Come abbassare il valore medio di PUE abbattendo il consumo energetico del processo di condizionamento?

Oggigiorno il diffuso utilizzo di smartphone, tablet, e computer connessi alla rete rende indispensabile l’esistenza di Data Center e server costantemente in funzione. Perché il raffrescamento delle apparecchiature è così importante nelle telecomunicazioni e nei Data Center? Come contribuisce un buon impianto di condizionamento alla massima efficienza di un ambiente di elaborazione dati?
«Il corretto funzionamento del Data Center, inteso come continuità del servizio informatico erogato, presuppone che l’impianto di climatizzazione delle apparecchiature elettroniche sia efficiente ed operi con controllo preciso della temperatura e dell’umidità. Solitamente l’aria in uscita dai condizionatori viene garantita in un range di temperatura compresa tra i 20 e i 24°C, con il molteplice scopo di scongiurare possibili malfunzionamenti (dovuto a surriscaldamento dei componenti elettrici), di garantire bassi assorbimenti elettrici dei server e di assicurare un’operatività di 365 giorni all’anno, 24 ore al giorno delle apparecchiature stesse.»
 
Quali sono le temperature ottimali a cui mantenere uno shelter e quali sono i sistemi di condizionamento più diffusi? Per i Data Center invece quali sono le caratteristiche ideali?
«Gli shelter per le telecomunicazioni operano solitamente a temperature più elevate rispetto alle sale server dei Data Center e devono necessariamente essere raffreddati e mantenuti costantemente tra i 27 e i 30°C. Esistono diversi sistemi di condizionamento di precisione che garantiscono il mantenimento di tali condizioni termiche: quelli più diffusi sono ad espansione diretta con Free-Cooling diretto, di potenza frigorifera compresa tra i 5 e i 15 kW e sistemi alimentati a 48 VDC. Relativamente ai Data Center è invece fondamentale che l’aria d’ingresso ai server sia di temperatura compresa tra i 18 e i 27° C (indicazioni ASHRAE), essendo la temperatura dell’aria in uscita di 10÷12°C superiore. Il livello di umidità relativa viene monitorato per accertare che non si discosti dai limiti di tollerabilità (15÷60%) consigliati per problematiche di innesco di scariche elettrostatiche, che danneggerebbero i componenti elettrici.»
 
Quali sono i principali fattori da considerare nella scelta del modello di condizionamento da utilizzare?
«Il principale fattore che deve essere preso in considerazione è quello della località geografica di installazione: a diverse latitudini o altitudini corrispondono diverse temperature dell’aria esterna, quindi differenti sistemi di condizionamento che si differenziano per potenza frigorifera, caratteristiche termodinamiche e costruttive e per requisiti di funzionamento.
Un altro elemento di particolare importanza è la dimensione del Data Center: la tendenza è quella di considerare il sistema come modulabile, con progressiva installazione di potenza frigorifera a step di 200÷500 kW. Qualora le esigenze di “freddo” dovessero mutare nel tempo, discostandosi dalle previsioni iniziali, è conveniente percorrere questo tipo di strategia che quindi prevede degli investimenti finanziari mirati e scaglionati nel tempo.
Una volta che siano definiti questi due aspetti preliminari (posizione geografica e scalabilità) è opportuno verificare quale tipo di layout è previsto per la sala server stessa: sistemi di contenimento dei volumi di aria fredda e/o di aria calda oppure ancora sistemi a pavimento flottante libero da ostacoli (cavi) consentono di evitare perdite exergetiche ed energetiche e di incrementare l’efficienza nella distribuzione dell’aria.
Infine, in sede di progettazione, va valutato quale tipologia di fluido termovettore utilizzare. Tipicamente per HiRef i piccoli impianti (100 kW) sono ad espansione diretta di refrigerante con compressori BLDC modulanti; impianti di media e grande potenza, scalabili, come detto in precedenza, con modularità prevedono condizionatori ad acqua refrigerata con ventilatori EC sottopavimento o con sistemi aria/aria a Free-Cooling indiretto mediante recuperatori a flussi incrociati ad elevata efficienza e sistema di Adiabatic Cooling.»
 
È evidente che un Data Center non possa esistere senza un buon impianto di raffreddamento. Quali dovrebbero essere gli step fondamentali per la progettazione di un impianto efficiente?
«Alla progettazione di un impianto ad aria occorre affiancare lo studio architettonico dell’edificio, sede dell’installazione, per garantire un’integrazione efficiente ed efficace: va infatti considerato il sistema edificio-impianto come entità unica sin dalle prime fasi.
In generale, quando si considera la progettazione della sala server, è fondamentale concentrarsi sui criteri che consentono la corretta distribuzione dell’aria climatizzata: l’omogeneità è favorita se la velocità del flusso è contenuta.»  
 
I dati recenti stimano che il valore medio di PUE (Power Usage Effectiveness) per i Data Center si aggira intorno a 1,8, indicando che i consumi energetici di un Data Center non legati ai processi IT sono circa il 45% del totale. Esistono degli escamotage che permettano di rendere un impianto più efficiente? 
«L’ obiettivo generale è quello di abbassare il valore medio di PUE e di avvicinarsi il più possibile al valore unitario, abbattendo il consumo energetico dell’intero processo di condizionamento, che si rivela essere la componente che maggiormente penalizza i profitti derivanti dall’IT. La maggiore efficienza nella proposta di HiRef è garantita dall’implementazione di un sistema AC auto adattivo che, monitorando la sovrappressione, moduli in automatico la portata dell’aria sulla base del carico termico del Data Center. Nei sistemi ad acqua refrigerata utilizziamo invece sistemi a set-point variabile sulla temperatura dell’acqua. I già citati sistemi di contenimento dei volumi di aria fredda e/o di aria calda (compartimentazione) sono un altro escamotage che consente di ottenere maggiore efficienza energetica: nel caso specifico di impianti ad acqua refrigerata il set-point può essere impostato a valori più elevati, potendo beneficiare di differenze di temperatura maggiori (quindi portate minori, quindi spese di realizzazione e di pompaggio inferiori), e della tecnologia del Free-Cooling Indiretto anche a latitudini più “miti”.»
 
In che modo i prodotti HiRef riescono a massimizzare l’efficienza di Data Center o di shelter per le telecomunicazioni?