Con la proliferazione dei dispositivi Internet of Things (IoT) e delle applicazioni in tempo reale, l'edge computing è emerso come una tendenza di primo piano. Di conseguenza, sono stati sviluppati data center più piccoli e distribuiti ai margini della rete.
Nel corso del tempo, i data center hanno subito cambiamenti significativi in termini di dimensioni, progettazione, efficienza e gestione. Inizialmente, i data center erano confinati in piccole stanze o spazi dedicati all'interno di edifici adibiti a uffici. Tuttavia, con l'aumento della domanda di archiviazione e elaborazione dei dati, i data center si sono espansi fino a diventare strutture enormi che coprono migliaia o addirittura milioni di metri quadrati. Alcuni dei data center odierni sono così grandi da essere comunemente definiti data center “hyperscale”.
I data center consumano una quantità significativa di energia per alimentare e raffreddare le apparecchiature IT. Per affrontare questo problema, ci si è concentrati sul miglioramento dell'efficienza energetica con
fonti di raffreddamento più efficienti, come i refrigeratori a raffreddamento libero, e hardware server più efficienti dal punto di vista energetico, in grado di funzionare a temperature più elevate.
Gli schemi sopra riportati descrivono un tipico impianto HVAC per un data center e presentano gli elementi principali della soluzione Daikin, che comprende diversi componenti:
Refrigeratore aria-acqua
Unità di trattamento aria per sale computer (CRAH)
Sistemi di controllo
Servizi post-vendita
In questo articolo discuteremo le principali sfide nella scelta delle soluzioni di controllo per i data center e come Daikin può aiutare a superarle.
In un sistema HVAC per data center, il controllo efficace di più unità, inclusi CRAH e refrigeratori, è fondamentale per garantire il corretto funzionamento del sistema di raffreddamento. Il monitoraggio e il controllo di più unità consentono di rilevare e risolvere rapidamente eventuali malfunzionamenti. Ciò contribuisce a ridurre il rischio di interruzioni operative dovute a problemi del sistema di raffreddamento.
Motivo n. 1: per superare questa sfida, Daikin offre un Data Center Manager intelligente (iDCM), un pannello esterno che controlla fino a 20 unità, compresa la gestione della pompa primaria e la modalità di raffreddamento libero. iDCM è progettato per garantire la massima affidabilità e sfrutta un algoritmo avanzato di apprendimento automatico, che funziona sulla base dei dati del produttore e dei dati in tempo reale registrati in loco.
iDCM identifica lo stato delle unità e definisce le azioni in base alla logica di controllo, calcolando anche la capacità del refrigeratore e stimando il flusso erogato.
Il controller del gruppo refrigeratori accende o spegne i refrigeratori in base a condizioni specifiche che dipendono dalle temperature dell'acqua di mandata e di ritorno in entrambe le sezioni del circuito idraulico primario. Abbiamo due fasi:
Stage-Up: si verifica quando il controller decide di accendere più refrigeratori. Le condizioni per l'attivazione includono una temperatura dell'acqua di alimentazione primaria superiore al setpoint della temperatura dell'acqua di alimentazione, più un certo margine chiamato “Stage up Offset”. Questo margine può essere configurato dall'utente e garantisce che i refrigeratori si attivino solo quando necessario, evitando il sovraccarico del sistema.
Stage-Down: si verifica quando il controller decide di spegnere i refrigeratori. Le condizioni per la disattivazione includono una temperatura dell'acqua di alimentazione primaria inferiore al setpoint della temperatura dell'acqua di alimentazione, meno un certo margine chiamato “Stage Down Offset”. L'utente configura questo margine e garantisce che i refrigeratori vengano spenti quando non sono più necessari, risparmiando energia.
Un sistema di controllo deve essere compatibile con diversi progetti di design per essere flessibile e adattarsi alle esigenze del cliente. Questo approccio consente di progettare e implementare sistemi specifici per ogni progetto, garantendo una risposta adeguata alle esigenze specifiche di ogni situazione.
Motivo n. 2: Daikin offre diverse soluzioni di apparecchiature progettate specificamente per i data center e adattate con cura alle esigenze di ogni cliente. IDCM può integrare molti dispositivi diversi dell'impianto, come sensori, pompe dell'acqua, valvole idroniche, a seconda del tipo di circuito e della capacità complessiva dell'impianto. Inoltre, sulla base di questo approccio personalizzato, Daikin fornisce una soluzione completa di assistenza clienti, a partire dalla progettazione della soluzione e per tutto il processo di vendita. Ciò comporta l'adattamento e la gestione del sistema per soddisfare le esigenze in continua evoluzione del cliente. In conclusione, Daikin fornisce un sistema di controllo che offre una flessibilità e una versatilità senza pari.
Il sistema di controllo Daikin può essere integrato con il Building Management System (BMS), che consente un monitoraggio di alto livello e un controllo centralizzato dell'intera infrastruttura del data center, garantendo una gestione e un funzionamento efficienti della struttura. Con il protocollo BMS, il sistema può essere completamente interoperabile con la logica di gestione IT BMS del cliente.
Tra le funzionalità offerte da questo Intelligent Data Center Manager (iDCM), specificamente studiate per soddisfare esigenze specifiche, possiamo elencare:
Sequenziamento e staging: il sistema consente il sequenziamento e lo staging di un massimo di 20 unità, fondamentale per gestire in modo efficiente i carichi di raffreddamento nei grandi data center. Supporta inoltre la modalità di raffreddamento libero, che riduce significativamente il consumo energetico.
Controllo e monitoraggio completi: la soluzione iDCM fornisce un controllo completo del circuito primario e un monitoraggio dettagliato delle unità. Ciò include il monitoraggio del consumo energetico, della capacità e della portata dei refrigeratori per garantire prestazioni ed efficienza ottimali.
Ottimizzazione AI: grazie all'integrazione dell'intelligenza artificiale (AI), è possibile applicare in tempo reale algoritmi di ottimizzazione avanzati per migliorare ulteriormente l'efficienza energetica e le prestazioni complessive del sistema.
Compatibilità con circuiti Tier III: pienamente compatibile con i circuiti dei data center Tier III (sistema N+1), con esecuzione speciale anche per TIER IV (sistema 2N) su richiesta.
La nostra soluzione soddisfa i severi requisiti di ridondanza e tolleranza ai guasti nelle infrastrutture critiche.
Sensori integrati: con un massimo di 8 sensori integrati, tra cui sensori di temperatura, sensori di pressione differenziale e misuratori di portata, il nostro sistema fornisce informazioni dettagliate sulle condizioni ambientali e sulle prestazioni del sistema, facilitando la manutenzione proattiva e l'ottimizzazione.
Insieme, queste caratteristiche rendono la soluzione di controllo Daikin la scelta ideale per le applicazioni dei data center, fornendo solide funzionalità di controllo, monitoraggio e ottimizzazione per garantire un funzionamento affidabile ed efficiente dal punto di vista energetico delle infrastrutture critiche.
Quando si tratta di implementare una soluzione per data center, nella maggior parte dei casi la soluzione di controllo viene fornita da un integratore di sistemi, ovvero un'azienda esterna al fornitore delle unità. In questo modo, l'integratore di sistemi sviluppa una soluzione di controllo senza disporre delle informazioni relative alla logica interna dell'unità e al punto di funzionamento ottimale.
Motivo n. 3 Al contrario, Daikin è in grado di offrire una soluzione “completa” per data center integrando le proprie unità in un sistema di controllo interno. Grazie a questo approccio, il sistema di controllo può integrare la logica già progettata per il software di controllo delle singole unità, al fine di massimizzare l'efficienza dell'intero sistema in base al carico in tempo reale e alle condizioni ambientali.
L'integrazione completa del software dell'unità nell'iDCM sblocca alcune funzionalità aggiuntive in termini di gestione dell'unità, aumentando l'affidabilità e il controllo della modalità di raffreddamento libero.
Il controllo della temperatura di mandata è più stabile rispetto alla logica del BMS standard, limitando i cambiamenti della modalità operativa (solo meccanica/mista e raffreddamento libero).
Un approccio incentrato sull'efficienza può migliorare significativamente le prestazioni complessive del data center, come dimostrato dalla riduzione del consumo energetico e dei relativi costi operativi.
Bilanciamento del carico per una configurazione ottimale delle unità
È importante la capacità di adattarsi alle variazioni di carico e alla temperatura ambiente esterna in base al numero di dispositivi attivi. Controllando molte unità, è necessario adattarsi rapidamente a tali variazioni, mantenendo sempre condizioni di raffreddamento ottimali.
Motivo n. 4: Daikin iDCM incorpora una sofisticata logica di ottimizzazione energetica chiamata Smart Sequencing. Si tratta di una funzione di controllo avanzata che si basa su modelli di Machine Learning dei refrigeratori per selezionare la combinazione ottimale di unità che garantisce il minor consumo energetico.
L'algoritmo di apprendimento automatico costruisce il profilo delle prestazioni dei refrigeratori sulla base dei dati storici derivanti dal know-how del produttore e dai dati registrati dall'iDCM in loco. Il controller individua un numero ottimale diverso di unità che hanno mantenuto le loro prestazioni, dando la priorità al loro funzionamento a carico più elevato per massimizzare l'efficienza.
In un sistema di raffreddamento per data center, è estremamente importante mantenere le unità in condizioni ottimali in ogni momento per garantire un funzionamento affidabile e ridurre così il rischio di tempi di inattività. Una manutenzione regolare prolunga anche la durata delle apparecchiature, riducendo la necessità di costose sostituzioni e proteggendo l'investimento dell'azienda. Infine, contribuisce a garantire la sicurezza delle apparecchiature, prevenendo danni e assicurando la continuità delle operazioni.
Motivo n. 5: L'intelligenza artificiale di Daikin iDCM memorizza e monitora i parametri delle unità relativi al loro ciclo di vita. Questi parametri vengono poi utilizzati per sequenziare le macchine, dando la priorità a quelle con una curva di efficienza migliore e favorendo quelle con minore usura.
Uno dei principali vantaggi è che aggiorna continuamente il suo modello di Machine Learning dei refrigeratori dell'impianto sulla base dei dati registrati in loco, consentendo di apprendere le prestazioni nel tempo e di rilevare il degrado delle prestazioni.
In un sistema standard, solitamente il controller gestisce i refrigeratori in parallelo, distribuendo il carico su tutte le macchine, senza sapere quale unità sia la più efficiente durante il proprio ciclo di vita. Con l'AI, invece, le curve di carico vengono aggiornate dinamicamente sulla base dei dati in tempo reale, ottimizzando il sistema in modo più efficace. Gli aggiornamenti delle curve di carico basati sull'intelligenza artificiale consentono un'ottimizzazione dinamica basata su dati di applicazione reali costantemente aggiornati. iDCM spegne in modo intelligente le unità non necessarie per ottimizzare i vantaggi del free cooling e tiene conto del degrado delle macchine. In media, una macchina perde l'1% delle sue prestazioni ogni anno. Questo dispositivo sequenzia le unità dando la priorità a quelle con le migliori curve di efficienza per il risparmio energetico.
Ottimizzazione per tutte le condizioni operative, inclusa la modalità di raffreddamento libero
Un altro requisito è quello di ottenere la massima efficienza e prestazioni in ogni modalità operativa. Motivo n. 6 Con l'iDCM, progettato specificamente per i data center, è possibile garantire sia un'elevata efficienza che prestazioni di raffreddamento sia in modalità standard che in modalità di raffreddamento libero. L'iDCM seleziona la modalità operativa in base ai seguenti criteri:
Attivazione del free cooling: quando la temperatura dell'aria esterna è inferiore alla temperatura dell'acqua in entrata di un delta T di free cooling preimpostato (regolabile), il sistema avvia il free cooling. Una volta che il controller del gruppo refrigeratore ne conferma la fattibilità, viene impartito un comando simultaneo di free cooling a tutti i refrigeratori.
Commutazione in modalità free cooling: se necessario, il controller invia un comando di modalità mista free cooling all'unità di refrigerazione, consentendo il massimo utilizzo del free cooling nel rispetto dei requisiti di capacità del sistema.
Attivazione della modalità compressore pieno: il refrigeratore funziona in modalità compressore pieno quando il delta T tra la temperatura dell'acqua in ingresso e la temperatura dell'aria ambiente è inferiore a 2 °C (regolabile).
La riduzione dei costi operativi può portare alcuni vantaggi. Innanzitutto, migliora l'efficienza operativa ottimizzando l'uso delle risorse. Inoltre, garantisce una maggiore sostenibilità economica a lungo termine.
Motivo n. 7: la soluzione del sistema di controllo Daikin è integrata nel controllo del circuito primario e nel controllo del refrigeratore. Grazie alla presenza della funzione di controllo all'interno dell'unità, come il monitoraggio delle prestazioni, il numero di dispositivi di campo controllati è stato efficacemente ridotto, migliorando al contempo la proposta di valore.
Il monitoraggio delle prestazioni è un algoritmo integrato nel software di ogni unità che compone la soluzione di refrigerazione per data center Daikin. Ciò consente a ciascuna unità di calcolare i dati relativi all'efficienza e all'energia, valutare le prestazioni e identificare potenziali aree di miglioramento e anomalie senza la necessità di installare dispositivi aggiuntivi come misuratori di energia o di flusso.
In termini di vantaggi in termini di costi, iDCM offre un doppio vantaggio. In primo luogo, vantaggi significativi in termini di costi di installazione. iDCM richiede meno sensori rispetto ai tradizionali sistemi di controllo degli impianti HVAC, massimizzando l'uso dei sensori installati sulle unità. Di conseguenza, i costi relativi all'installazione sono ridotti. Inoltre, anche il tempo necessario per l'installazione è ottimizzato, poiché ci sono meno cavi da gestire e meno connessioni da effettuare.
Inoltre, anche i costi di manutenzione risultano ridotti. Con un numero inferiore di sensori installati, ci sono meno parti soggette a usura e meno componenti da sostituire nel tempo. Ciò si traduce in costi di manutenzione a lungo termine inferiori e in un'ulteriore riduzione dei costi complessivi.
Motivo n. 8: non tutte le installazioni dei data center hanno lo stesso numero di unità. Per rispondere a questa sfida, Daikin iDCM è disponibile in diverse dimensioni a seconda del numero di unità previste nella progettazione della struttura, ovvero:
IDCM004 fino a 4 unità sequenziali;
IDCM008: fino a 8 unità sequenziali;
IDCM012: fino a 12 unità sequenziali;
IDCM016: fino a 16 unità sequenziali;
IDCM020: fino a 20 unità sequenziali.
Ciò consente di sfruttare una soluzione di prezzo scalabile che si adatta e è specifica per un numero preciso di unità. Questo approccio modulare garantisce un'alternativa competitiva sul mercato, fornendo una soluzione economica che si adatta a ogni tipo di impianto, facilitando la configurazione del sistema di controllo.