Sistemi di raffreddamento per data center
Data Centre - Metodi di raffreddamento
Il raffreddamento dei data center è una questione strategica, che influisce direttamente sulla loro efficienza energetica, sull’affidabilità e sull’impatto ambientale. Una gestione termica ottimizzataevita il surriscaldamento delle apparecchiature IT, riduce il consumo energetico e minimizza il rischio di interruzioni.
In quantoesperti di meccanica dei fluidi, comprendiamo le complesse sfide associate alla dissipazione del calore nelle infrastrutture digitali. Grazie a un approccio integrato che combina la simulazione CFD, l’analisi energetica e l’ottimizzazione del flusso di calore, aiutiamo gli operatori dei data center a implementare soluzioni di raffreddamento sostenibili e ad alte prestazioni, in grado di soddisfare gli attuali requisiti di sicurezza termica e di performance.
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Il problema del raffreddamento dei data center
Produzione di calore da parte delle apparecchiature IT
I data center sono infrastrutture essenziali nel mondo digitale e ospitano una moltitudine di server e apparecchiature informatiche che funzionano continuamente. Questa attività incessante genera una notevole quantità di calore.
Ogni componente elettronico, che si tratti di processori, moduli di memoria ounità di archiviazione, genera calore durante il funzionamento. Questo calore è il risultato delle perdite di energia insite nei processi di calcolo e di elaborazione dei dati.
La densità di potenza dei moderni data center può raggiungere diversi kilowatt per metro quadro, con un conseguente elevato rendimento termico. Secondo uno studio, i data center consumano fino a 50 volte più energia per unità di superficie rispetto a un edificio commerciale standard. Nel 2017, il loro consumo ha rappresentato il 19% del consumo globale nel settore digitale. Questo consumo energetico si traduce direttamente in emissioni di calore proporzionali.
Le conseguenze di una cattiva gestione termica
Una gestione termica inadeguata in un data center può avere ripercussioni importanti sulle apparecchiature e sull’intera infrastruttura. Le principali conseguenze includono:
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Surriscaldamento dei componenti elettronici: una temperatura eccessiva può causare malfunzionamenti, errori di calcolo e, infine, guasti all’hardware. I componenti elettronici sono progettati per funzionare entro uno specifico intervallo di temperatura; il superamento di questi limiti ne riduce l’affidabilità e le prestazioni.
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Aumento del consumo energetico: i sistemi di raffreddamento devono compensare qualsiasi aumento incontrollato della temperatura, il che aumenta il loro carico di lavoro e, di conseguenza, il consumo energetico. Si stima che i sistemi di raffreddamento rappresentino quasi il 40% del consumo energetico totale di un data center.
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Riduzione della durata delle apparecchiature: L’esposizione prolungata alle alte temperature accelera l’invecchiamento dei componenti elettronici, riducendone la vita operativa e aumentando i costi di sostituzione e manutenzione.
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Aumento dei costi operativi: oltre ai costi energetici aggiuntivi, una cattiva gestione termica può comportare costi associati a interruzioni del servizio, riparazioni impreviste e necessità di investire in soluzioni di raffreddamento più efficienti.
Gli obiettivi di un sistema di raffreddamento efficiente
Per garantire il buon funzionamento dei data center e ottimizzarne le prestazioni, un sistema di raffreddamento efficiente deve soddisfare i seguenti obiettivi:
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Mantenere una temperatura stabile e uniforme: mantenere una temperatura ambiente ottimale, generalmente compresa tra 18 e 27°C, è fondamentale per garantire il corretto funzionamento delle apparecchiature. Una distribuzione uniforme della temperatura evita i punti caldi che potrebbero causare guasti alle apparecchiature.
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Ottimizzazione dell’efficienza energetica: la riduzione del consumo energetico dei sistemi di raffreddamento è essenziale per ridurre i costi operativi e l’impronta di carbonio del data center. L’adozione di tecnologie di raffreddamento avanzate, come il free cooling o il raffreddamento a liquido, può contribuire a questa ottimizzazione.
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Riduzione dell’impronta ambientale: riducendo al minimo l’uso di risorse naturali come l’acqua e l’energia, i data center possono ridurre il loro impatto ambientale. Ad esempio, recuperare e utilizzare il calore in eccesso per riscaldare gli edifici adiacenti è un approccio sostenibile.
La gestione termica dei data center è quindi una questione cruciale che ne influenza direttamente le prestazioni, la sostenibilità e l’impatto ambientale.
L ‘implementazione di sistemi di raffreddamento adeguati ed efficienti è essenziale per affrontare le sfide poste dalla crescente densità energetica delle infrastrutture digitali.
Principi di base del raffreddamento dei data center
La necessità di un raffreddamento adeguato
I data center sono infrastrutture essenziali per l’archiviazione e l’elaborazione dei dati digitali. Il loro funzionamento continuo genera una quantità significativa di calore, soprattutto a causa dell’alta densità di apparecchiature IT. Una gestione termica efficace è quindi fondamentale per garantire le prestazioni, l’affidabilità e la longevità di queste apparecchiature.
Meccanismi di trasferimento del calore: conduzione, convezione e irraggiamento
La dissipazione del calore in un data center si basa su tre meccanismi fondamentali:
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Conduzione: questo processo prevede il trasferimento di calore attraverso materiali solidi, come i componenti elettronici e le strutture fisiche dei server. Il calore si diffonde dalle aree ad alta temperatura a quelle a bassa temperatura per contatto diretto.
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Convezione: questo meccanismo prevede il movimento del calore tramite fluidi, solitamente aria, che circolano intorno alle apparecchiature. In un data center, l’aria calda generata dai server viene evacuata e sostituita daaria più fredda, rendendo più facile il raffreddamento dei componenti.
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Radiazioni: Le superfici calde delle apparecchiature emettonoenergia termica sotto forma di radiazioni infrarosse. Sebbene questa modalità di trasferimento sia meno predominante rispetto alla conduzione e alla convezione, contribuisce comunque alla dissipazione complessiva del calore.
Organizzazione dei flussi d'aria: separazione dei corridoi caldi da quelli freddi
Una strategia comune per ottimizzare il raffreddamento nei data center è quella diorganizzarli in corridoi caldi e freddi. Questa configurazione mira a separare i flussi di aria calda e fredda per evitare che si mescolino, migliorando così l’efficienza del sistema di raffreddamento.
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Corridoi freddi: sono costituiti dalla parte anteriore dei rack dei server, dove l’aria fresca viene soffiata per raffreddare le apparecchiature.
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Corridoi caldi: situati nella parte posteriore dei rack, raccolgono l’aria calda espulsa dai server dopo il raffreddamento.
Centro dati confinato in corridoio caldo / corridoio freddo
Alternando questi corridoi e confinandoli con barriere fisiche o sistemi di contenimento, limitiamo la miscelazione dei flussi d’aria. Questo aiuta a mantenere temperature più basse agliingressi dei server e riduce il carico dei sistemi di condizionamento dell’aria. Inoltre, l’uso di pavimenti sopraelevati con lastre perforate può facilitare la distribuzione uniforme dell’aria fredda nei corridoi freddi.
Temperature e umidità consigliate nella sala dati
Il mantenimento di condizioni ambientali adeguate è essenziale per garantire il buon funzionamento e la durata delle apparecchiature informatiche. L‘ASHRAE(American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) fornisce linee guida specifiche a questo proposito.
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Temperatura:ASHRAE raccomanda un intervallo di temperatura compreso tra 18°C e 27°C per le apparecchiature di classe A1 e A4. Questo intervallo è pensato per bilanciare l’efficienza energetica e l’affidabilità delle apparecchiature.
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Umidità relativa: un’umidità troppo bassa può causare scariche elettrostatiche, mentre un’umidità troppo alta può causare condensa e corrodere i componenti.ASHRAE suggerisce di mantenere l’umidità relativa tra il 20% e l’80%, con un punto di rugiada massimo di 22°C.
È importante notare che queste raccomandazioni possono variare a seconda delle caratteristiche specifiche dell’apparecchiatura e dei requisiti operativi. Di conseguenza, il monitoraggio continuo delle condizioni ambientali, tramite sensori e sistemi di gestione, è essenziale per individuare e correggere rapidamente qualsiasi deriva.
Comprendere i principi fondamentali del trasferimento di calore,organizzare strategicamente i flussi d’aria e mantenere condizioni ambientali ottimali sono elementi chiave per garantire l’efficienza energetica e l’affidabilità dei data center.
Sistemi di raffreddamento nella sala computer
Aria condizionata con unità CRAC e CRAH
Le unità CRAC(Computer Room Air Conditioner) e CRAH(Computer Room Air Handler) sono comunemente utilizzate per raffreddare i data center.
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Unità CRAC: questi sistemi funzionano in modo simile ai condizionatori d’aria domestici. Utilizzano un compressore e un refrigerante per raffreddare l’aria ambiente. L’aria calda viene aspirata, raffreddata passando su una serpentina contenente il refrigerante e poi ridistribuita nella sala computer. Le unità CRAC sono generalmente autonome e non richiedono complessi collegamenti esterni. Sono particolarmente adatti ai data center di piccole e medie dimensioni, con carichi IT inferiori a 200 kW.
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Unità CRAH: a differenza dei CRAC, le unità CRAH non utilizzano un compressore. Sono dotate di ventole e serpentine raffreddate da acqua refrigerata proveniente da un sistema di produzione esterno. L’aria calda viene aspirata, fatta passare sulle serpentine raffreddate e poi restituita alla stanza a una temperatura inferiore. Le unità CRAH sono più efficienti dal punto di vista energetico perché utilizzano un sistema di raffreddamento centralizzato. Sono adatti ai data center più grandi, con carichi IT superiori a 200 kW.
Pavimenti sopraelevati e gestione dei flussi
L’uso di pavimenti rialzati è una pratica comune nella progettazione dei data center per ottimizzare la circolazione dell’aria e migliorare l’efficienza del raffreddamento.
Questi pavimenti sono costituiti da lastre modulari posate su una struttura metallica, creando uno spazio vuoto tra il pavimento originale e il pavimento. Questo spazio, chiamato plenum, funge da condotto per la distribuzione dell’aria refrigerata.
Per quanto riguarda la gestione del flusso d’aria, l’aria fredda viene incanalata sotto il pavimento sopraelevato e distribuita nei corridoi freddi attraverso piastrelle o griglie perforate. Le apparecchiature IT aspirano l’aria fredda per raffreddare i loro componenti interni, quindi respingono l’aria calda nei corridoi caldi. L’aria calda viene poi catturata dalle unità CRAC o CRAH e raffreddata nuovamente. Questa separazione tra corridoi caldi e freddi riduce al minimo la miscelazione dei flussi d’aria, migliorando l’efficienza energetica del sistema di raffreddamento.
Circuiti di raffreddamento e dissipazione del calore nei data center
Refrigeratori e sistemi di acqua refrigerata
I refrigeratori e i sistemi ad acqua refrigerata svolgono un ruolo centrale nel raffreddamento dei data center, in particolare per le installazioni su larga scala.
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Refrigeratori: questi dispositivi termodinamici produconoacqua refrigerata utilizzando un ciclo di compressione ed espansione del refrigerante. L’acqua viene raffreddata a una temperatura generalmente compresa tra i 6°C e i 12°C e poi inviata alle unità di trattamento dell’aria (UTA ) o ad altri scambiatori di calore per abbassare la temperatura dell’aria ambiente. I refrigeratori possono essere dotati di sistemi di free-cooling che consentono diutilizzare l’aria esterna quando le condizioni climatiche sono favorevoli, riducendo così il consumo energetico.
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Sistemi ad acqua refrigerata: in questo tipo di sistema, l’acqua refrigerata prodotta dai refrigeratori circola attraverso una rete di tubi per alimentare le unità CRAH o i condizionatori d’aria nelle file (InRow). Questi ultimi sono installati in prossimità dei rack dei server e forniscono un raffreddamento mirato ed efficiente. Dopo aver assorbito il calore dalle apparecchiature, l’acqua ritorna ai refrigeratori per essere nuovamente raffreddata. Questo ciclo chiuso garantisce una dissipazione del calore continua e controllata.
Questi sistemi di raffreddamento convenzionali sono essenziali per mantenere condizioni termiche ottimali nei data center. La loro scelta e implementazione dipende da diversi fattori, come le dimensioni dell’installazione, la densità di potenza, i vincoli di budget e gli obiettivi di efficienza energetica.
Free cooling: utilizzo di aria esterna e scambiatori di calore
Il free cooling sfrutta le condizioni climatiche esterne per raffreddare i data center, riducendo la dipendenza dai tradizionali sistemi di raffreddamento meccanico. Questo approccio può essere implementato in due modi:
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Free cooling diretto: quando l’aria esterna è sufficientemente fredda, viene filtrata per rimuovere le particelle indesiderate e immessa direttamente nelle sale server. Questo metodo è efficace quando la temperatura esterna è inferiore alla temperatura interna desiderata, in genere intorno ai 25°C. Tuttavia, richiede un monitoraggio rigoroso della qualità e dell’umidità dell’aria per evitare qualsiasi impatto negativo sulle apparecchiature.
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Free cooling indiretto: in questa configurazione, l’aria esterna raffredda un fluido intermedio (come l’acqua) attraverso uno scambiatore di calore. Questo fluido circola poi all’interno del data center per assorbire il calore dalle apparecchiature senza che l’aria esterna entri in contatto diretto con l’ambiente interno. Questo metodo consente di controllare meglio l’umidità e la qualità dell’aria e di godere dei vantaggi energetici del free cooling.
L’efficacia del free cooling dipende molto dalle condizioni climatiche locali. Nelle regioni con inverni rigidi, questa tecnica può coprire gran parte del fabbisogno di raffreddamento, mentre nei climi più caldi il suo utilizzo sarà più limitato.
Raffreddamento adiabatico ed evaporazione
Il raffreddamento adiabatico si basa sul principio dell’evaporazione dell’acqua, che assorbe il calore dell’aria ambiente riducendone la temperatura. In un data center, questa tecnica viene implementataumidificando l’aria in entrata o attraverso scambiatori di calore adiabatici, dove l’evaporazione dell’acqua raffredda un fluido in circolazione.
Questo processo è particolarmente efficace nei climi secchi, dove l’aria ha un ‘elevata capacità di assorbire l’umidità, ottimizzando il raffreddamento.
Riducendo il ricorso ai refrigeratori e ai sistemi di condizionamento meccanici, riduce il consumo energetico emigliora il PUE(Power Usage Effectiveness) del data center.
Tuttavia, la sua efficacia diminuisce quandol’umidità ambientale è elevata, limitando la sua utilità in alcune regioni.
Una delle sfide principali del raffreddamento adiabatico è la gestione dell’umidità. Un ‘eccessiva umidità nell’aria può portare alla formazione di condensa, che si ripercuote sulle apparecchiature informatiche e aumenta il rischio di corrosione dei componenti elettronici. Di conseguenza, è necessario un controllo preciso dell’umidità per evitare qualsiasi squilibrio termico.
Un altro aspetto da tenere in considerazione è il consumo di acqua, che può essere significativo a seconda della configurazione del sistema. Questo maggiore utilizzo di acqua solleva questioni ambientali e normative, in particolare in relazione alle ICPE(Installations Classées pour la Protection de l’Environnement) e al rischio di TAR(Taxe sur les Activités Polluantes liées aux Rejets d’Eau). Questi vincoli richiedono una gestione rigorosa dei rifiuti e del trattamento delle acque, nonché il rispetto delle normative locali, rendendo il raffreddamento adiabatico adatto solo in determinate condizioni ben controllate.
Soluzioni avanzate e innovazioni per il raffreddamento dei data center
Raffreddamento ibrido: combinazione aria/acqua
I sistemi di raffreddamento ibridi combinano i vantaggi del free cooling e dei sistemi di raffreddamento meccanico per ottimizzare l’efficienza energetica. Ad esempio, un sistema ibrido può utilizzare il free cooling quando le condizioni esterne sono favorevoli e passare al raffreddamento meccanico quando la temperatura esterna aumenta. Questa flessibilità riduce il consumo energetico e garantisce una temperatura stabile all’interno del data center.
Un altro esempio di sistema ibrido è l’utilizzo di refrigeratori adiabatici combinati con unità di raffreddamento meccanico. In questo caso, l’aria viene prima raffreddata per evaporazione, poi un sistema meccanico regola la temperatura per raggiungere i livelli desiderati. Questo approccio riduce il carico sui sistemi meccanici, prolungandone la durata e riducendo i costi operativi.
Raffreddamento a liquido: immersione e contatto diretto
Con l’aumento della densità di potenza delle apparecchiature IT, il raffreddamento ad aria sta raggiungendo i suoi limiti in termini di efficienza. Il raffreddamento a liquido offre un’alternativa utilizzando dei fluidi per assorbire il calore direttamente dai componenti. Vengono utilizzati due metodi principali:
- Raffreddamento a immersione: i server o i componenti vengono immersi in un liquido dielettrico non conduttivo. Questo liquido assorbe il calore generato, che viene poi dissipato tramite scambiatori di calore. Questo metodo elimina la necessità di ventole e riduce notevolmente il rumore e il consumo di energia associati al raffreddamento. Inoltre, consente una maggiore densità di potenza, ottimizzando lo spazio disponibile.
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Raffreddamento diretto al chip: le piastre fredde vengono installate direttamente sui componenti critici, come i processori. Un fluido circola attraverso queste piastre, assorbendo il calore e trasportandolo a uno scambiatore di calore. Questo approccio offre un controllo preciso della temperatura dei componenti chiave e può essere integrato nelle infrastrutture esistenti con modifiche minime.
Il raffreddamento a liquido offre vantaggi significativi in termini diefficienza termica e riduzione del consumo energetico. Tuttavia, richiede un investimento iniziale più elevato e una manutenzione specializzata per gestire i fluidi e garantire l’impermeabilità dei sistemi.
Raffreddamento on-chip e tecnologie emergenti
Il raffreddamentodiretto al chip è una tecnica avanzata in cui i microcanali sono integrati direttamente nei chip o nei moduli del processore. Un fluido di raffreddamento circola attraverso questi microcanali, assorbendo il calore alla fonte stessa della sua generazione. Questo metodo offre una dissipazione del calore estremamente efficiente, essenziale per le applicazioni ad alte prestazioni come il calcolo intensivo o i server dedicati all’intelligenza artificiale.
Le tecnologie emergenti includono anche i sistemi di raffreddamento bifase, in cui il fluido di raffreddamento cambia stato mentre assorbe il calore, offrendo una capacità di dissipazione del calore superiore. Inoltre, sono in corso ricerche per sviluppare materiali a cambiamento di fase e nanofluidi.
Analisi comparativa dei metodi di raffreddamento
Scegliere il metodo di raffreddamento migliore
L’efficienza energetica e l’impatto ambientale dei data center dipendono in gran parte dai sistemi di raffreddamento utilizzati. Questa sezione analizza i diversi metodi di raffreddamento in base a criteri quali l’efficacia di utilizzo dell’energia (PUE), il consumo energetico, l’impronta ecologica, i vincoli tecnici, i costi associati e la sicurezza.
Sicurezza e affidabilità dei sistemi di raffreddamento
Avvertenza di sicurezza :
La sicurezza è un criterio fondamentale nella gestione di un data center, dove qualsiasi guasto, surriscaldamento o malfunzionamento può portare a costose interruzioni del servizio e mettere a rischio l’integrità dei dati. La scelta del sistema di raffreddamento deve quindi garantire l’affidabilità delle apparecchiature e limitare i rischi associati a malfunzionamenti termici.
Uno dei rischi principali è il surriscaldamento dei componenti, che può portare a un degrado prematuro delle apparecchiature e causare arresti imprevisti. Una temperatura eccessiva può portareun server all’arresto o, nel peggiore dei casi, danneggiare in modo irreversibile parti sensibili come i processori o le unità di archiviazione. Per evitare questi incidenti, i sistemi di raffreddamento devono essere progettati con meccanismi di ridondanza, che consentano di compensare qualsiasi guasto attivando un circuito di riserva.
Oltre alla gestione termica, è necessario tenere conto dei rischi associati alle perdite di liquido, in particolare nei sistemi di raffreddamento a liquido. L’introduzione del liquido di trasferimento del calore in prossimità di componenti elettronici richiede un monitoraggio rigoroso e infrastrutture adeguate per evitare incidenti. I sensori di perdita e i sistemi di contenimento sono spesso integrati per rilevare qualsiasi anomalia edevitare che il liquido danneggi le apparecchiature sensibili.
Simulazione dell'aumento di temperatura - Studio di rilevazione incendi
Confronto dei rischi:
I metodi di raffreddamento ad aria, sebbene meno efficienti dal punto di vista energetico, presentano un rischio minore per la sicurezza.Evitano l’esposizione diretta dei server ai liquidi e riducono il rischio di incidenti dovuti a guasti meccanici. Tuttavia, richiedono una manutenzione regolare dei filtri e dei sistemi di ventilazione per evitare l’accumulo di polvere e garantire una circolazione ottimale dell’aria.
Infine, le tecnologie emergenti come il raffreddamento adiabatico e il free cooling devono essere valutate in termini di impatto sulla sicurezza complessiva del data center. L‘aumento dei livelli di umidità dovuto al raffreddamento evaporativo può comportare rischi di condensa, che devono essere gestiti attraverso dispositivi di controllo dell’umidità. Allo stesso modo, l’utilizzo di aria esterna per il free cooling richiede un maggiore monitoraggio della qualità dell’aria per evitare l’infiltrazione di particelle e inquinanti che potrebbero danneggiare i componenti interni.
Criteri di prestazione energetica
Il Power Usage Effectiveness (PUE) è l’indicatore principale per misurare l’efficienza energetica di un data center. Si calcola dividendo il consumo energetico totale del data center per l’energia utilizzata esclusivamente dalle apparecchiature IT. Un PUE di 1,0 indica un’efficienza ottimale, in cui tutta l’energia è dedicata alle apparecchiature IT. In Francia, il PUE medio è di 1,36, il che significa che una parte significativa dell’energia viene consumata dai sistemi ausiliari, in particolare dal raffreddamento.
I diversi metodi di raffreddamento hanno un’influenza diretta sul PUE:
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Raffreddamento ad aria: tradizionalmente utilizzato, può comportare un PUE più elevato a causa del consumo energetico di condizionatori e ventilatori.
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Raffreddamento a liquido: questo metodo consente di dissipare il calore in modo più efficiente, riducendo la necessità di sistemi di condizionamento dell’aria ad alto consumo energetico. Gli studi dimostrano che l’introduzione del raffreddamento a liquido può migliorare il PUE di oltre il 15%.
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Free cooling: utilizzando l’aria esterna quando le condizioni climatiche lo permettono, questa tecnica riduce notevolmente il consumo energetico legato al raffreddamento, migliorando così il PUE.
Impatto ambientale
L’impronta ecologica dei data center è fortemente influenzata dal loro consumo di energia eacqua. I sistemi di raffreddamento svolgono un ruolo cruciale in questo senso:
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Consumo energetico: i tradizionali sistemi di raffreddamento ad aria consumano molta energia, contribuendo ad aumentare l’impronta di carbonio. Al contrario, soluzioni come il raffreddamento a liquido o il free cooling consumano meno energia, riducendo le emissioni di gas serra.
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Consumo di acqua: alcune tecniche, come il raffreddamento adiabatico, utilizzano l’acqua per raffreddare l’aria. Sebbene questo metodo sia efficiente dal punto di vista energetico, aumenta il consumo di acqua, il che può essere problematico nelle regioni in cui questa risorsa è limitata.
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Riciclaggio del calore: alcuni impianti recuperano il calore generato per riscaldare gli edifici adiacenti, migliorando l’efficienza energetica complessiva e riducendo l’impatto ambientale.
Illustrazione di pennacchi termici in diversi edifici di data center, durante un'ondata di calore e durante un riavvio di emergenza di sistemi di tipo generatore.
Vincoli e limitazioni tecniche
Una scelta strategica influenzata da diversi fattori:
Ogni metodo di raffreddamento utilizzato nei data center presenta vantaggi specifici, ma anche vincoli e limitazioni tecniche che è fondamentale prendere in considerazione prima di implementarli. La scelta del sistema dipende da molti fattori, tra cui la configurazione del data center, le condizioni climatiche locali, i costi di installazione e di gestione e i requisiti di efficienza energetica.
Raffreddamento ad aria, una soluzione collaudata ma dispendiosa dal punto di vista energetico:
Il raffreddamento ad aria, storicamente il metodo più diffuso, si basa sull’utilizzo di condizionatori o sistemi di circolazione forzata dell’aria per rimuovere il calore generato dai server. Il suo principale vantaggio risiede nell’affidabilità e nell’accessibilità, poiché si tratta di una tecnologia collaudata, ampiamente diffusa e relativamente semplice da installare. Inoltre, i costi di installazione iniziali sono moderati, il che la rende una soluzione interessante per le infrastrutture di piccole e medie dimensioni.
Tuttavia, questo approccio presenta notevoli limiti, non ultimo la ridotta efficienza termica quando si tratta di raffreddare apparecchiature ad alta densità. Maggiore è il carico informatico, maggiore è la richiesta del sistema di raffreddamento ad aria, con un conseguente aumento significativo del consumo energetico. Questa dipendenza dai sistemi di ventilazione meccanica e di condizionamento dell’aria ha un impatto diretto sull’impronta di carbonio e sui costi operativi dei data center.
Raffreddamento a liquido, efficienza termica ottimale, ma costo elevato:
Alla luce di queste limitazioni, il raffreddamento a liquido si sta affermando come un’alternativa più efficiente, in particolare per le infrastrutture ad alta densità di calcolo. Questo processo, che prevede l’utilizzo di un fluido termovettore per assorbire il calore direttamente dai componenti, offre un ‘efficienza termica molto maggiore rispetto al raffreddamento ad aria. Non solomigliora la dissipazione del calore, ma riduce anche il consumo energetico complessivo, poiché la circolazione di liquidi termicamente conduttivi è più efficiente dell’aria nel trasferire il calore.
Inoltre, alcune strutture utilizzano il calore di scarto per alimentare altri sistemi, come il teleriscaldamento, ottimizzando così l’efficienza energetica dell’interainfrastruttura.
Tuttavia, questa tecnologia presenta anche sfide significative. I costi di installazione sono notevolmente più elevati, a causa delle infrastrutture specifiche necessarie per la circolazione e la gestione dei fluidi. Inoltre, la manutenzione di questi sistemi è più complessa rispetto a quella delle soluzioni ad aria e i rischi di perdite di liquido devono essere rigorosamente controllati per evitare danni alle apparecchiature elettroniche sensibili.
Raffreddamento libero, dipendente dalle condizioni climatiche:
Il free cooling, dal canto suo, è una soluzione interessante per ridurre il consumo energetico legato al raffreddamento, sfruttando direttamente l’aria esterna quando le condizioni climatiche lo consentono. Questo sistema limita l’uso di dispositivi meccanici ad alto consumo energetico, con un conseguente miglioramento dell’efficacia di utilizzo dell’energia (PUE) e una riduzione dei costi operativi.
Tuttavia, la sua efficacia dipende in larga misura dalle caratteristiche climatiche dell’ubicazione del data center. Nelle regioni in cui le temperature esterne sono troppo elevate per gran parte dell’anno, ilcontributo del free cooling è limitato e richiede l’integrazione di altri sistemi di raffreddamento per garantire la continuità del servizio.
Inoltre, questo processo richiede l’installazione di sistemi di filtraggio avanzati per evitare che particelle e contaminanti entrino nelle sale computer, il che può renderne più complessa l’implementazione.
Raffreddamento adiabatico, consumo di acqua da monitorare:
Infine, il raffreddamento adiabatico rappresenta un’alternativa che combina efficienza energetica e costi operativi ridotti. Basato sull’evaporazione dell’acqua per raffreddare l’aria ambiente, questo sistema offre prestazioni eccellenti, soprattutto in ambienti secchi dove l’effetto di raffreddamento è ottimizzato.
Il suo principale vantaggio è il basso consumo energetico, che lo rende una soluzione interessante per ridurre l’impronta di carbonio dei data center.
Tuttavia, questa tecnologia si basa sull’uso dell’acqua, il che solleva questioni in termini di gestione delle risorse idriche, in particolare nelle regioni soggette a restrizioni idriche.
Inoltre, la sua efficacia diminuisce quandol’umidità ambientale è troppo alta, il che limita la sua diffusione in alcune aree geografiche.
Tabella di confronto
La seguente tabella riassume le caratteristiche principali dei diversi metodi di raffreddamento :
In breve, ogni metodo di raffreddamento presenta un equilibrio tra prestazioni, costi e vincoli operativi. La scelta della soluzione ottimale dipende dalle esigenze specifiche del data center, dalle condizioni ambientali e dagli obiettivi in termini di sostenibilità edefficienza energetica.
Ottimizzare il raffreddamento dei data center con EOLIOS
Un approccio globale per ottimizzare il raffreddamento dei data center
L‘ottimizzazione dei sistemi di raffreddamento è una questione fondamentale per i moderni data center, dove l’efficienza energetica e la gestione termica hanno un impatto diretto sui costi operativi, sulla sostenibilità dell’infrastruttura e sull’impatto ambientale.
Permigliorare le prestazioni degli impianti, EOLIOS supporta gli operatori del settore offrendo un approccio integrato basato su strumenti di simulazione digitale avanzati come il CFD (Computational Fluid Dynamics).
Questa tecnologia permette dianalizzare eottimizzare la dissipazione del caloreall’interno delle sale computer, nonché l’evacuazione del calore verso l’esterno, garantendo un raffreddamento più efficiente e sicuro.
Ridurre i consumi energetici ottimizzando i flussi di calore
Uno dei modi principali per migliorare l’efficienza energetica dei data center èottimizzare il flusso d’aria e di caloreall’interno delle sale IT. Una cattiva gestione del flusso d’aria può portare alla formazione di punti caldi, che richiedono un consumo energetico eccessivo per compensare gli squilibri termici.
EOLIOS interviene realizzando studi CFD interni, che permettono di mappare con precisione la circolazione dell’aria e diindividuare le inefficienze dei sistemi di raffreddamento.
Queste analisi possono essere utilizzate per implementare una serie di azioni:
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Ottimizzazione dei corridoi caldi e freddi per limitare il ricircolo dell’aria calda e migliorare la distribuzione del raffreddamento.
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Migliorare la disposizione delle unità CRAC e CRAH in linea con gli effettivi requisiti delle apparecchiature IT.
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Identificazione dei punti caldi e raccomandazioni per mitigarli attraverso una migliore gestione del flusso d’aria.
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Integrazione di soluzioni di contenimento dell’aria, come separatori fisici tra corridoi caldi e freddi o pavimenti perforati per una migliore distribuzione del raffreddamento.
Queste azioni riducono in modo significativo il consumo di elettricità dei sistemi di condizionamento, massimizzando l’efficienza di raffreddamento e limitando il sovraccarico termico delle apparecchiature IT.
Dissipazione del calore interno mediante simulazione CFD
In un data center, il calore rilasciato dai server deve essere rimosso in modo efficiente per mantenere una temperatura stabile ed evitare il rischio di guasti.
EOLIOS esegue internamente simulazioni CFD che consentono di visualizzare in modo dettagliato i flussi di calore e i gradienti termici all’interno delle sale computer.
Queste analisi forniscono una comprensione approfondita del comportamento termico delle infrastrutture e consentono diottimizzare una serie di aspetti chiave:
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Riduzione del ricircolo dell’aria calda, che ha un impatto negativo sull’efficienza di raffreddamento.
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Convalida e ottimizzazione dei sistemi di raffreddamento, testando virtualmente diversi scenari prima dell’implementazione.
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Miglioramento delle prestazioni delle unità di trattamento dell’aria, regolando la loro configurazione per una dissipazione del calore più uniforme.
L’uso di simulazioni CFD garantisce che le decisioni si basino su dati precisi e affidabili, consentendo di ridurre i costi energetici e di migliorare l’affidabilità e la sicurezza delle infrastrutture IT.
Dissipazione del calore esterno e impatto ambientale
L’evacuazione del calore prodotto dai data center non si limita alla gestione interna delle sale IT. Una volta estratto dalle apparecchiature informatiche, il calore deve essere dissipato in modo efficiente verso l‘esterno per evitare accumuli termici che potrebberocompromettere le prestazioni dei sistemi di raffreddamento.
EOLIOS effettua simulazioni CFD esterne perottimizzare la dissipazione del calore delle infrastrutture tenendo conto di diversi fattori ambientali:
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Studio degli scarichi di calore verso l’ambiente esterno, per evitare l’accumulo di calore intorno agli edifici.
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Ottimizzare la posizione degli scambiatori di calore e dei refrigeratori permigliorare la dispersione del calore e limitare l’impatto sui sistemi di ventilazione.
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Analisi dei flussi d’aria esterna per minimizzare gli effetti di ricircolo e massimizzare l’efficienza dei sistemi di raffreddamento passivo come il free cooling.
Incorporando queste analisi CFD nella progettazione e nelfunzionamento dei data center, è possibile ridurre l’impatto ambientale delle strutture e migliorare la loro efficienza termica complessiva.
Sicurezza dell'infrastruttura grazie alla gestione termica avanzata
Oltre a migliorare semplicemente l’efficienza energetica, la sicurezza termica è un problema importante nei data center. Una gestione inefficace del raffreddamento può causare guasti, perdita di dati e costose interruzioni del servizio.
EOLIOS incorpora la sicurezza termica come parametro chiave nei suoi studi CFD, rendendo possibileanticipare e prevenire i rischi associati ai malfunzionamenti del sistema di raffreddamento. Grazie a simulazioni accurate, è possibile :
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Identificare i potenziali punti di guasto legati alle variazioni di temperatura.
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Valutare l’impatto di un malfunzionamento del sistema di raffreddamento, in modo da implementare soluzioni di ridondanza adeguate.
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Ottimizza la gestione del flusso d’aria in caso di interruzione parziale dell’alimentazione, perevitare che le apparecchiaturesi riscaldino rapidamente.
Queste analisi forniscono agli operatori dei data center una visione predittiva dei rischi termici e consentono loro di implementare strategie di gestione proattiva per garantire la continuità del servizio e proteggere le apparecchiature critiche.
Verso data center più efficienti e sostenibili
Grazie a un approccio che combina analisi energetica, simulazione CFD interna ed esterna e ottimizzazione della sicurezza, EOLIOS è in grado di aiutare gli operatori del settore a trovare soluzioni di raffreddamento più efficienti e sostenibili.
Integrando questi strumenti di ingegneria avanzata nella fase di progettazione o durante la fase operativa, è possibile :
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Ridurre il consumo energetico e migliorare il PUE delle infrastrutture.
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Ottimizza la disposizione delle apparecchiature di raffreddamento per massimizzare l’efficienza.
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Limitare l’impatto ambientale del calore residuo controllando la dissipazione del calore.
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Aumenta la sicurezza degli impianti anticipando i guasti termici.
L‘ottimizzazione termica dei data center non si limita più a una semplice scelta tecnologica. Grazie agli studi CFD e all’esperienza di EOLIOS, gli operatori possono trasformare la gestione termica in una leva di efficienza e performance, garantendo un funzionamento ottimale e sicuro delle loro infrastrutture IT.
