A incrementare ulteriormente l’efficienza energetica delle soluzioni di raffreddamento a liquido dei data center è quindi la possibilità di implementare sistemi di recupero di calore. Rispetto all’aria, il vettore liquido assorbe infatti il calore con maggior efficienza e in maniera più concentrata, con il risultato di disporre di temperature in uscita dal sistema di raffreddamento superiori rispetto alle classiche soluzioni ad aria. Questo consente di adottare soluzioni di recupero energetico molto vantaggiose, riutilizzando l’energia termica asportata per una varietà di applicazioni, dal district heating alle pompe di calore, per il riscaldamento di acqua ad uso sanitario o per il preriscaldamento di fluidi di processo. L’energia consumata dai data center, che il lavoro di calcolo trasforma in calore, viene in tal modo reimpiegata secondo principi di circolarità grazie al liquid cooling.

Tempco è in grado di proporsi come system integrator qualificato per l’implementazione di skid di raffreddamento a liquido per data center, il cui cuore tecnologico è rappresentato dagli scambiatori a piastre saldobrasati BPHE. Diverse sono quindi le possibili architetture di ecosistemi di liquid cooling nei data center (che possono anche includere sistemi di free cooling, chiller e torri evaporative), e per ciascuna tipologia la gamma di scambiatori BPHE di Tempco offre la soluzione più adatta per garantire massima efficienza di raffreddamento e riduzione dei consumi energetici, abbassando il PUE (Power Usage Effectiveness) dei centri di calcolo.

Interessante quindi vedere alcuni vantaggi, e di contro alcuni lati meno favorevoli, che caratterizzano diverse opzioni possibili di raffreddamento a liquido di server e chip. Che si tratti di cold plates (piastre metalliche in materiale conduttivo che, poste a contatto dei componenti elettronici, provvedono al raffreddamento asportando il calore generato mediante un fluido refrigerante che circola all’interno di microcanali) o di raffreddamento a immersione diretta dei server in fluidi dielettrici, esistono innanzitutto due diverse modalità di funzionamento del ciclo termico: in single phase, raffreddamento a liquido monofase, o two phase (raffreddamento a liquido bifase). La prima tipologia non comporta alcun cambio di fase del fluido refrigerante, che può essere ad esempio una miscela acqua glicole al 75%, con il vantaggio di avere pertanto un impianto più semplice.

Nel liquid cooling bifase, invece, il liquido di raffreddamento entra in ebollizione nelle cold plates, o per contatto diretto con i componenti immersi nelle vasche di raffreddamento, con passaggio alla fase di vapore. E’ allora necessario un sistema più complesso per la gestione del vapore e l’inserimento di condensatori, oltre a un controllo molto attento dei livelli di pressione e temperatura. Di contro, il liquid cooling bifase permette di asportare grandi quantità di calore con un’efficienza molto superiore rispetto alla modalità monofase.

Altra questione riguarda poi il confronto tra cold plates e raffreddamento a liquido a immersione: l’impiego di cold plates richiede sistemi di pompaggio e tubazioni per il fluido refrigerante verso le piastre fredde posizionate sui componenti, con rischio di perdite nel data center che vanno perciò attentamente controllate. Il raffreddamento a liquido a immersione si presenta in sé più snello a livello di impianto, consentendo inoltre un raffreddamento più omogeneo, con il vantaggio di richiedere interventi di controllo e manutenzione più semplici: serve difatti solo controllare che il livello del fluido refrigerante o del fluido dielettrico nella vasca di raffreddamento sia sufficiente. Di contro, il raffreddamento a liquido a immersione nei data center porta con sé costi iniziali superiori, legati al costo elevato degli speciali fluidi dielettrici da utilizzare e alla costruzione di hardware ad hoc, con ricorso a materiali compatibili per immersione negli speciali liquidi di raffreddamento (con attenzione ad esempio alla scelta di colle e guarnizioni adeguate).

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Le fuel cell, o celle a combustibile, sono dispositivi elettrochimici che convertono l’energia chimica dell’idrogeno in energia elettrica con alta efficienza, producendo acqua e calore come scarto. L’idrogeno verde (green H2) è quindi idrogeno generato da fonti di energia rinnovabile, senza emissioni di carbonio. L’elettrolisi dell’acqua è il metodo che viene più comunemente impiegato per la generazione di idrogeno, sfruttando una reazione chimica che porta alla separazione tra idrogeno e ossigeno.

Come energia green, l’idrogeno verde può quindi essere utilizzato in una varietà di settori, in sostituzione dei combustibili fossili favorendo la transizione energetica. L’idrogeno verde può essere impiegato per le celle a combustibile, ma anche fungere da fonte diretta di energia per l’aviazione, le imbarcazioni, le auto e il trasporto pesante, così come per la generazione di potenza on-site in ambito industriale.

A prescindere dal tipo di tecnologia delle celle elettrolitiche, che si tratti di PEMEC (elettrolizzatore a membrana a scambio protonico), AEMEC (elettrolizzatore a membrana a scambio anionico), AEL (elettrolizzatore alcalino), SOEC (elettrolizzatore a ossido solido) o di qualsiasi altra tecnologia di elettrolisi, gli scambiatori saldobrasati offrono soluzioni ad alto valore ed efficienza per apparecchiature di elettrolisi, elettroliti, pre-riscaldamento dell’acqua di reazione e dei gas, raffreddamento dei fluidi di lavoro e per il recupero di energia dal sistema.

Per queste applicazioni idrogeno, Kaori propone in particolare due tipologie di scambiatori saldobrasati: gli scambiatori in lega ad alto contenuto di nichel sono la soluzione ideale per applicazioni SOEC/SOFC ad alta temperatura, in grado di operare con temperature fino a 900° C. I nuovi scambiatori saldobrasati full inox impiegano invece acciaio inossidabile come materiale d’apporto per la brasatura. Ciò li rende adatti per la generazione di idrogeno tramite elettrolisi PEM e per sistemi di alimentazione, oppure per acqua deionizzata a bassa conduttività che non ammette il passaggio di ioni di rame.

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Per questo motivo da anni promuoviamo il Service Tempco, un programma di manutenzione periodica studiato su misura per le nostre unità di termoregolazione TREG, sistemi di raffreddamento, skid di termoregolazione e centraline custom.

Il service Tempco comprende nello specifico:

• check completo dei parametri di funzionamento;
• verifica delle prestazioni degli scambiatori;
• controllo pompe, valvole, tenute e sensori;
• analisi del fluido termovettore e suggerimento eventuale sostituzione;
• aggiornamento software e taratura regolatori;
• segnalazione preventiva di componenti da sostituire.

Il vantaggio per il cliente è quindi molto semplice: zero sorprese e massima continuità produttiva. La manutenzione programmata consente infatti di:

• evitare fermi improvvisi;
• mantenere i consumi energetici sotto controllo;
• prolungare la vita delle macchine;
• pianificare budget e fermate produttive;
• avere accesso prioritario al nostro supporto tecnico.

Il service, inoltre, è un’occasione per proporre upgrade o nuove soluzioni di efficienza energetica, come l’ottimizzazione dei cicli termici o l’introduzione di sistemi più performanti per il recupero di calore.

In Tempco non vediamo pertanto la manutenzione come un ‘costo’, ma come un investimento per garantire che le macchine lavorino esattamente come il primo giorno, unitamente all’opportunità di apportare continui miglioramenti e ottimizzazioni all’efficienza operativa dei sistemi di gestione termica e controllo della temperatura.

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Ma esistono anche applicazioni che non prevedono per forza un recupero energetico, ma richiedono necessariamente il raffreddamento del processo produttivo a cui gli scambiatori sono asserviti. In questo caso specifico, gli scambiatori free flow sono impiegati nell’industria della carta e della cellulosa, che comprende settori che lavorano la polpa di carta e quindi, chiaramente prima che vengano formati i fogli di carta, utilizzano acqua ricca di particelle solide in sospensione.

Un’altra applicazione simile in cui utilizziamo molti di questi scambiatori è legata alla produzione di granulo plastica. Anche in questo caso, l’acqua di processo da raffreddare è molto sporca e ricca di particelle solide in sospensione.

Si tratta di scambiatori di calore a piastre e, come abbiamo già visto, presentano una struttura particolare. Qualcuno ha obiettato, non avendo punti di contatto tra le piastre, quale livello di pressione differenziale possano sopportare. Chiaramente, possono sopportare pressioni differenziali inferiori rispetto ai classici scambiatori di calore a piastre. Ecco perché, in questo caso, le piastre hanno uno spessore maggiore, a partire da 0,8 o 1 mm, a seconda delle dimensioni della piastra. Di solito sono piastre piuttosto grandi e sono caratterizzate da una bassa resistenza, quindi con basse pressioni di progetto, arrivando fino a PN6, PN10, raramente PN16.

Ma, dopotutto, il tipo di applicazioni in cui vengono impiegati questi scambiatori non richiede mai pressioni di esercizio elevate, solitamente limitate alla pressione di circolazione di una pompa centrifuga, quindi 3 o 4 bar.

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La nuova applicazione dei TCOIL per lavanderie industriali è la prima del genere che sviluppiamo, e si tratta di una soluzione particolarmente furba e innovativa in quanto consente al cliente di ottenere un ingente risparmio energetico. Il cliente dispone infatti di acqua alla temperatura di 45-50° C, che viene canalizzata e inserita nello scambiatore, con acqua di alimento a 12° C che si riesce in tal modo a portare a circa 35-40° C. Il guadagno che si ricava è quindi di circa 20-25° C, e l’acqua così riscaldata grazie all’energia termica recuperata viene mandata in caldaia per essere poi portata a 45° C per un nuovo ciclo. Si ottiene in tal modo un risparmio di circa 2/3 della potenza necessaria, utilizzando ad esempio solo 300 kW invece di 1.000 kW.

E’ un tipo di applicazione decisamente intelligente, con recupero energetico e forte risparmio sui consumi, che oggi diventa decisamente interessante per le imprese a causa dell’aumento dei costi di gas ed energia elettrica. L’incremento dei prezzi dell’energia oggi infatti riduce molto il payback di un impianto di questo tipo, accorciando drasticamente il ritorno dell’investimento, che se prima poteva essere di 10 anni, oggi scende anche magari a soli tre anni. Con quindi un ROI decisamente accessibile e molto conveniente, anche perché un impianto del genere, con costruzione inox, offre poi una vita utile molto più lunga.

Anche in questo caso, si assiste a un cambio di paradigma analogo a quanto si diceva per il passaggio dal riscaldamento a gas a quello elettrico, di cui parlavamo già nel video sulla elettrificazione nel riscaldamento nelle centraline di termoregolazione.

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La sezione Referenze include una serie completa di casi applicativi sviluppati negli anni da Tempco per l’industria Alimentare e Automotive, settore chimico e petrolchimico, applicazioni per le energie rinnovabili, produzione farmaceutica, industria della gomma e materie plastiche, carta, metallurgia, produzione di energia, settore ricerca & engineering e industria tessile.

Moltissime e variegate sono le applicazioni presenti in questa sezione, suddivise per settori merceologici e che impiegano nei più svariati ambiti di produzione le macchine per gestione energia termica di Tempco: scambiatori di calore a piastre, a fascio tubiero e dimple jacket a immersione, centraline di termoregolazione e gruppi frigoriferi, torri evaporative, free cooling e soluzioni di recupero energetico, raffreddamento e riscaldamento ad alta efficienza.

A ogni applicazione è associata una descrizione del tipo di processo e delle esigenze di regolazione della temperatura correlate, la soluzione studiata per il cliente e i macchinari e le apparecchiature utilizzate nella realizzazione dell’impianto. Una scheda tecnica di riepilogo che è possibile scaricare in PDF riassume quindi le caratteristiche dell’applicazione, offrendo una panoramica delle soluzioni per gestione dell’energia termica declinate in tutti i principali settori industriali in cui Tempco opera.

Vi invitiamo quindi a scoprire il vasto mondo delle applicazioni per termoregolazione industriale e regolazione della temperatura sviluppate da Tempco, in continuo aggiornamento, e buona navigazione!

Referenze nelle soluzioni di gestione energia termica Tempco per l’industria

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Dopo aver dato uno sguardo con le precedenti Infografiche ai trend nei settori dell’automazione e del potenziamento intelligente dell’industria e al settore delle energie rinnovabili, le applicazioni di recupero di calore nell’ambito dei processi produttivi sono infatti l’attività distintiva dei progetti che vengono sviluppati in Tempco.

La tecnologia principale considerata nel recupero di calore sono gli scambiatori di calore, macchinari che sfruttando il principio dello scambio termico tra due fluidi che presentato un gap di temperatura tra loro consentono di riutilizzare l’energia termica, disponibile in grandi quantità in molte tipologie di processi produttivi e che è possibile reimpiegare come energia di secondo livello in altri punti del processo. Senza richiedere ulteriore dispendio energetico, contribuendo pertanto in maniera incisiva sul bilancio energetico, implementando logiche di efficienza e risparmio energetico, con riduzione delle emissioni e dell’impatto ambientale dei processi produttivi industriali.

Uno sguardo viene dedicato anche a dry cooling e cogenerazione, soluzioni per un uso intelligente e più efficiente dei combustibili, riducendo lo spreco energetico e sfruttando al meglio le risorse disponibili per assolvere compiti di riscaldamento e raffreddamento presenti in ogni tipologia di industria, dal settore oil & gas e metallurgico, alla produzione alimentare e fino alla lavorazione della plastica e al settore chimico e farmaceutico. Per tutti questi settori, le parole chiave nella visione di Tempco sono efficienza e recupero energetico.

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Le odierne sfide del cambiamento climatico impongono infatti un impegno da parte di tutta l’industria per uno sviluppo sostenibile e responsabile, rispettoso dell’ambiente. L’Energia è un elemento centrale nella strategia climatico-ambientale per tutti i settori industriali, comportando in prima istanza l’uso che ne facciamo. Il consumo energetico nell’industria deve essere sempre più intelligente ed efficiente, riducendo la quantità di energia richiesta nei processi industriali in ogni settore applicativo. Su questo fronte lavora da sempre Tempco, sviluppando soluzioni di recupero dell’energia termica e di efficienza energetica nelle applicazioni di raffreddamento, riscaldamento e termoregolazione industriale.

Il risparmio energetico non è però sufficiente: a monte del processo di generazione deve avvenire al contempo un cambiamento nel tipo di energia che viene consumata. Le fonti rinnovabili dovranno infatti crescere sempre di più per ridurre – e sul lungo termine possibilmente eliminare – il ricorso a combustibili fossili, causa delle emissioni di gas a effetto serra. Tempco supporta la crescita delle energie rinnovabili sviluppando per il comparto soluzioni per gestione dell’energia termica e per una produzione rinnovabile efficiente.

Un vero sviluppo sostenibile non può infatti prescindere dal continuo incremento della quota di energie rinnovabili nel mix energetico globale, tra idroelettrico, solare, eolico e bioenergia. Le rinnovabili sono infine l’unica chiave per il successo dei maggiori trend in corso, dall’elettrificazione della mobilità alle politiche di efficienza energetica nell’industria di processo.

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Nella produzione industriale, l’energia termica è una presenza quasi sempre imprescindibile. Molti processi produttivi infatti utilizzano il calore per svariate lavorazioni alimentari, industriali, del tessile, del vetro e della ceramica, della chimica e della petrolchimica, della metallurgia.
Molti di questi processi hanno come residuo di lavorazione, oltre che parte dei materiali lavorati, anche molta energia termica che viene persa a valle dei processi produttivi. Questa energia prende il nome di cascame di calore, o cascame termico (waste heat, in inglese) e si presenta in varie forme: dai fumi di combustione di un forno, o di un motore a combustione interna, dagli scarichi di una turbina o di un cogeneratore, da vapore in uscita da un impianto di trattamento termico o di essicazione, ecc.

Nelle stesse realtà produttive, all’interno dell’intero processo, ma in un diverso punto della catena di produzione, vi potrebbe anche essere necessità di un sistema di raffreddamento, che anch’esso necessita di energia, ma in questo caso con segno negativo, cioè una richiesta di raffreddamento termico.
E’ in questo contesto che diventa particolarmente interessante l’utilizzo di un’apparecchiatura in grado di utilizzare i cascami termici di un processo per generare dell’energia frigorifera, senza aggravi di consumi energetici, recuperando vantaggiosamente il calore altrimenti disperso.

I cascami termici possono essere classificati in 3 diverse categorie: ad alta temperatura (maggiori di 650°C), a media temperatura (tra 650°C a 225°C) e a bassa temperatura (fino a 225°C).
I cascami a media ed alta temperatura sono la forma più ‘pregiata’ dei cascami in quanto possono essere sfruttati sia direttamente che per alimentare altre apparecchiature, come cogeneratori (per la produzione di energia elettrica e calore) e assorbitori (per la produzione di energia frigorifera). Il calore a bassa temperatura può invece essere utilizzato sottoforma di aria o acqua calda per il riscaldamento o il pre-riscaldo di altri processi produttivi che richiedono, appunto basse temperature.

La produzione del freddo con cascami termici a media-alta temperatura
Gli elementi base per la realizzazione di un impianto di produzione del freddo che utilizza cascami termici, si possono sintetizzare in:
– cascame ad una temperatura maggiore a 220°C e di portata adeguata.
– scambiatore di calore, in grado di trasferire il calore dal cascame (ad esempio fumi di combustione di un forno) al fluido di scambio (olio diatermico o acqua pressurizzata).
– un circuito di distribuzione del fluido di scambio fino all’assorbitore.
– l’assorbitore a fiamma indiretta (Indirect Fired) per la produzione del freddo.

L’unica energia da aggiungere in questo processo è quella elettrica per il funzionamento degli organi ausiliari, tipicamente pompe di circolazione e ventilatori.

Le unità ad assorbimento Power Fluid Robur
La produzione del freddo con un assorbitore Power Fluid Robur è possibile grazie alle peculiari caratteristiche di questa unità, che utilizza al meglio il calore proveniente da un processo tecnologico. Il suo funzionamento interno è riassunto in questo schema.

Il ciclo termodinamico, che prevede l’utilizzo di una soluzione di acqua e ammoniaca racchiusa in un circuito totalmente ermetico (e non soggetto a ripristino, rabbocchi o sostituzione) è attivato dal calore del cascame, che riscalda il generatore per mezzo di una serpentina, nella quale circola olio diatermico o acqua calda pressurizzata.

La condensazione avviene in aria, quindi senza l’ausilio né la necessità di una torre evaporativa (evitando quindi la realizzazione del relativo circuito idraulico e dispositivi di controllo e regolazione).

I vantaggi offerti da Power Fluid
In ogni realtà produttiva che prevede un cascame di calore sopra i 200°C e la necessità di energia frigorifera per il processo tecnologico: metallurgica, chimica, del vetro e del cemento, agro-alimentare, lattiero-casearia, l’utilizzo di unità Power Fluid potrebbe risultare molto vantaggioso in termini di risparmio energetico, offrendo la possibilità di ottimizzare la catena di produzione e l’efficienza dell’intero processo produttivo.

Queste unità hanno caratteristiche particolarmente vantaggiose per gli usi tecnologici, in quanto:
– sono semplici nella realizzazione dell’impianto, in quanto non utilizzano torri evaporative, non occupano altro spazio e sono installabili all’esterno.
– sono molto affidabili, in quanto il ciclo termodinamico di queste unità è praticamente statico (solo 2 parti in movimento compreso il ventilatore), caratteristica che consente una lunga durata di funzionamento senza pressoché alcuna perdita di efficienza.
– hanno un ampio campo di funzionamento, sia dell’aria esterna (condensazione), sia dell’acqua fredda in mandata, che può essere prodotta fino a -10°C.
– non richiedono pratiche o autorizzazioni o denunce per l’utilizzo del refrigerante, in quanto utilizza ammoniaca, refrigerante del tutto naturale (valori di ODP e GWP pari a zero).
– è conveniente economicamente, in particolare se viene utilizzata per molte ore/anno di funzionamento, in quanto tutta l’energia frigorifera prodotta è di fatto gratuita.

Verifica preliminare della fattibilità dell’impianto di recupero
Prima di procedere ad una valutazione dettagliata dalla soluzione, è opportuno preliminarmente verificare i seguenti punti:
– disponibilità di cascame termico ad una temperatura superiore a 220-240°C. Questa condizione è vincolante per ottenere fluido intermedio di scambio per alimentare l’assorbitore ad una temperatura sufficiente ad innescare il ciclo termodinamico con efficienza.
– contemporaneità di disponibilità di calore di recupero e richiesta di energia frigorifera. L’energia frigorifera erogata dall’assorbitore è subordinata alla presenza di cascami termici utili ad alimentarlo. E’ sempre possibile stoccare l’energia frigorifera eventualmente in eccesso, ma questa condizione richiede un maggiore investimento nell’impianto del circuito frigorifero e quindi va valutata con attenzione.
– ore di funzionamento/potenza frigorifera richiesta per definire il tempo di rientro dell’investimento. Questo indice, come detto, tanto è più elevato, tanto minore sarà il tempo di rientro dell’investimento, in quanto tutta l’energia frigorifera prodotta in modo gratuito coprirà, nel tempo, i costi di investimento dell’impianto realizzato.

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Abbiamo inoltre sviluppato una serie di centraline di termoregolazione con riscaldamento elettrico che implementano dei sistemi di variazione della potenza in continuo, per erogare al cliente la potenza effettiva che gli serve nel momento esatto in cui gli serve, in modalità just-in-time.

I sistemi di raffreddamento in free cooling sono un’altra tecnologia che sviluppiamo da anni per il risparmio energetico. Una novità è invece il progetto iTempco: nato a gennaio del 2019, iTempco è un progetto di monitoraggio delle condizioni operative delle nostre centraline cui pensavamo da parecchio tempo. Il sistema consente di verificare da remoto in cloud sia il funzionamento che le prestazioni delle macchine termiche, per poter implementare servizi di manutenzione predittiva dei sistemi. Il sistema ci consente inoltre di capire come stanno funzionando le nostre macchine, e come sono dimensionate in funzione delle esigenze del cliente, dandoci un feedback loop tecnico per apportare miglioramenti e ottimizzare la progettazione delle nostre macchine, in modalità data-driven.

Infine, il Tempcoblog da cui anche oggi scriviamo è qualcosa che sviluppiamo da 15 anni per avere una finestra di contatto diretto con i nostri clienti, attuali e potenziali, dove dare aggiornamenti sulle soluzioni e applicazioni che sviluppiamo per la risoluzione di problematiche di scambio termico e recupero energetico. E quale occasione migliore per ringraziare tutti gli utenti che in questi anni ci hanno seguito e che continuano a seguirci con tanto interesse, un sentito grazie! Anche per il riscontro che stiamo vedendo per la serie di video che da quest’anno stiamo pubblicando sul nostro canale YouTube Tempco.

Per il futuro di Tempco, abbiamo le idee chiare: vogliamo continuare a crescere, per dare un supporto sempre migliore ai nostri clienti nelle loro applicazioni di risparmio energetico e di regolazione della temperatura. Le persone che lavorano in Tempco compongono un team molto preparato e affiatato, che ci permette di reagire in maniera molto rapida alle richieste del mercato. In Tempco amiamo le sfide, perché per noi questo più che un lavoro, è davvero una passione!

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