRV) no requieren suelo técnico para la distribución de aire (aunque pueden coexistir con él): las tuberías de agua de la CRV pueden ir bajo el suelo técnico o sobre el techo. En instalaciones nuevas con in-row, se puede reducir la altura del suelo técnico (o eliminarla), bajando el coste de construcción.
¿Qué tecnología da mejor PUE en el clima de Madrid?
En Madrid, con su combinación de veranos calurosos e inviernos fríos, el mejor PUE anual se consigue con un sistema de agua helada (PCW) con free cooling de economizador activado durante los ~5.000 h/año con temperatura exterior por debajo del umbral. Con diseño optimizado (temperatura del agua alta, contención de pasillos, temperature set point elevado), se puede conseguir un PUE anual medio de 1,25-1,35 en Madrid. Un sistema DX con Econophase bien gestionado puede llegar a 1,35-1,45. Los sistemas DX sin free cooling raramente bajan de 1,5-1,6 en Madrid.