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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Ci sono infatti applicazioni dove il fluido da raffreddare è aggressivo o l’ambiente è corrosivo: in questi contesti, un classico tubo in rame non basta. Servono batterie in acciaio inox, capaci di garantire durata e affidabilità anche in condizioni difficili. Altre volte la richiesta arriva dai codici di costruzione: realizzazioni conformi ASME, indispensabili per impianti destinati a settori regolamentati o a mercati dove la certificazione è un requisito imprescindibile.

Sono esempi concreti di come i dry cooler possano diventare apparecchi unici, pensati per esigenze molto specifiche. 
Proprio qui entra in gioco la filosofia Tempco: offrire soluzioni che non si limitano a ‘raffreddare’, ma che accompagnano il cliente rispondendo alle sue peculiari necessità di processo con la stessa logica del ‘tailor made’.

Un dry cooler, quindi, non è mai soltanto un dry cooler. Può diventare un elemento critico di affidabilità, sicurezza e prestazioni di processo, quando è progettato con materiali e codici adatti al contesto reale in cui dovrà operare.

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Un impianto non correttamente verificato può andare incontro, nei mesi estivi, a una serie di problematiche tra loro collegate:

• Riduzione della capacità di raffreddamento, con impossibilità di mantenere le condizioni di processo richieste
• Aumento dei consumi energetici, perché l’impianto lavora fuori condizione per compensare le inefficienze
• Allarmi e fermi improvvisi, spesso nei momenti di picco produttivo
• Perdita di efficienza del processo a valle, con ricadute su qualità e produttività

Per affrontare i carichi estivi in sicurezza, è opportuno pianificare con anticipo una verifica sistematica dell’impianto. I principali punti da controllare sono i seguenti.

Pulizia e stato degli scambiatori di calore. Le superfici di scambio termico devono essere pulite e prive di depositi o incrostazioni. Anche uno strato sottile di fouling può ridurre sensibilmente il coefficiente globale di scambio U, degradando le prestazioni nominali dell’unità. La verifica deve includere sia il lato processo che il lato servizio.

Circuito idraulico e qualità dell’acqua. Incrostazioni nelle tubazioni, corrosione localizzata e degrado della qualità dell’acqua di raffreddamento sono tra le cause più frequenti di problemi durate il periodo estico. È importante controllare il pH, la durezza e la concentrazione di eventuali inibitori, oltre a verificare la corretta circolazione nei circuiti.

Componenti di ventilazione e condensazione. Nei dry cooler e nelle torri evaporative, la sezione di condensazione è la prima a risentire delle alte temperature esterne. Verificare il funzionamento corretto dei ventilatori, la pulizia del pacco alettato e l’assenza di ostruzioni al flusso d’aria è fondamentale per non penalizzare la capacità dell’unità.

Controllo funzionale generale. La verifica deve concludersi con un controllo funzionale complessivo: taratura dei controlli di temperatura e pressione, stato dei componenti di regolazione, gestione degli allarmi e verifica della corretta sequenza di funzionamento nelle condizioni di picco.

Una manutenzione preventiva condotta prima dell’estate permette di identificare e risolvere le criticità quando c’è ancora tempo per farlo con calma, evitando interventi in emergenza durante i periodi di massima produzione.

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I ventilatori trovano ampio utilizzo nei sistemi di controllo della temperatura, raffreddamento e termoregolazione nell’industria di processo realizzati da Tempco. Il regolamento definisce un ventilatore come un dispositivo costituito almeno da tre componenti: statore, rotore e motore. Il ventilatore deve quindi raggiungere l’efficienza minima richiesta nel suo punto di lavoro ottimale, laddove l’efficienza viene calcolata come rapporto tra la prestazione aeraulica e la potenza elettrica utilizzata.

Il nuovo Regolamento sugli elettroventilatori richiede altresì maggiori informazioni sui carichi parziali e specifica anche obblighi di documentazione a carico del produttore/distributore/utente, includendo oltre all’efficienza anche informazioni sulla riparabilità. La normativa in tal mondo intende favorire lo sviluppo dell’economia circolare tramite la disponibilità di pezzi di ricambio.

I nuovi requisiti, che inaspriscono i requisiti di efficienza energetica per i ventilatori rispetto a quanto stabilito dal precedente regolamento sulla progettazione ecocompatibile, permetteranno dunque una ulteriore riduzione del consumo energetico negli impianti industriali per controllo della temperatura e raffreddamento. Portando un risparmio che negli elettroventilatori può essere ulteriormente incrementato grazie all’utilizzo di inverter che consentono di regolare la velocità e quindi il volume dell’aria in base alle reali esigenze di processo.

I ventilatori che rispettano i limiti minimi di efficienza imposti dalla normativa si potranno riconoscere in quanto avranno etichettatura CE che ne attesta la conformità. Solo i ventilatori conformi alla normativa CE potranno quindi essere immessi sul mercato europeo, a prescindere dal fatto che siano prodotti nell’UE o importati da Paesi extra UE.

E’ infine previsto un periodo di transizione fino al 24 luglio 2027 per adeguarsi ai nuovi requisiti di efficienza e ai requisiti di documentazione estesi imposti dalla normativa per i ventilatori installati in altri prodotti, i cosiddetti ventilatori incorporati.

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In Tempco realizziamo sistemi completi di raffreddamento che uniscono in un’unica soluzione tutti i componenti necessari per smaltire il calore prodotto dal motore e dall’aria di sovralimentazione, offrendo il vantaggio di una progettazione integrata.
 Questo approccio assicura compatibilità idraulica, semplicità di installazione e un funzionamento efficiente e coordinato di tutte le parti.

Il sistema di raffreddamento integrato per gruppi elettrogeni di emergenza è composto da:

• HX1 – Scambiatore jacket water, dedicato al circuito principale del motore.
• HX2 – Scambiatore aria di sovralimentazione, per mantenere la temperatura ottimale dell’aria in aspirazione.
• P1/P2 – Gruppo di pompaggio, realizzato su skid completo di pompe, valvole, strumenti e quadro elettrico di comando.
• RAD – Elettroradiatore remoto, installato in posizione ottimale per la ventilazione e la dissipazione del calore.
• VEXP – Vaso di espansione, equipaggiato con tappo radiatore, livello visivo e livellostato di minimo livello, fornito per montaggio a cura del cliente in base alla configurazione impiantistica.

L’architettura del sistema può essere rappresentata come nell’immagine qui sotto:

La combinazione dei due circuiti del jacket water e di raffreddamento dell’aria di sovralimentazione consente di mantenere costante la temperatura di esercizio del motore, migliorando l’efficienza e riducendo i tempi di avviamento in emergenza.

Rispetto alle soluzioni tradizionali, dove i componenti vengono forniti separatamente, il sistema Tempco garantisce una gestione semplificata dell’impianto, con dimensionamento e integrazione studiati caso per caso sulle specifiche del motore e sulle condizioni ambientali di installazione.

Questo approccio ingegneristico unisce modularità, affidabilità e prontezza operativa, assicurando ai gruppi elettrogeni di emergenza un raffreddamento stabile e performante, sempre pronto a entrare in azione quando serve davvero.

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Gli scambiatori ad aria – o dry cooler – sono spesso visti come apparecchi ‘semplici’: una batteria alettata con dei ventilatori che garantiscono lo smaltimento termico.
 In realtà, quando ci si avvicina alle esigenze reali degli impianti, emergono subito richieste che rendono questi sistemi tutt’altro che standard.

Un tema centrale è proprio quello delle normative elettriche e di ventilazione, che variano a seconda del settore e dell’area geografica di destinazione:

• ambienti con rischio di esplosione, che richiedono ventilatori ATEX;
• applicazioni soggette a normative IN METRO, in ambito internazionale;
• richieste di conformità UL, necessarie per i mercati nordamericani.

Sono tutte situazioni in cui il dry cooler non può più essere considerato un prodotto a catalogo, ma un progetto su misura, studiato sulle condizioni specifiche del cliente e del processo.

La versatilità di Tempco sta proprio qui: un approccio flessibile, che ci consente di integrare ventilatori e motori speciali, rispettando normative diverse e garantendo la massima sicurezza operativa. Perché dietro a quello che sembra ‘solo un ventilatore’, in realtà c’è la chiave per far lavorare un intero impianto in modo sicuro, affidabile e conforme alle normative di settore.

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Le foto scattate prima della sostituzione mostrano infatti molto chiaramente lo stato di grave corrosione delle alette del pacco di scambio dei radiatori.

Abbiamo dunque provveduto alla sostituzione dei radiatori provvedendo al contempo a un revamping dell’impianto, installando batterie di scambio con speciale trattamento ELECTROFIN. Il trattamento ElectroFin è uno speciale rivestimento protettivo anti-corrosione che viene applicato per elettrodeposizione, che assicura la corretta protezione del pacco alettato dagli agenti aggressivi cui gli impianti e le attrezzature sono esposte nelle installazioni in ambiente salino/marino.

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I sistemi di raffreddamento dei bruciatori sono cruciali negli impianti di ossitaglio di bramme e billette per diverse ragioni:

1. Prevenzione del surriscaldamento: i bruciatori funzionano a temperature estremamente elevate. Senza un adeguato raffreddamento, potrebbero surriscaldarsi, causando danni strutturali o guasti.
2. Mantenimento dell’efficienza: un bruciatore raffreddato in modo appropriato opera in modo più efficiente. Il raffreddamento impedisce che le temperature troppo alte alterino le prestazioni, mantenendo un taglio preciso e costante.
3. Sicurezza: il raffreddamento riduce il rischio di incendi o esplosioni dovute al surriscaldamento, migliorando la sicurezza dell’intero impianto.
4. Durata dei componenti: il raffreddamento regolare riduce l’usura dei componenti del bruciatore, prolungando la vita utile dell’impianto e riducendo i costi di manutenzione.

Il raffreddamento avviene per ovvi motivi ad acqua, con dissipazione che spesso può essere effettuata mediante l’utilizzo di free-cooler, in quanto i livelli di temperatura non sono particolarmente spinti.

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Ma di fatto, quando è possibile installare un sistema di free cooling? Spesso ci sono industrie di processo che richiedono attività di raffreddamento all’interno del loro processo produttivo con temperature dell’acqua di raffreddamento piuttosto basse. Diciamo 10-15 o anche 20° C. Sono requisiti che una torre evaporativa non può soddisfare durante la stagione calda, e nemmeno un sistema con radiatore, che sfrutta la dissipazione del calore mediante l’aria.
E’ pertanto necessario utilizzare dei gruppi frigoriferi.

Ma ci sono condizioni ambientali, durante la stagione fredda, o anche durante le ore più fresche della giornata, in cui un gruppo frigorifero è sostanzialmente uno spreco, perché potendo sfruttare le condizioni ambientali favorevolmente fredde in questi frangenti, potrebbe bastare un dry cooler, cioè un dissipatore. Che tipo di vantaggi porta un sistema di free cooling?

A livello di costi si tratta chiaramente di qualcosa in più che dobbiamo implementare all’interno dell’impianto di refrigerazione. Sostanzialmente, si deve accompagnare un refrigeratore con un sistema di freecooling, un oggetto che durante la stagione estiva probabilmente non servirà. Ma durante la stagione invernale, consentirà di spegnere i chiller. Questo di fatto comporta un importante risparmio energetico.

Facendo un bilancio grossolano, con un gruppo frigorifero con COP 3 (Coefficiente di Prestazione) per ottenere una dissipazione di 90 kW termici abbiamo un consumo di energia elettrica di 30 kW, più o meno. Di questi 30 kW, 24-25 kW vengono generalmente consumati dai compressori di refrigerazione necessari per raffreddare l’acqua. Utilizzando un sistema di free cooling, questi 24-25 kW svaniranno perché rimarranno solamente i kW impiegati per la ventilazione, chiaramente, e i kW dedicati alla pompa di circolazione dell’acqua. È quindi chiaro che avremo un notevole risparmio energetico dissipando la stessa quantità di energia termica.

Adesso possiamo anche fare un paio di valutazioni per capire quale potrebbe essere il ritorno dell’investimento di un impianto di free cooling. Diciamo che ci sono moltissime applicazioni in cui il free cooling è sicuramente un’ottima soluzione. Dipende chiaramente dalla latitudine: più l’impianto è installato in una regione fredda o che ha una stagione fredda più lunga, più sarà facile avere un ROI più breve della soluzione free cooling.

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