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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Oggi il rapido e continuo aumento delle quantità di calore rilasciato dai chip rende insufficiente il ricorso ai tradizionali sistemi di condizionamento ad aria. Gli scambiatori di calore saldobrasati Tempco BPHE, disponibili anche in versione full stainless steel, sono il cuore tecnologico di questo passaggio al raffreddamento a liquido, vero enabler tecnologico che porta la sostenibilità nei data center riducendo il PUE (power usage effectiveness) e permettendo al contempo un aumento di densità dei rack.

Le prestazioni superiori del liquid cooling sono dovute innanzitutto alla superiore efficienza di scambio termico dei liquidi rispetto all’aria, che consente uno smaltimento più efficace del calore, con minore consumo energetico a parità di quantità di calore da smaltire. E’ così possibile gestire densità di potenza più elevate tipiche delle applicazioni AI e HPC, con alte prestazioni, in modo affidabile e più green. Il liquid cooling permette inoltre un raffreddamento molto più mirato e preciso, grazie al fatto che un liquido è più facile da indirizzare verso componenti specifici rispetto all’aria. L’ecosistema di raffreddamento viene poi completato da sistemi di free cooling e chiller posti all’esterno del data center, che provvedono alla dissipazione del calore asportato dai server e convogliato all’esterno mediante gli scambiatori BPHE.

Tempco fornisce scambiatori di calore saldobrasati BPHE per il raffreddamento a liquido dei data center con modelli e versioni adatti a ogni tipologia di liquid cooling, a prescindere dalla loro architettura. L’elevata compattezza che contraddistingue questi scambiatori permette inoltre una facile integrazione nelle CDU (Coolant distribution units) presenti nei sistemi di raffreddamento a liquido, con notevole risparmio di spazio all’interno delle installazioni. Le competenze di processo di Tempco e nella produzione di soluzioni integrate come sistemi skid offrono quindi un ulteriore vantaggio per i costruttori e operatori di data center, nella realizzazione di soluzioni complete e compatte di facile installazione e integrazione nelle infrastrutture di calcolo.

Gli scambiatori di calore saldobrasati Tempco possono essere impiegati sia per sistemi di raffreddamento a liquido mediante cold plates sia per sistemi a immersione, le due principali tipologie di raffreddamento a liquido nei data center. La gamma copre un ampio range di potenze, per soluzioni In-rack CDU con modelli di scambiatore da 5 a 200 kW, e per sistemi In-row Stand alone CDU per potenze da 500 kW a 3 MW.

La gamma di scambiatori saldobrasati Tempco include tipologie di scambiatori adatte per architetture di raffreddamento a liquido Direct-to-Chip (DTC) che impiegano cold plates. La tecnologia cold plates impiega piastre metalliche in materiale conduttivo che vengono applicate direttamente sui componenti elettronici, GDU e CPU, a più alto consumo. Il calore generato viene assorbito da un liquido refrigerante che circola all’interno delle cold plates, in strutture a microcanali. Le CDU in questo sistema di raffreddamento a liquido fungono da barriera di sicurezza idraulica: qui il liquido surriscaldato in arrivo dalle cold plates fluisce verso lo scambiatore BPHE, e una volta raffreddato viene reimmesso nel ciclo, restando separato dal circuito esterno dell’acqua di raffreddamento (free cooler, chiller e torri evaporative) proteggendo i dispositivi IT da potenziali contaminazioni.

Tempco offre scambiatori a piastre saldobrasati per le CDU nelle soluzioni di raffreddamento a liquido con cold plates sia per architetture in-raw, dove la grande compattezza degli scambiatori consente una facile integrazione della CDU all’interno degli armadi dei server, o in-row, con CDU in armadi stand-alone esterni ai singoli rack IT che possono servire fino a un massimo di 10 server contemporaneamente.

La gamma comprende quindi scambiatori saldobrasati BPHE per soluzioni di raffreddamento a liquido a immersione. A differenza delle cold plates, che vengono applicate direttamente su chip e componenti a più alta potenza – richiedendo quindi solitamente soluzioni ibride con ricorso al raffreddamento ad aria per altre parti dell’infrastruttura di calcolo – nel raffreddamento a liquido a immersione tutto l’hardware viene immerso in apposite vasche contenenti speciali fluidi dielettrici, garantendo un raffreddamento uniforme di tutti i componenti, senza quindi hot spots.

Per entrambe le tipologie di liquid cooling, con cold plates o a immersione, Tempco offre infine scambiatori di calore saldobrasati ottimizzati per sistemi di liquid cooling a singola fase (Single phase cooling), in cui il fluido refrigerante (spesso una miscela di acqua e glicole) mantiene la fase liquida durante tutto il ciclo termico, sia per sistemi bifase (Two phase cooling), in cui il fluido refrigerante bolle a contatto con la cold plate o con i server surriscaldati. Questa seconda tipologia bifase offre un’efficienza di raffreddamento superiore, ideale quindi per carichi di lavoro elevati e rack ad altissima densità, richiedendo di contro un circuito di raffreddamento più complesso per consentire la gestione di fasi di evaporazione, con un controllo più preciso di pressione e temperatura.

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La soluzione più semplice e meno invasiva per questa specifica applicazione è stato uno scambiatore TCOIL in acciaio inox immerso direttamente nella vasca. La soluzione non ha richiesto alcuna modifica alla macchina, permette lo scambio a contatto diretto con l’olio, e lo scambiatore viene alimentato con acqua di torre, chiller o pozzo.

Molteplici sono quindi i vantaggi offerti dalla soluzione proposta da Tempco per l’applicazione:

• Installazione minima: lo scambiatore a immersione TCOIL si inserisce nella vasca dell’olio da taglio, senza bisogno di modifiche alla macchina né tubazioni di processo aggiuntive.
• Contatto diretto con il fluido: lo scambio di calore avviene direttamente nell’olio, senza pompe o circuiti secondari lato processo.
• Materiali su misura: acciaio inox AISI 304/316 per resistere a olio, emulsioni e ambienti aggressivi.
• Alimentazione flessibile: la serpentina può essere alimentata con acqua di torre, di chiller o di pozzo; conoscere temperatura e disponibilità dell’acqua di raffreddamento è determinante per il dimensionamento.

Infine, il segreto di una soluzione che funziona, garantendo massima efficacia nel raffreddamento ed efficienza, sta a monte: misurare il carico termico reale (volume, ΔT, ore di lavoro) e dimensionare di conseguenza. A tal fine, prima di sviluppate la proposta, il team tecnico di Tempco procede sempre a un sopralluogo presso il cliente.

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Gli F-GAS sono gas frigorigeni, sostanze essenziali per il funzionamento di una serie di apparecchiature, come condizionatori d’aria e pompe di calore, sistemi antincendio a gas e chiller e impianti di refrigerazione.

Il nuovo regolamento impone nello specifico caso dei chiller limiti molto severi a partire dal primo gennaio 2027, per quanto concerne i nuovi impianti. I limiti si basano sul cosiddetto GWP, Global Warming Potential, e richiedono la dismissione dell’utilizzo di alcune tipologie di F-GAS e di contro il passaggio a gas a basso impatto ambientale o l’utilizzo di refrigeranti naturali.

I limiti nell’utilizzo di gas frigorigeni imposti per i chiller di nuova produzione variano quindi a seconda della potenza:

• Fino a 12 kW di potenza: dal 1° gennaio 2027, divieto assoluto di utilizzare gas fluorurati con un GWP pari o superiore a 150 (salvo specifiche deroghe quando sia necessario soddisfare requisiti di sicurezza).
• Oltre 12 kW di potenza: dal 1° gennaio 2027, è consentito l’uso di refrigeranti fluorurati esclusivamente con un GWP inferiore a 750.
• Dal 1° gennaio 2032: è previsto un ulteriore inasprimento del regolamento, con il divieto totale di utilizzare qualsiasi gas fluorurato.

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Tra le soluzioni di raffreddamento offerte da Tempco per i data center, particolare attenzione è rivolta alle più innovative tecnologie di raffreddamento a liquido, che offrono maggiore efficienza nella dissipazione del calore generato dai chip – e quindi una migliore regolazione della temperatura – grazie alla migliore conduttività dei liquidi rispetto alle tradizionali soluzioni di raffreddamento ad aria. Gli scambiatori saldobrasati Tempco fungono quindi da tecnologia chiave per le CDU – Coolant distribution units – impiegate nel raffreddamento a liquido dei data center ad alte prestazioni, strategico per ridurre l’impatto ambientale dei data center, aumentandone la sostenibilità e migliorando l’efficienza dei consumi energetici (PUE, power usage effectiveness).

La migliore gestione termica resa possibile dal raffreddamento a liquido permette inoltre ai data center di funzionare a densità di potenza più elevate, mantenendo alte prestazioni e affidabilità.

Il raffreddamento a liquido di server e dispositivi elettronici impiega fluidi dielettrici, compatibili per il contatto diretto con chip e apparecchiature elettroniche, nel caso del raffreddamento a immersione diretta, o per applicazioni cold plates. Le cold plates sono particolari componenti impiegati nel raffreddamento a liquido di componenti elettronici, realizzati in metalli ad alta conducibilità termica (in genere rame o alluminio). Il chip o componente elettronico che si surriscalda è fissato direttamente alla cold plate, e il calore passa a questa per conduzione. Al suo interno il liquido refrigerante scorre in particolari strutture a micro canali, che aumentano enormemente la superficie di contatto con il metallo surriscaldato. Il liquido assorbe quindi il calore e, per mezzo di una piccola pompa, viene spinto fuori dalla cold plate verso uno scambiatore di calore o un chiller.

Oltre alla superiore efficienza di dissipazione del calore generato dai server, il raffreddamento a liquido offre anche un altro vantaggio fondamentale, ovvero la compattezza, consentendo di realizzare strutture di calcolo ad alta densità nei data center risparmiando spazio di installazione. La gamma di scambiatori saldobrasati Tempco per raffreddamento a liquido nei data center offre quindi dimensioni molto compatte, che permettono una facile integrazione nelle CDU all’interno dei rack o nelle architetture in-row, che possono servire fino a 10 rack.

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Sempre per applicazioni farmaceutiche, abbiamo quindi di recente fornito tre centraline TREG per termoregolazione di fluidi siliconici per reattori smaltati. Si tratta sempre di una classica applicazione di termoregolazione monofluido, dotata di riscaldamento mediate resistenze elettriche e sezione di raffreddamento a bassa temperatura (-30° C) tramite scambiatori a piastre saldobrasati e valvole miscelatrici.

Il controllo delle rampe di temperatura è ottenuto tramite termoregolatori elettronici dedicati e tiristori (SCR), che permettono al cliente di pilotare le resistenze con potenza modulante. Le centraline lavorano infine con pompe speciali, con tecnologia a trascinamento magnetico e amplissimo range di temperatura compreso tra -30/+300° C.

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Si tratta di unità compatte, sviluppate con ingombri personalizzati per essere integrate all’interno delle carpenterie macchina del cliente. 
Ogni versione è configurata in base alle specifiche dell’applicazione: riscaldamento elettrico con resistenze da 3 a 24 kW, circolazione forzata mediante pompa a piede immerso, e raffreddamento tramite serpentino immerso collegato a un circuito acqua industriale o chiller esterno.

Il circuito è atmosferico, con vasca in acciaio inox, progettata per garantire la massima igiene e semplicità di manutenzione.
 Il range di temperatura di esercizio consigliato è 0/75 °C, ideale per processi di lavaggio, miscelazione o condizionamento termico di fluidi di processo.

Le versioni sia per il settore farmaceutico che food & beverage prevedono materiali e componentistica compatibili con l’ambiente wash-down e, su richiesta, connessioni sanitarie clamp o DIN. Sono altresì disponibili versioni con opzione di controllo remoto via PLC, segnali analogici o bus di campo (Modbus, Profinet, EtherNet/IP).

Queste soluzioni offrono agli OEM la possibilità di integrare facilmente un sistema di termoregolazione completo, compatto e affidabile, riducendo tempi di sviluppo e garantendo una gestione termica efficiente del processo produttivo. Come sempre, ogni progetto nasce dal confronto tecnico con l’utilizzatore, per adattare dimensioni, materiali, potenze e logiche di controllo alle specifiche esigenze dell’impianto.

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Queste macchine operano a -20°C, garantendo la termostatazione dei reattori impiegati nei processi di produzione dei principi attivi. Un’applicazione critica, che richiede affidabilità, precisione e continuità operativa.

Il progetto è stato completato in tempi record: 4 mesi dalla conferma d’ordine alla consegna, con messa in servizio che è avvenuta senza alcuna difficoltà. Un risultato che conferma ancora una volta l’impegno del team Tempco nel supportare l’industria farmaceutica con soluzioni su misura, efficienti e affidabili.

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Questa fornitura, portata a termine a fine dello scorso anno e avviata a gennaio con collaudo on-site positivo, si è distinta per due fattori chiave:

• Performance e affidabilità: impianto progettato per garantire continuità operativa h24.
• Tempi di consegna ridotti: progettazione, realizzazione e collaudo completati nei tempi richiesti, consentendo al cliente di avviare la produzione senza ritardi.

Di seguito le caratteristiche tecniche dei chiller forniti:

• Fluido di processo: miscela acqua/glicole monoetilenico inibito al 50%
• Temperatura di esercizio: -30°C
• Potenza frigorifera: 75 kW per unità
• Condensazione ad acqua con scambiatori a piastre
• Installazione indoor, in un’area sicura del sito produttivo
• Tensione di alimentazione: 400V – 3F – 50Hz

I chiller hanno circuito idraulico integrato, e ogni unità è fornita completa di: pompa di circolazione, con prevalenza di 2÷2,5 bar, garantendo un flusso stabile e costante ai reattori; serbatoio di accumulo, per ottimizzare la gestione termica e ridurre le fluttuazioni di temperatura; valvole termostatiche, per un controllo preciso della regolazione frigorifera; accumuli e tubazioni in inox AISI 304, con coibentazione e rivestimento in lamierino inox, per garantire durabilità e isolamento termico ottimale.

Diversi sono infine i vantaggi dell’impianto realizzato per il cliente:

• Massima efficienza energetica – grazie alla condensazione ad acqua e all’uso di scambiatori a piastre ad alta efficienza.
• Precisione nel controllo della temperatura – essenziale per la stabilità dei processi chimici farmaceutici.
• Affidabilità operativa – progettato per funzionare in modo continuativo senza interruzioni.
• 
Installazione plug & play – grazie all’integrazione completa della parte idraulica, il sistema è stato immediatamente messo in produzione dopo il collaudo.

Questa fornitura rappresenta un altro esempio di come Tempco sia in grado di sviluppare soluzioni avanzate per il raffreddamento industriale, con elevata efficienza e tempi di consegna ridotti. Grazie alla nostra esperienza nel settore pharma, siamo riusciti a rispondere in modo puntuale alle esigenze del cliente, garantendo un impianto performante e pronto all’uso.

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Oltre e prima della produzione industriale, chiaramente esistono anche laboratori farmaceutici dove si testano e si provano nuovi prodotti e nuovi farmaci, producendo in certo senso in modo preliminare quelle stesse sostanze che poi verranno prodotte in batch per un consumo industriale. Anche i laboratori farmaceutici necessitano quindi di processi di controllo della temperatura. A questo scopo, nei laboratori farmaceutici vengono utilizzati macchinari molto compatti e piccoli, che devono offrire un campo di lavoro estremamente ampio.

Questo perché un laboratorio è il luogo in cui vengono eseguite le attività di test, pertanto molto spesso l’intervallo di temperatura finale non è ancora definito, ma è necessario fare diverse prove, per verificare se ad una certa temperatura avverrà la reazione attesa, oltre poi per comprendere a quale temperatura il prodotto deve essere raffreddato per mantenere le caratteristiche raggiunte in alta temperatura.

A questo scopo esistono sistemi di regolazione della temperatura speciali e molto flessibili che consentono elevata addatabilità per rispondere alle variabili esigenze dei laboratori farmaceutici.

Solitamente il ciclo di riscaldamento in questi sistemi è svolto tramite un sistema elettrico, poiché le potenze richieste sono molto basse. Lo stesso vale per la sezione di raffreddamento, che impiega piccoli gruppi frigoriferi di bassa potenza ma che consentono di raggiungere temperature molto basse. Per questi motivi esistono questi sistemi che offrono un ampio range di temperatura di lavoro, offrendo ad esempio la possibilità di arrivare a -30° C e poi fino a +250° C, quindi un range di temperatura molto esteso per garantire la possibilità di effettuare tutti i test di produzione stabilendo i parametri di processo che verranno poi tradotti nella produzione industriale.

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