Il continuo sviluppo della tecnologia in questo settore e la ricerca costante del risparmio energetico si riflettono in una evoluzione delle soluzioni di condizionamento: dal controllo della distribuzione dell’aria allo sviluppo di condizionatori disposti vicino alle fonti di calore, all’utilizzo di dispositivi ad alta efficienza. La tecnologia ad ultrasuoni CAREL consente di abbassare al minimo i consumi energetici, e al contempo di ridurre le manutenzioni, grazie all’incredibile durata dei trasduttori piezoelettrici (fino a 10.000 h). OptiMist è un umidificatore e raffreddatore evaporativo che atomizza l’acqua in goccioline finissime che, evaporando spontaneamente, sottraggono calore all’aria umidificata e raffreddata. PlantvisorPRO è dotato della funzionalità web server, per cui garantisce il pieno accesso a tutte le funzionalità all'interno della rete locale o in remoto tramite VPN: l'accesso ai differenti utenti avviene con profili differenziati e secondo standard di sicurezza adeguati.
Secondo i dati di un report redatto dalla Rutgers University l’umidità è la maggiore causa dei guasti all’hard disk dei data center. "Non è il caldo, è l'umidità." Quante volte abbiamo sentito questa frase, rispondente alla realtà, in riferimento ai disagi causati dalle condizioni metereologiche? Lo stesso principio vale anche per i malfunzionamenti dei data center. A rivelarlo è uno studio redatto dalla Rutgers University, in collaborazione con GoDaddy e Microsoft, intitolato "Environmental Conditions and Disk Reliability in Free-cooled Datacenters" (PDF IN ALLEGATO) da cui emerge che le probabilità di guasti ai controllori e adattatori aumentano considerevolmente all’aumentare dei livelli di umidità.
Il free-cooling aumenta le performance, ma crea umidità. Il report rileva che gli operatori di data center di grandi dimensioni stimano annualmente un valore di Power Usage Effectiveness (PUE) dell’1,1-1,2, il che significa che solo il 10% -20% di energia viene consumata non per le operazioni di calcolo ma per i processi di raffreddamento. Un percentuale in netto calo rispetto a 7-8 anni fa quando i punteggi si assestavano intorno a 3. Questo miglioramento dipende soprattutto dai processi, ormai molto diffusi, di ‘raffreddamento a evaporazione diretta’ o ‘free-cooling’, che abbassa la temperatura utilizzando il calore latente dell’evaporazione, trasformando l’acqua in vapore acqueo. Un processo che aumenta l’efficienza del sistema ma che fa schizzare la percentuale di umidità al 90%. Danneggiando i componenti del sistema e bloccando il processo evaporativo.
Secondo lo studio, i guasti dell’hard disk dei data center rappresentato l’89% dei guasti della componentistica, al secondo posto (10%) troviamo i moduli di memoria DIMM e al terzo (5%) le CPU. E i ricercatori hanno evidenziato come ci sia una forte correlazione fra i livelli di umidità e il tasso di malfunzionamenti dell’hard disk e dei dispositivi di controllo.
Le soluzioni per risolvere la problematica. Come risolvere il problema? Una delle conclusioni degli analisti è che bisognerebbe investire maggiormente in dispositivi di monitoraggio dei tassi di umidità e in operazioni manutentive. Sarebbe poi buona prassi il posizionare l’hard disk dei data center sul retro del server, l’area più calda ma meno umida. Oltre alla temperatura, anche l’umidità dell’aria rappresenta un parametro vitale per il corretto funzionamento dei server e dei componenti del sistema di calcolo. Al superamento della soglia critica di temperatura, i server potrebbero arrestarsi automaticamente e i servizi forniti potrebbero interrompersi o funzionare a intermittenza.
Per questo motivo si adottano diverse soluzioni per garantire il raffreddamento dei sistemi informatici. Una fra queste è il free-cooling che ha, come controindicazione, l’incremento dell’umidità dell’aria. Quando temperatura e umidità sono elevate aumenta la probabilità che quest’ultima si possa condensare sulle superfici più fresche diventando un pericolo potenziale per hard-disk e tape. Testo Saveris 2 è semplice da installare ed è subito operativo. Saveris 2 esiste in 5 modelli diversi per monitorare temperatura, umidità e anche lo stato della porta (aperta / chiusa).
Nei centri dati vengono utilizzati umidificatori d'aria per evitare la scarica elettrostatica che può danneggiare i server. In tale ambiente, inoltre, devono essere utilizzati sistemi di raffreddamento per evaporazione di elevata capacità e a basso costo. Per i centri dati esistenti, ASHRAE raccomanda un'umidità dell'aria con punto di rugiada di 5,5°C, umidità relativa fino al 60% e campo di umidità relativa ammesso tra il 20% e l'80%. Nella maggior parte delle località del mondo, in determinati periodi dell'anno, è necessario ricorrere all'umidificazione dell'aria per soddisfare tali condizioni.
Spesso vengono utilizzati umidificatori d'aria accanto a sistemi di raffreddamento ad aria esterna per aumentare la capacità di raffreddamento mediante un effetto di raffreddamento per evaporazione oppure per garantire un'umidificazione dell'aria con carico elevato a basso costo per il notevole volume d'aria che viene condotto attraverso il sistema di umidificazione del centro dati. Nelle zone climatiche temperate, in cui è sufficiente il solo raffreddamento con aria esterna per creare le condizioni prescritte per tutto l'anno, gli umidificatori d'aria adiabatici offrono un ulteriore raffreddamento nei giorni caldi. Il sistema di umidificazione ha pertanto un campo più ampio, senza dover richiedere raffreddatori DX tradizionali.
Nelle località più fredde (in cui vengono installati numerosi nuovi centri dati) è possibile utilizzare umidificatori d'aria adiabatici per aggiungere enormi volumi di umidità nell'aria circolante nei locali a costi abbordabili. Il calore proveniente dalle sale dati viene utilizzato per riscaldare l'aria immessa dall'esterno prima che questa venga umidificata. La sorveglianza puntuale della temperatura è probabilmente il primo argomento che viene in mente ad un progettista quando si parla di controllo climatico dei data center. Fin dalla prima versione elaborata nel 2004, l’Ashrae aveva suddiviso in classi di temperatura e umidità i vari ambienti destinati ad ospitare le centrali di elaborazione dei dati.
Questo significa che oggi sia possibile operare nei data center specificati fino al limite di umidità relativa dell’8%? Va comunque ricordato che il monitoraggio dei bassi livelli di umidità dell’aria all’interno dei data center resta comunque indispensabile per contribuire a limitare gli effetti dell’accumulo delle cariche elettrostatiche e il loro possibile scarico sui componenti elektronici sensibili. Come del resto si rimane consapevoli che la minaccia principale di scariche elettrostatiche proviene dagli addetti in movimento nel data center, con l’accumulo di cariche, ed è principalmente dovuto al contatto con attrezzature prive di messa a terra.
Negli ultimi 15 anni, i produttori di apparecchiature elettroniche hanno condotto prove e studi per capire meglio la relazione tra i diversi livelli di umidità e come questi influenzano l’accumulo di elettricità statica. L’umidificazione degli ambienti può essere realizzata attraverso le numerose tecnologie presenti sul mercato. Nel processo di umificazione adiabatico, il calore necessario per far evaporare l’acqua viene sottratto direttamente alla massa d’aria da umidificare, risultato per cui si ottiene una diminuzione della temperatura a bulbo asciutto della miscela, mentre la temperatura a bulbo umido si mantiene costante. Il calore di vaporizzazione necessario per far evaporare a 20 °C un kg di acqua allo stato liquido è di 2245 kJ.
L’umidificazione si ottiene attraverso l’immissione di vapore saturo secco prodotto da una generatore di calore separato. Se progettata e gestita correttamente, l’umidificazione adiabatica può portare ad una diminuzione significativa della potenzialità del compressore e quindi dell’unità frigorifera richiesta. In molti impianti, gli umidificatori isotermici rappresentano la scelta più comune per ottenere l’umidificazione degli ambienti. Di principio, questi umidificatori generano vapore riscaldando l’acqua fino alla temperatura di ebollizione (per produrre 1 kg/h di vapore occorrono 750 W) e convogliando nel flusso d’aria di distribuzione, o direttamente in ambiente, il vapore prodotto.
Prelevando il vapore da un generatore centralizzato, questi sistemi utilizzano un distributore a tubo (lancia) o degli appositi pannelli distributori per immetterlo direttamente nella canalizzazione assicurandone un eccellente assorbimento nella portata d’aria trattata ed un accurato controllo dell’umidità relativa. A causa dei possibili rischi della salute causati dagli additivi chimici utilizzati per il trattamento della caldaia, l’uso di questo metodo di umidificazione sta declinando. Umidificatore a vapore. Se nella struttura è disponibile un circuito di vapore, viene semplice produrre il vapore per l’umificazione attraverso uno scambiatore vapore-vapore. Gli umidificatori isotermici vengono spesso scelti per la loro facilità di installazione, di manutenzione e affidabilità, e perché possono essere facilmente adattabili a molteplici impianti.
Come affermato in precedenza, il termine “isotermico” è un termine improprio in quanto iniettare del vapore nel sistema può aumentare la temperatura dell’aria. Gli umidificatori adiabatici, umidificano l’aria attraverso un processo di atomizzazione adiabatico che genera minuscole goccioline d’acqua attraverso la nebulizzazione. Queste piccole goccioline, immesse direttamente nell’aria trattata, ne aumentano l’umidità relativa attraverso la propria evaporazione. In generale, l’effetto di qualsiasi sistema di umidificazione ad acqua atomizzata dipende dall’area superficiale delle goccioline d’acqua esposte al flusso d’aria e dal loro tempo di permanenza.
L’energia necessaria per la vaporizzazione è fornita dalla corrente d’aria; di conseguenza, la velocità di attraversamento dell’aria attraverso la sezione di umidificazione/atomizzazione deve rimanere in un intervallo di velocità prefissato dal produttore. Questa distanza di assorbimento è di norma misurata dal gruppo di umidificazione al componente successivo, che se montato all’interno una UTA, è tipicamente un separatore di condensa. I sistemi di umidificazione ad alta pressione sono tipicamente montati su telai modulari provvisti di collettori disposti su più file all’interno di un’unità di trattamento dell’aria.
Umidificatore adiabatico ad alta pressione. L’acqua ad alta pressione alimentata da una serie di pompe e di collettori viene nebulizzata da speciali ugelli realizzati in acciaio inox. Questi ugelli generalmente hanno un diametro dell’orifizio di 0.2 mm, leggermente più largo di un filo di capelli. Quando l’acqua di alimentazione, pressurizzata, viene sospinta fuori dall’orifizio ad alta velocità colpisce uno speciale perno di impatto polverizzandosi in miliardi di goccioline. Entro certi limiti, il formato della gocciolina è inversamente proporzionale alla radice quadrata del salto di pressione imposto.
Perciò, raddoppiando la pressione di esercizio, ne consegue che una gocciolina risulti minore del 30 per cento. Altri parametri che influenzano la grandezza delle goccioline sono il diametro dell’orifizio di uscita e il valore della viscosità e della tensione superficiale dell’acqua. Per ottenere la nebulizzazione, le pompe normalmente devono pressurizzare l’acqua tra i 7000 kPa e i 14000 kPa. Dato che il processo di nebulizzazione dell’acqua non permette una evaporazione rapida quanto quella del vapore saturo secco, è conveniente installare un separatore di gocce collocato a valle degli ugelli. Alcuni impianti di condizionamento richiedono un controllo non solo dell’umidità relativa dell’ambiente, ma anche del processo stesso di nebulizzazione attraverso l’utilizzo di una pompa a velocità di rotazione variabile.
Potenziali problemi nella manutenzione possono scaturire dall’ostruzione del separatore di gocce e degli ugelli. In ogni caso, un’alta frequenza di questo tipo di problemi indica che il sistema è stato installato in modo improprio. L’umidificazione ottenuta attraverso gli ugelli alimentati con aria compressa è simile all’umidificazione ad alta pressione, fuorché invece che utilizzare una pompa idraulica ad alta pressione viene utilizzata dell’aria compressa per nebulizzare l’acqua nella corrente d’aria. Questo sistema di umidificazione elimina la necessità di una pompa idraulica ad alta pressione, ma richiede l’installazione di un apposito sistema ad aria compressa.
Gli umidificatori ad ultrasuoni utilizzano una serie di trasduttori piezoelettrici per creare cavitazione all’interno di un serbatoio contenente dell’acqua (figura 5). Umidificatore ad ultrasuoni. Il risparmio di quasi il 90% di energia rispetto ad un equivalente umidificatore a vapore (solo 80 W per litro di acqua nebulizzata) ne stanno facendo una valida soluzione per i data center. Gocce di vapore acqueo dalle dimensioni medie (diametro) di un micron.
Gli umidificatori ad ultrasuoni sono in genere montati anch’essi all’interno dell’unità di trattamento dell’aria, a valle nei canali di distribuzione dell’aria o direttamente negli ambienti da climatizzare. L’acqua che viene fornita al serbatoio deve essere di norma purificata attraverso un processo di filtrazione ad osmosi inversa e deionizzazata. Gli umidificatori ad ultrasuoni richiedono pressioni di alimentazione dell’acqua comprese tra i 200 kPa e i 600 kPa a seconda del modello e del produttore; questo consente di operare con valori modesti di pressione ed elimina la necessità di utilizzare circuiti idraulici e macchine operatrici ad alta pressione. Inoltre i motori piezoelettrici hanno una richiesta di bassa potenza e quindi di consumo elettrico. Le unità degli umidificatori a ultrasuoni possono essere sovrapposte tipo “rack” all’interno dell’unità di trattamento dell’aria per soddisfare grandi esigenze di umidificazione.
L’impiego di sistemi di umidificazione adiabatici con pacchi evaporanti consente oltre all’umidificazione del flusso d’aria anche un benefico effetto raffreddante. Gli umidificatori adiabatici a pacco evaporante impiegano un insieme di fogli impregnati di resine. L’acqua, fornita dalla pompa, viene distribuita uniformemente nella parte superiore del pacco evaporante, e recuperata (quella non evaporata) da una bacinella posta nella parte inferiore. A differenza delle soluzioni di umidificazione in precedenza elencate, l’efficienza del pacco evaporante non si misura direttamente nella quantità d’acqua assorbita (o ceduta) rispetto a quella fornita, ma piuttosto dalla differenza, in termini percentuali, tra le temperature a bulbo secco e a bulbo umido dell’aria in corrispondenza del uscita dall’umidificatore.
Una criticità del sistema è invece data dalla velocità di attraversamento dell’aria (portata) in quanto di norma sono indicati dal produttore un intervallo di valori di velocità e portata d’aria entro i quali rimanere per ottenere un umidificazione efficace. Questo comporta in taluni casi di predisporre una sezione di bypass dell’aria in modo da assicurare sempre la medesima portata d’aria sul pacco evaporante. La sala CED (Centro Elaborazione Dati) è il cuore informatico di un’azienda. Il condizionamento per una sala server ha lo scopo di rimuovere questo calore, mantenere l’umidità relativa entro limiti stretti e garantire flussi d’aria controllati per evitare hot-spot e stress termico sugli apparati. Il cooling tradizionale con CRAC/CRAH continua a essere una soluzione robusta per molte sale. Un corretto dimensionamento dell’impianto di una sala CED parte dalla stima del carico termico reale, calcolata in funzione del numero di rack, della potenza per rack e delle condizioni operative.
La scelta della ridondanza HVAC (N, N+1, 2N) è determinante per il livello di resilienza richiesto: in ambienti critici adottiamo configurazioni N+1 o 2N per garantire continuità anche in caso di guasti. L’efficienza è centrale, abbassare il PUE significa convertire meno energia in calore disperso e più in capacità utile. Il monitoraggio avanzato permette manutenzione predittiva, alert tempestivi e reportistica per migliorare il controllo dei costi energetici. Le sale server hanno requisiti specifici in tema di sicurezza antincendio, controllo accessi, alimentazione ridondata e protezione dati. Il costo di un impianto per una sala CED dipende dalla tecnologia scelta, dalla densità dei rack e dalla ridondanza richiesta. La manutenzione dei condizionatori di precisione è critica: prevediamo piani con controlli periodici su filtri, scambiatori, pompe e controllo dei refrigeranti, oltre a test di funzionalità degli allarmi. Offriamo soluzioni su misura, supporto per pratiche normative e contratti di assistenza che mantengono l’impianto al massimo delle prestazioni.
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