Il mercato globale dei data center è ampio e in rapida crescita, con circa 10.978 data center in tutto il mondo, mentre i data center rappresentano attualmente l'1,3% del consumo globale di elettricità. In questo contesto, è fondamentale dare priorità a scelte progettuali sensate per i data center, concentrandosi sul miglioramento dell'efficienza energetica per ridurre le emissioni di CO2. Un aspetto fondamentale per ridurre l'impatto ambientale delle infrastrutture digitali è l'ottimizzazione dei sistemi di raffreddamento, che in genere rappresentano il 30% del consumo energetico dei data center. 

Panoramica di un sistema di raffreddamento del data center 

 Gli schemi sopra riportati descrivono un tipico impianto HVAC per un data center e introducono gli elementi principali della soluzione Daikin, inclusi diversi componenti: 

Refrigeratore di raffreddamento senza aria in acqua 
Unità di gestione dell'aria della sala computer (CRAH) 
Sistemi di controllo 
Servizi post-vendita 
Tra gli elementi principali di un tipico sistema HVAC di un data center Daikin, questo articolo si concentrerà sulle unità CRAH (Computer Room Air Handling) e sulle principali sfide affrontate nella scelta di questa apparecchiatura all'interno della progettazione del sistema di raffreddamento. 

Sfida n. 1: identificare l'attrezzatura appropriata per la disponibilità dello spazio di installazione 

Come in ogni applicazione, lo spazio assegnato alle apparecchiature HVAC nei data center è limitato. Pertanto, è fondamentale valutare alternative riguardanti le dimensioni delle unità’ e la relativa capacità di raffreddamento. 

Motivo n. 1: Daikin Pro-W, la nostra gamma di CRAH, è flessibile e scalabile. Ciò è il risultato di un approccio di progettazione modulare, che consente un'ulteriore ridondanza di capacità e semplicità delle attività di manutenzione. Le unità Pro-W possono essere impilate o posizionate direttamente l'una contro l'altra, senza compromettere il flusso d'aria necessario per un raffreddamento efficiente. Le unità Pro-W sono disponibili in quattro dimensioni, che coprono una capacità di raffreddamento da 175 a 700 kW in un'unica unità, per fornire una soluzione compatta in installazioni di data center di grandi e grandi dimensioni.  

Sfida n. 2: come mantenere bassi i costi operativi e aumentare il PUE  

• Utilizzare ventilatori EC 
• Garantire un'adeguata velocità dell'acqua in condizioni di carico parziale e delta T elevato 
• Utilizzare valvole di controllo indipendenti dalla pressione (PICV) per stabilizzare il flusso dell'acqua  
• Implementare soluzioni di controllo per aumentare l'efficienza del sistema 
• Riduzione delle distorsioni armoniche 
• Ottimizzazione del fattore di potenza per ridurre al minimo le perdite

Adattamento della capacità di raffreddamento alla domanda della sala dati 

Adattare il carico di raffreddamento alle esigenze del data center significa rispondere dinamicamente alle variazioni del carico termico generato dall'attività del server e dalle apparecchiature associate. Questo approccio mirato massimizza l'efficienza energetica riducendo al minimo gli sprechi e ottimizzando le condizioni di lavoro delle unità’ in base alle effettive esigenze operative. Questo approccio può essere perseguito con una serie di soluzioni, descritte di seguito.  

Il primo livello di considerazione riguarda, ovviamente, il tipo di ventole montate sull'unità di trattamento dell'aria. 

Motivo n. 2: ventole Daikin EC, classe motore IE5 per elevata efficienza e basso consumo energetico. L'uso di motori commutati elettronicamente offre una maggiore efficienza energetica rispetto ai motori tradizionali. Pertanto, l’uso di questi motori a ventola riduce i costi operativi e l’impatto ambientale. Inoltre, i ventilatori Daikin EC sono dotati di giranti in alluminio, il che si traduce in un design più robusto per quanto riguarda le giranti composite.  

Motivo n. 3: Sempre su come migliorare l'efficienza, è fondamentale garantire un funzionamento efficiente in condizioni di carico parziale e delta T elevato. In questi casi è fondamentale garantire un'adeguata velocità dell'acqua, concentrandosi esclusivamente sullo scambio termico sensibile. Daikin gestisce correttamente questa sfida poiché il circuito della sua serpentina d'acqua è stato ottimizzato a questo scopo. Questa ottimizzazione ha un impatto diretto sull'efficienza e sull'efficacia del sistema di raffreddamento, soprattutto in scenari in cui la differenza di temperatura è significativa. Inoltre, le spesse alette in alluminio utilizzate di serie per la serpentina idraulica del Pro-W garantiscono maggiore robustezza e una maggiore durata, poiché i data center funzionano 24 ore su 24 senza interruzioni. 

Una corretta gestione del flusso d'acqua influisce anche sul tempo di funzionamento totale delle apparecchiature di raffreddamento ad aria e quindi sul controllo della temperatura.  

Motivo n. 4: Le valvole di controllo indipendenti dalla pressione possono essere integrate nelle unità Daikin Pro-W, per garantire un flusso stabile, un migliore controllo della temperatura e minori costi operativi. 

Controllo dell'intero sistema di raffreddamento ad aria per ridurre i costi operativi 

I data center di grandi dimensioni e su larga scala richiedono in genere molti CRAH, da poche decine a centinaia. Pertanto, è fondamentale mantenere tutte queste unità sotto lo stesso sistema di controllo, per sfruttare ulteriori opportunità per aumentare l’efficienza del sistema e quindi il PUE. 

Motivo n. 5: Daikin fornisce una soluzione di questo tipo all'interno del suo Intelligent Data Center Manager (iDCM). Utilizzando iDCM, tutte le unità del sistema HVAC del data center di Daikin sono in costante comunicazione tra loro, inclusa la gestione della pompa primaria e la modalità di raffreddamento libero. Inoltre, iDCM utilizza un algoritmo avanzato di apprendimento automatico basato sui dati del produttore e sui dati in tempo reale registrati sul campo. iDCM può garantire un aumento dell'efficienza del sistema fino al 10% per i sistemi di raffreddamento meccanico e fino al 15% per i sistemi di raffreddamento libero integrati rispetto alle soluzioni di controllo standard.  

Gestire correttamente le distorsioni armoniche 

Le distorsioni armoniche sono causate da carichi non lineari come azionamenti a frequenza variabile, convertitori di potenza o apparecchiature elettroniche. Ciò può causare un consumo energetico aggiuntivo negli impianti elettrici. Per superare questo problema, sono stati sviluppati filtri armonici attivi (AHF) per attenuare le distorsioni armoniche, garantendo una distorsione armonica totale (THD) inferiore al 5%. Sono in grado di compensare dinamicamente le correnti armoniche in tempo reale, migliorando così la qualità energetica del sistema. Inoltre,  
AHF ottimizza anche il fattore di potenza dei motori delle ventole’, riducendo così le perdite di energia. 

Motivo n. 6: gli AHF possono essere integrati nell'assemblaggio Daikin Pro-W su richiesta, per limitare gli effetti collaterali delle distorsioni armoniche. 

Sfida n. 3: scegliere attrezzature durevoli e affidabili  

• Ridondanza della progettazione interna delle apparecchiature 
• Come le soluzioni di controllo supportano l'affidabilità del sistema di raffreddamento ad aria 
• Protezioni delle apparecchiature contro le interruzioni di corrente 
• La possibilità di testare i gestori dell'aria prima della consegna in loco 

La progettazione ridondante equivale a una progettazione affidabile 

I CRAH si assicurano che la temperatura sia controllata all'interno della sala dati. Il loro mezzo principale per raggiungere questo scopo sono i tifosi. Pertanto, occorre prestare particolare attenzione al modo in cui è strutturata la serie di ventole e se verrà offerta ridondanza per gestire eventuali guasti. 

Motivo n. 7: i Daikin Pro-W CRAH sono dotati di un design ridondante N+1 sulle ventole. Ciò significa che anche nell'improbabile caso in cui una ventola si guasti, le altre riescono a mantenere il flusso d'aria di progetto, rendendo il design dell'unità ancora più robusto. 

I controlli di sistema supportano la gestione dell'affidabilità 

Come affermato in precedenza, all'interno dei data center sono necessari controlli dell'intero sistema HVAC. Uno dei motivi è legato alla necessità che il sistema sia operativo tutti i giorni, tutto il giorno. Pertanto, i controlli del sistema dovrebbero essere in grado di gestire il tempo di funzionamento dei gestori dell'aria e di gestire eventuali tempi di inattività riguardanti uno qualsiasi dei gestori dell'aria installati.  

Motivo n. 8: Daikin iDCM si assicura che questo requisito sia soddisfatto. In caso di guasti su uno qualsiasi dei CRAH, iDCM regola le condizioni operative delle altre unità, per garantire il mantenimento delle condizioni di temperatura della sala dati. 

Protezione delle apparecchiature contro le interruzioni di corrente 

Quando si scelgono i gestori dell'aria, è necessario valutare attentamente il rischio di interruzione di corrente. In questo senso, si suggerisce di includere interruttori di trasferimento automatici (ATS) all'interno dell'assemblaggio dell'unità CRAH. 

Motivo n. 9: gli ATS sono inclusi nel design standard Daikin Pro-W. Oltre a ciò, nel Pro-W è assemblato un condensatore di alimentazione ininterrotta (UPS), per consentirgli di attivare tempestivamente le ventole non appena ATS ripristina l'alimentazione. La velocità massima della ventola viene quindi raggiunta in meno di un minuto. 

Test di accettazione in fabbrica

Nelle applicazioni critiche come i data center, i test vengono normalmente richiesti sui CRAH prima della loro consegna. 

Motivo n. 10: Daikin offre il Factory Acceptance Testing (FAT), un servizio che prevede una serie di test per garantire che l'unità soddisfi i requisiti, i criteri di progettazione e le funzionalità specificati prima della consegna in loco. 

Sfida n. 4: identificare i produttori in grado di gestire la complessità

I progetti di data center sono complessi. In genere vengono sollevati molti requisiti per gli operatori aerei riguardanti le caratteristiche del prodotto, i tempi di consegna e i servizi di manutenzione. Tali esigenze possono essere soddisfatte solo da produttori specializzati, capaci di gestirle e di operare con le competenze che i clienti si aspettano in questo settore. 

Motivo n. 11: Daikin è l'azienda leader mondiale nel settore della climatizzazione, presente in tutto il mondo con uffici commerciali, sviluppo prodotti e stabilimenti produttivi. A questo proposito, Daikin progetta e produce unità di trattamento dell'aria in Europa da oltre 50 anni. Ad oggi, le AHU nelle aree europee sono progettate e prodotte in due siti: Cramlington (Northumberland, Regno Unito) e Caleppio di Settala (Italia). Questa flessibilità produttiva si traduce in costi di trasporto limitati, grazie alla vicinanza della produzione rispetto ai siti di installazione in Europa. Le forniture complesse costituiscono una parte costante dell'attività. Concentrandosi sui data center, Daikin ha fornito 105 MW di capacità di raffreddamento per un singolo progetto di data center nel Nord Europa. Il sistema fornito comprendeva refrigeratori, CRAH e il sistema di controllo Daikin Intelligent Data Center Manager. Grazie alla sua presenza globale, Daikin dispone di un'ampia rete di servizi, garantendo così una copertura rapida e competente per le installazioni dei data center. 

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