Modulo 7 Free cooling e recupero del calore

1. Modulo 7Free cooling e recupero del calore Versione 1.022 Settembre 2011

2. Free cooling, free cooling ad aria, free cooling a liquido Free cooling e localizzazionegeografica

3. Free cooling • Il "Free cooling" è una tecnica che fornisce il raffreddamento mediante l'uso del basso livello di temperature esterne di aria / acqua rispetto alle condizioni interne richieste; • Più bassa è la temperatura media esterna durante l'anno, maggiori sono le possibilità di free cooling e il livello di efficienza; • La strategia di free cooling propone fondamentalmente due opzioni che non richiedono refrigerazione: • Raffreddamento con aria ambiente; • Raffreddamento con acqua a temperatura ambiente.

4. Free cooling ad aria • Il potenziale di “free cooling ad aria" è superiore per alcuni in quanto l'aria è disponibile in quantità illimitata e a temperature più elevate; • Altri tuttavia indicano che il " free cooling ad aria " dovrebbe essere applicato con una certa cautela; • Non è consigliato l'uso di economizzatori standard senza analizzare le condizioni climatiche locali (temperatura e umidità fluttuazione) e i possibili inquinanti nell'aria; • Tuttavia l'uso di scambiatori di calore acqua / aria è generalmente consigliato per climi dove la temperatura di bulbo umido è inferiore a 13 ° C per circa 3000 ore / anno.

5. Free cooling a liquido • Il free cooling a liquido comporta l’installazione di un sistema di scambio termico; • Il compressore viene raffreddato attraverso un circuito a liquido con scambiatore di calore situato all’esterno; • Uno scambiatore di calore supplementare è collegato ad un evaporatore, che è anche collegato al circuito del liquido; • L'unità può funzionare sia come un sistema di raffreddamento standard sia in free cooling in condizioni bassa temperatura dell’aria ambiente; • è possibile il raffreddamento combinato utilizzando free cooling e compressore.

6. Localizzazionegeografica per il free cooling a liquido Fonte: http://cooling.thegreengrid.org/europe/WEB_APP/calc_index_EU.html

7. Localizzazionegeografica per il free cooling ad aria Fonte: http://cooling.thegreengrid.org/europe/WEB_APP/calc_index_EU.html

8. Free cooling ad aria • Uso diretto di aria fresca quando la temperatura esterna è inferiore al livello massimo definito; • Un sistema di ricircolo dell'aria viene utilizzato per miscelare aria esterna al fine di ottenere le condizioni richieste per l'aria in ingresso; • L’aria esterna deve essere analizzata e condizionata (ad esempio filtrata), inquinamento, umidità e condensa potrebbero essere possibili problematiche per le apparecchiature IT. Ventilatore HP per free cooling ad aria Fonte: www.datacenterknowledge.com

9. Free cooling ad aria HP free cooling ad aria, da: Cooling strategies for IT equipment - HP

10. Free cooling ad ariaConcentrazionediinquinanti • La figura mostra una mappa della concentrazione di sostanze inquinanti in Europa per il 2008; • La concentrazione degli inquinanti in alcune località è considerata come una barriera per l'utilizzo del free cooling ad aria: l'uso e la manutenzione di filtri sono spesso obbligatori;

11. Free cooling ad acqua (usodirettodiacqua) Free cooling indiretto con l'uso diretto di economizzatore lato acqua Da: ASHRAE Saveenergynowpresentation, 2009

12. Free cooling ad acqua (usodirettodiacqua) • Il free cooling ad acqua usa l'aria esterna per il raffreddamento diretto dei liquidi di raffreddamento; • Tipicamente le torri di raffreddamento sono il principale sistema utilizzato in questo approccio; • Un scambiatore di calore supplementare / aerorefrigerato, è connesso direttamente o indirettamente; • L'approccio spesso coinvolge un raffreddamento direttamente a rack. La temperatura più alta in questo caso per i liquidi e un delta T minore consentono un elevato risparmio evitando in quasi tutti i casi l'utilizzo di chiller; • In un sistema diretto a condensazione diretta l’acqua viene fatta circolare direttamente attraverso la serpentina di raffreddamento. I sistemi diretti ad acqua più diffusi usano un economizzatore con serpentine indipendenti all'interno dell'unità CRAC per consentire il raffreddamento da uno delle due fonti (free cooling o raffreddamento a compressione).

13. Free cooling ad acqua (usoindirettodiacqua) Free cooling indiretto con l'utilizzo indiretto di economizzatore lato acqua utilizzando uno scambiatore di calore Da: ASHRAE Saveenergynowpresentation, 2009

14. Free cooling ad acqua (usoindirettodiacqua) • In un sistema indiretto uno scambiatore di calore viene aggiunto per separare i circuiti tra condensatore-acqua e acqua-chiller; • Questo sistema è comunemente utilizzato in combinazione con chiller raffreddati ad acqua; • Altra energia è utilizzata per pompare acqua attraverso lo scambiatore di calore

15. Recupero del calorediscarto

16. Recupero del calore di scarto • Anche se il calore di scarto da un data center è a bassa temperatura (aria a 40-45 ° C massimo) rispetto ai processi industriali, è possibile implementare il recupero di calore per massimizzare l'efficienza di tutto il sistema; • A seconda della potenza installata per il raffreddamento è possibile utilizzare il calore espulso da sistemi ad acqua refrigerata per il pre-riscaldamento di altri fluidi (acqua per impianti di riscaldamento di uffici o acqua sanitaria, pompe di calore ad acqua); • Se non è accessibile alcun servizio esterno, può essere implementato per lo stesso data center un sistema che sfrutta il calore, utilizzando il calore di scarto di refrigeratori in un frigorifero ad assorbimento.

17. Recupero del calore di scarto Sistemaavanzatodirecuperodicalorediscarto Intel (Fonte: Intel)

18. Approcci al cooling modulare Tecnologiadiraffreddamentoi ad acqua per sistemi ad altadensitàDa: HP Modular Cooling System

19. Approcci al cooling modulare • Seguendo gli ultimi sviluppi nell’approccio modulare per l'IT e l'alimentazione elettrica, le soluzioni di raffreddamento modulari sono spesso utilizzate in fase di ristrutturazione del data center; • Nei data center esistenti il raffreddamento modulare combina tecniche di raffreddamento differenti, come il livello di rack e il sistema di raffreddamento ad aria; • Il sistema modulare: • previene gli hotspot (il rack ha gradiente di temperatura uniforme); • permette l’alta densità (fino a 35 kW / rack) - con il minimo ingombro; • rispettarrigorosamente le condizioni ambientali richieste (raffreddamento di precisione). • Questa tecnologia può essere utilizzata per eliminare la necessità di sistemi di raffreddamento supplementare nella ristrutturazione dei data center e permette un carico specifico maggiore per rack.

20. Usodellostoccaggiodicalore • L’accumulo termico è un sistema che può essere integrato nel sistema di raffreddamento per gestire condizioni particolari (picchi, interruzioni), con un minor consumo energetico ed eliminando le unità di raffreddamento supplementari (chiller). Fonte: Intel

21. Usodellostoccaggiodicalore • Un sistema di accumulo termico permette l'eliminazione di una o più unità di raffreddamento supplementari. Tipicamente queste servono a coprire i picchi di carico e permettono al chiller di lavorare quando l'aria esterna è ad una temperatura più bassa, quindi con un renbdimento superiore. Possono essere utilizzati sistemi di stoccaggio di freddo per coprire un periodo limitato di funzionamento, ad esempio in caso di guasto del sistema; • Il concetto permette di ridurre il consumo energetico e di aumentare la ridondanza e l'affidabilità del sistema. Di solito il fluido utilizzato è l’acqua. In alcuni casi vengono utilizzati fluidi a cambiamento di fase, utilizzando ghiaccio o altri materiali con cambiamento di fase a temperature inferiori o superiori; • I sistemi di stoccaggio richiedono costi di investimento più elevati e disponibilità di spazio, ma consentono costi operativi inferiori. Una soluzione di accumulo termico nel sistema di raffreddamento dei data center può essere utilizzata anche come base per il riutilizzo del calore di scarto (per riscaldamento o per alimentare una pompa di calore).

22. Esempiedesperienzedibuonepratiche Video del Data Center Free Cooling di Intel IT

23. Video del Data Center Free Cooling di Intel IT • Video del Data Center Free Cooling di Intel IT(5 minutei) • http://www.youtube.com/watch?v=SRn_xW7VtWc

24. Ridurreicostidi un data center con un economizzatorelato aria (Fonte: Intel) La potenza complessiva del trailer è di circa 500 chilowatt (KW) quando si usa l'aria condizionata in entrambi i comparti. Quando si utilizza l'economizzatore, il carico di raffreddamento DX nel vano economizzatore è stato ridotto da 111,78 KW a 28,6 KW, il che rappresenta una riduzione del 74% nel consumo di energia.

25. Ridurreicostidi un data center con un economizzatorelato aria Variazione di temperatura e di umidità nel vano economizzatore aria da gennaio a maggio 2008 (Fonte: Intel)

26. Discussione Domande relative al modulo

27. Domande/discussionerelativa al modulo • Pensi che nella tua località il "free cooling“ sia una buona soluzione di efficienza energetica da prendere in considerazione? • Dal tuo punto di vista qual è la soluzione più adeguata? Raffreddamento ad aria o a liquido? • Perché il modo indiretto fornisce maggiori costi operativi?

28. Suggerimenti per approfondimenti White paper Pubblicazioni online Ecc

29. Suggerimenti per approfondimenti • Data Center Heat Recovery Helps Intel Create Green Facility • www.intel.com/it/pdf/Data-Center-Heat-Recovery.pdf • European Free CoolingTool (The Green Grid) • http://www.thegreengrid.org/en/Global/Content/Tools/EuropeanFreeCoolingTool • Reducing Data Center Cost with an Air Economizer • http://www.intel.com/content/www/us/en/data-center-efficiency/data-center-efficiency-xeon-reducing-data-center-cost-with-air-economizer-brief.html • Free Cooling with data center economizer solutions • http://www.42u.com/cooling/economizers/economizers.htm