Il cliente ha un impianto asservito da gruppi frigoriferi, e nell’ambito di nuovi investimenti ha valutato di integrare il sistema con un impianto di free cooling adiabatico allo scopo di risparmiare energia e ottimizzare la produzione. Tempco ha quindi fornito lo studio iniziale per la valutazione dell’impatto e dei vantaggi che il raffreddamento in free cooling avrebbe potuto garantire al cliente in termini di maggiore efficienza e risparmio energetico.

Una volta approvato l’investimento, completo del calcolo del relativo pay back, abbiamo fornito un dry cooler abbinato al sistema di controllo e di pompaggio dell’impianto, in modo da integrare il tutto al sistema di refrigerazione esistente. La soluzione impiega ovviamente ventilatori controllati mediante inverter, che garantiscono la regolazione della velocità e del consumo energetico connesso in base alle effettive esigenze di processo.

Da ultimo abbiamo fornito una serie di scambiatori a fascio tubiero per la regolazione della temperatura dell’olio diatermico, che avviene proprio grazie al sistema di free cooling.

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La crescita nella domanda di potenza computazionale nei data center pone un problema relativo all’impatto ambientale di queste strutture. Sempre Nvidia nel 2022 ha annunciato un nuovo piano per ridurre il consumo energetico dei data center, per il crunch di enormi quantità di dati o per addestramento di modelli AI. L’azienda ha in particolare sviluppato innovative schede raffreddate a liquido, che consumano fino al 30% in meno rispetto a quelle raffreddate ad aria.

Con l’incremento della potenza termica dei chip, infatti, il tradizionale raffreddamento ad aria non è più sufficiente a soddisfare i requisiti di raffreddamento delle nuove applicazioni. In questo quadro, la previsione per i prossimi anni di IDTechEx è per una forte crescita e adozione del raffreddamento a liquido dei data center, con un fatturato annuo che entro il 2033 supererà i 900 milioni di dollari, come si legge nel report Gestione termica per centro dati 2023-2033.

Tabella comparativa dei liquidi refrigeranti dei principali brand disponibili sul mercato per raffreddamento a liquido dei data center. Fonte IDTechEx

Nel raffreddamento a liquido, grazie al raffreddamento a liquido diretto al chip (D2C, direct-to-chip) è possibile raffreddare solo alcuni componenti, come chipset e GPU, e non schede intere. Il raffreddamento a immersione offre invece efficienza elevata e distribuita in maniera uniforme. Considerate le tipiche temperature per immersione, che vanno da 25 a 50° C come riporta la tabella sopra, Tempco vede in queste innovative applicazioni ampio spazio per il free cooling, aumentandone l’efficienza. E’ pertanto possibile fornire soluzioni di dissipazione termica con dry cooler dedicati, sia a secco sia adiabatici quando la temperatura ambiente diviene più elevata. Tempco può altresì fornire soluzioni di free cooling per immersione con scambiatori TCOIL.

Va infine detto, come anche IDTechEx sottolinea, che il processo di immersione dei server nelle vasche può essere macchinoso e oggi richiede ancora un importante retrofitting dei data center esistenti basati su rack. Occorre poi considerare i costi iniziali dell’hardware, per cui IDTechEX stima che un serbatoio di raffreddamento a immersione possa costare circa 4 mila dollari. A questo va sommato il costo del liquido refrigerante per il serbatoio. Costi iniziali relativamente elevati che vengono però ampiamente ripagati nel tempo grazie al notevole risparmio energetico che si ottiene.

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Il Wind chill, o fattore di raffreddamento dovuto al vento, fa riferimento a quella sensazione di intenso raffrescamento, o di freddo da brividi, che si sente quando uscendo dall’acqua al mare c’è vento. Questa sensazione è dovuta all’evaporazione dell’acqua sul nostro corpo, e a causare questo senso di freddo intenso e improvviso è l’effetto dell’evaporazione dell’acqua dalla nostra pelle che avviene asportando energia.

Questo è esattamente lo stesso effetto che si ha nei raffreddatori adiabatici e nelle torri evaporative in virtù del quale è possibile raffreddare la temperatura dell’acqua a un livello inferiore rispetto alla temperatura ambiente. Parlando di torri di raffreddamento, ai nostri clienti chiediamo infatti sempre quale sia il valore della temperatura di bulbo umido di progetto, essenziale per calcolare la torre stessa.

Guardando alle tabelle degli standard americani ASHRAE, o di qualsiasi tabella climatica, troveremo sempre i dati medi delle temperature di bulbo secco stagionali, invernali ed estivi, relativi alle varie aree geografiche. Allo stesso modo, una colonna sarà anche dedicata ai valori medi delle temperature di bulbo umido.

Spiegata in modo semplice, la temperatura di bulbo umido è quella temperatura che si ottiene se, prendendo un normale termometro da esterno, avvolgiamo il sensore, il bulbo, con uno straccio leggermente bagnato. Si vedrà la temperatura scendere, e questa è la temperatura del bulbo umido, ossia del bulbo bagnato, che è più bassa rispetto alla temperatura dell’aria esterna. Questa è altresì la temperatura di riferimento per la progettazione delle torri evaporative perché è la temperatura più bassa che si può raggiungere, ottenendo una temperatura dell’acqua in uscita dalla torre più bassa. Questo perché si sfrutta il calore latente di evaporazione, ovvero quella energia che viene asportata dall’evaporazione dell’acqua, che consente di abbassare la temperatura dell’acqua che viene raffreddata.

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Si tratta di un range di temperatura dell’acqua particolare, in quanto non abbastanza basso da giustificare l’impiego di un gruppo frigorifero. L’applicazione richiede infatti la dissipazione di diverse centinaia di kW termici, per cui ciò comporterebbe innanzitutto costi di prima installazione molto importanti per il chiller, quindi potenza elettrica assorbita molto elevata, in particolare nella stagione più calda. Di contro, la temperatura richiesta non è troppo bassa per poter essere soddisfatta con una torre evaporativa, soprattutto nella stagione calda, pur con un consumo energetico nella fattispecie molto basso. Inoltre, trattandosi di un raffreddamento diretto del prodotto, l’acqua trattata con anti-alghe, anti batterici e anti calcare della torre sarebbe incompatibile con il prodotto siderurgico stesso, e quindi inutilizzabile.

Davanti al dubbio sul tipo di macchina da utilizzare, l’ideale sarebbe quindi avere una macchina con acqua in circuito chiuso, ma dovremmo utilizzare una torre evaporativa combinata con uno scambiatore di calore, e a maggior ragione avremmo acqua a una temperatura che non rispetta le esigenze del processo di raffreddamento.

La soluzione trovata è stata impiegare dei raffreddatori a circuito chiuso, o dry cooler, di tipo adiabatico. Si tratta di dry cooler con potenziamento adiabatico, che durante la stagione estiva utilizzano un sistema di nebulizzazione di acqua nell’aria che viene aspirata nel cooler dai ventilatori, creando una sorta di effetto ‘torre evaporativa’. La temperatura di riferimento è quindi quella di bulbo umido, avendo un minimo di evaporazione di acqua, ovvero un minimo consumo di acqua, e solo nelle ore più calde della giornata e nelle stagioni più calde. Questo consente di avere l’acqua alla temperatura di 25-28° C richiesta dal processo, per l’intero arco dell’anno, anche in estate, e senza avere acqua in circuito aperto a contatto con l’aria esterna.

Il nostro sistema consente in particolare un consumo molto ridotto di acqua, limitato ai mesi più caldi, e non va a sporcare né intasare lo scambiatore alettato. Questi sistemi offrono quindi efficienza molto spinta, consentendo di fare dei raffreddamenti con acqua a circuito chiuso a temperature che sono intermedie tra quelle di una torre evaporativa e di un chiller.

Ovviamente il sistema è stato implementato, come nostra abitudine nella progettazione di questo genere di impianti, con sistemi di inverter sui ventilatori. Infatti durante la stagione invernale, così come in primavera e autunno, con l’aria ambiente alle nostre latitudini non è difficile ottenere acqua di raffreddamento a 25° C, per cui non ha alcun senso far girare i ventilatori alla massima velocità. L’impiego di inverter porta quindi notevole risparmio energetico.

Da una proiezione fatta con il cliente, il consumo di acqua è limitato a un paio di mesi all’anno, molto probabilmente solo nelle ore più calde. Il cliente lavora inoltre su tre turni, quindi durante la notte si ha un minore utilizzo di acqua, se non addirittura azzerato, andando probabilmente anche in parzializzazione sulla velocità dei ventilatori.

Abbiamo infine implementato anche un sistema di monitoraggio da remoto, per verificare l’effettivo consumo di acqua e di energia assorbita dai ventilatori, in vista di una futura ottimizzazione dei processi in cui il cliente prevede di investire ulteriormente. I dati così raccolti portano doppio beneficio, a noi per la fase di progettazione e proposta, e per il cliente, che può così avere piena trasparenza e consapevolezza delle sue esigenze sotto il profilo termico ed energetico. Potendo altresì fare una valutazione del bilancio energetico e quindi dei risparmi in kW che riusciamo a ottenere.

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L’applicazione non richiede di raggiungere livelli di temperatura eccessivamente bassi, infatti in genere è sufficiente portare l’aria a 40/45° C.

Alle nostre latitudini, diventa quindi una soluzione interessante la torre evaporativa, abbinata sempre e in ogni caso a uno scambiatore a piastre. L’acqua di torre infatti non potrebbe andare a lavare direttamente l’aria trattata da questi impianti, a causa dell’inquinamento reciproco che si provocherebbe.

In questo genere di impianti si presta inoltre molta attenzione ai consumi energetici. Pertanto le torri, seppur semplici, vengono equipaggiate con motori EC e controlli a inverter, in modo da modulare la potenza e i consumi in base all’effettiva necessità di raffreddamento. La regolazione della potenza avviene soprattutto con un occhio di riguardo alla stagionalità, onde evitare di spingere il raffreddamento oltre i limiti durante le stagioni più fredde.

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Si tratta di sistemi in free cooling per il raffreddamento di fluidi e condensazione di refrigeranti in grado di smaltire potenzialità termiche da 75 a 1.100 kW. L’impiego con gruppi frigoriferi consente non solo di sospendere l’uso dei compressori durante la stagione invernale, con funzionamento a secco e sfruttando le basse temperature dell’aria esterna, ma grazie al processo adiabatico la soluzione consente di estendere il risparmio energetico anche al periodo estivo.

La temperatura dell’aria ambiente viene infatti abbassata con un processo adiabatico di umidificazione che riduce la temperatura prima del suo ingresso nelle batterie alettate dove poi avviene lo scambio termico aria-fluido, incrementando l’efficienza del raffreddatore nel periodo più caldo.
La serie PAD-V aumenta quindi il risparmio energetico e di acqua grazie a

– Gestione intelligente tramite PLC dei cicli di bagnatura con sistema di recupero dell’acqua in eccesso

– Speciali pacchi di umidificazione per massimizzare l’efficienza del raffreddamento adiabatico

– Configurazione e disposizione a V delle batterie alettate all’interno della macchina, per ottimizzare la superficie di scambio termico

– Ventilatori EC per monitoraggio del consumo elettrico

La serie PAD-V è completamente automatizzata grazie alla gestione con pannello operatore dotato di PLC, con possibilità di gestione da remoto. E’ quindi sufficiente impostare la temperatura del fluido desiderata e il sistema si auto-regola ottimizzando i consumi a seconda della stagione dell’anno.

Tempco studia e progetta applicazioni per il raffreddamento macchine e di processo nello stampaggio plastica da molti anni, per applicazioni di raffreddamento in free cooling che possono sostituire laddove possibile i gruppi frigoriferi, limitando i notevoli consumi energetici dei compressori. L’elevato livello di controllo offerto dai nuovi raffreddatori adiabatici PAD-V, abbinato all’impiego di scambiatori di calore estremamente spinti, apre quindi nuove interessanti opportunità per integrazione del free cooling portando nuovi livelli di efficienza energetica nell’industria di trasformazione della plastica.

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Nella quasi totalità dei casi che settimanalmente analizziamo, ci viene richiesto di valutare l’impatto dell’installazione di sistemi di free-cooling, a supporto di gruppi frigoriferi.

Già da qualche anno abbiamo sviluppato sistemi adiabatici ed ora dopo ormai diverse decine di installazioni, possiamo affermare che si tratta di una soluzione:

• efficiente
• efficace
• economica

Il sistema che adottiamo è estremamente semplice, facile da installare, anche in versione retro-fit.

• Richiede l’impiego di acqua di rete, senza alcun tipo di trattamento. L’acqua che va bene per il vostro impianto va sicuramente bene per il nostro sistema adiabatico.
• Il nostro sistema T FIN IDRY necessita di una portata di acqua veramente ridotta.
• L’acqua che viene utilizzata, essendo acqua normale di acquedotto, può essere scaricata in ambiente liberamente.
• Si tratta di un sistema “legionella-free”, in quanto l’acqua drena completamente ed in ogni circostanza.
• A livello di manutenzione, sono sufficienti poche decine di minuti per ogni radiatore, per ottenere la massima efficienza.
• Consente di lavorare coni free cooler tenendo in considerazione la temperatura di bulbo umido, incrementando la resa degli scambiatori
• Il pacco di scambio rimane inalterato, in quanto lo spruzzamento avviene nel flusso di aria.

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Mentre fino a qualche anno fa le installazioni dei sistemi adiabatici sui free cooler, si potevano contare sulle dita di una o due mani, in questo inizio di anno, abbiamo registrato una media del 40% di impianti che vengono installati direttamente con i kit di potenziamento adiabatico, con una richiesta sempre maggiore di retrofit, su impianti già esistenti.

All’inizio dell’anno abbiamo perfezionato un software che consente di dimensionare correttamente e conoscere l’energia risparmiata durante l’arco dell’anno, installando i sistemi TFIN IDRY.

Nel caso foste interessati all’applicazione, anche per sistemi attualmente già installati, potete contattare il nostro ufficio tecnico, che a fronte di qualche domanda mirata, sarà in grado di proporvi la soluzione più adeguata alle vostre esigenze di raffreddamento.

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