EFFICIENZA ENERGETICA NELLE STRUTTURE CRITICHE: IL TERMO CONDIZIONAMENTO. Giuseppe CAFARO Politecnico di Bari Docente CEI

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1 EFFICIENZA ENERGETICA NELLE STRUTTURE CRITICHE: IL TERMO CONDIZIONAMENTO Giuseppe CAFARO Politecnico di Bari Docente CEI

2 Infrastrutture di ultima generazione infrastruttura s. f. [comp. di infra- e struttura]. In genere (in contrapp. a sovrastruttura), struttura o complesso di elementi che costituiscono la base di sostegno o comunque la parte sottostante di altre strutture; Insieme di strutture secondarie e complementari di una struttura di base, necessarie affinché quest'ultima possa funzionare: infrastrutture autostradali, ferroviarie; Insieme di impianti che condizionano un attività, specialmente economica ; Complesso dei servizi pubblici che costituiscono premessa indispensabile a ogni sviluppo economico di un Paese o di una regione.

3 Le infrastrutture critiche DIRETTIVA 2008/114/CE DEL CONSIGLIO dell 8 dicembre 2008 relativa all individuazione e alla designazione delle infrastrutture critiche europee ed alla valutazione della necessità di migliorarne la protezione a) «infrastruttura critica» un elemento, un sistema o parte di questo ubicato negli Stati membri che è essenziale per il mantenimento delle funzioni vitali della società, della salute, della sicurezza e del benessere economico e sociale dei cittadini ed il cui danneggiamento o la cui distruzione avrebbe un impatto significativo in uno Stato membro a causa dell impossibilità di mantenere tali funzioni; e) «protezione» tutte le attività volte ad assicurare funzionalità, continuità e integrità delle infrastrutture critiche per evitare, mitigare e neutralizzare una minaccia, un rischio o una vulnerabilità;

4 Le infrastrutture critiche

5 Le infrastrutture critiche a) «infrastruttura critica» un elemento, un sistema o parte di questo ubicato negli Stati membri che è essenziale per il mantenimento delle funzioni vitali della società, della salute, della sicurezza e del benessere economico e sociale dei cittadini ed il cui danneggiamento o la cui distruzione avrebbe un impatto significativo in uno Stato membro a causa dell impossibilità di mantenere tali funzioni;

6 Le infrastrutture critiche Progetto di norma UNI: Infrastrutture Critiche Sistema di gestione della resilienza Requisiti Le Infrastrutture Critiche, per definizione, forniscono prodotti e servizi essenziali per le loro parti interessate che possono essere le organizzazioni private e pubbliche, la popolazione e la società in generale Resilienza: Capacità adattativa di un organizzazione in un ambiente complesso e mutevole che permette all organizzazione di prevenire un incidente o di resistere dopo esserne stata colpita o la capacità di ritornare a un livello di prestazione accettabile in un periodo di tempo congruo all incidente avvenuto.

7 Le infrastrutture critiche

8 Le infrastrutture critiche Alta disponibilità Affidabilità intrinseca Elevato numero di ore di funzionamento annuo Continuità e qualità dei servizi (Energia Elettrica, condizioni climatiche, aria, illuminazione, sistemi di sicurezza) Presenza intensiva di sistemi ICT (Information and Comunication Technologies) Energia di alimentazione quasi totalmente elettrica

9 Il contesto energetico Domanda di energia primaria per fonte Anno ,4% 8,5% 18,0% 33,6% 34,5% Solidi GAS Petrolio Rinnovabili En. Elettrica ENERGIA IMPORTATA 81,2 %

10 Il contesto energetico 2,0% 4,5% 2,2% 30,9% 37,6% 22,8% Agricoltura Industria Usi Civili Trasporti Bunkeraggi Usi non energetici

11 Il Contesto Energetico Nel 2012 a fronte di una riduzione degli usi finali rispetto al 2011 del 5,2%, quelli elettrici sono diminuiti del 1,7%

12 Il contesto energetico Impieghi finali di energia elettrica per settore 22,5% 1,9% 42,0% 33,6%

13 Il contesto energetico:l ambiente

14 Il contesto energetico: costi Strategia Energetica Nazionale Marzo 2013

15 Gli obiettivi nazionali ed europei ridurre di almeno il 20% entro il 2020 le emissioni di gas serra rispetto ai livelli del contributo del 20% di energia da fonti rinnovabili sui consumi finali lordi entro il 2020 riduzione del 20% nel consumo di energia primaria rispetto ai livelli previsti al 2020 Direttiva 2012/27/UE del 25 Ottobre 2012 sull efficienza energetica da recepirsi entro il 5 giugno 2014 La SEN va oltre gli obiettivi della UE

16 Affidabilità e Costi Energetici Ogni disservizio determina una perdita energetica connessa a più fattori: Contenuto energetico del prodotto perso; Energia di ripristino della produzione; Energia di mantenimento di altre parti del ciclo produttivo in attesa di ripresa dell operatività. Il miglioramento dell affidabilità del sistema tramite ridondanze provoca un aumento dei costi energetici, significativi in caso di ridondanza operativa, ma esistenti anche in caso di stand by caldo. Il progetto va quindi ottimizzato, come sempre, con riferimento ai costi complessivi di installazione e di esercizio, fermo restando gli eventuali vincoli di sicurezza sociale.

17 Efficienza energetica ed affidabilità Quantità di calore prodotto per effetto Joule: Q J = RI 2 Il componente si porta in equilibrio termico quando il calore disperso eguaglia quello prodotto La temperatura di equilibrio deve essere compatibile con i tempi di vita del componente, con la sicurezza e funzionalità La resistenza R cresce con la temperatura Le perdite di un sistema elettrico sono termiche Anche i componenti induttivi (circuiti magnetici) e capacitivi sono soggetti a perdite

18 Efficienza energetica ed affidabilità L innalzamento della temperatura determina una crescita esponenziale della probabilità di guasto La polvere riduce lo smaltimento termico La polvere, specialmente con aria secca, è un potente mezzo di supporto e trasmissione di archi elettrici La durata di vita di un componente elettronico, in funzione della temperatura è rappresentabile tramite la curva di Arrhenius

19 Il peso energetico

20 Il peso energetico Data la varietà di ambienti considerati non sono disponibili dati aggregati ma indicazioni per tipologie (CED, Ospedali, Comunicazioni, ecc.) Al 2006 in Europa i CED consumavano elettricità per 40 TWh pari all 1,5% dei consumi totali con tassi di crescita del raddoppio ogni 5 anni Il dato è omogeneo, in termini percentuali e di crescita, a quello dichiarato per gli USA Il CDZ rappresenta circa un terzo del carico energetico di un CED ed è in gran parte determinato dalle perdite degli apparati

21 Il peso energetico La Telecom si dichiara il primo utilizzatore energetico nazionale ed il quinto per l energia elettrica Il gruppo Intesa San Paolo dichiara tre CED con potenza elettrica unitaria di calcolo di kw Attualmente un Cabinet per server può arrivare ad assorbire potenze superiori a 25 kw, potenza che si raddoppia per i servizi che servono al suo corretto funzionamento (illuminazione, CDZ, alimentazioni) Le Industrie che hanno avviato il monitoraggio dei flussi energetici saranno in grado di fornire a breve dati sui consumi delle camere bianche

22 Una novità CEI

23 CEI I contenuti della guida CEI 1. Scopo 2. Destinatari del documento 3. Introduzione 4. Generalità 5. Indicatori di efficienza energetica del Data Center 6. Valutazione del sistema IT 7. Infrastruttura a servizio del sistema IT 7.1 L impianto di climatizzazione e trattamento aria 7.2 Caratteristiche dell impianto di distribuzione e continuità elettrica 8. Valutazione ambientale locali preesistenti 9. Definizione dei requisiti minimi per locali di nuova installazione 10. Linee guida sull operatività del locale Data Center 11. Assessment complessivo dell installazione All. A: Sintesi delle attività internazionali

24 Come fare: alcune indicazioni AMBIENTE OSPITANTE Energia Elettrica CDZ Apparati 1. Alimentazione elettrica 2. Distribuzione elettrica 3. Apparecchiature e macchinari per il CDZ 4. Distribuzione Termica 5. Carico Termico

25 5.1 Carico termico apparati Apparati di rete: in termini di consumi non superano il 15 20% del bilancio energetico del Data Center; Server: apparato IT che fornisce un servizio ad altri componenti (file server, application server, data base server, web server, ecc.). Rappresentano la parte energeticamente più importante del data center. Dispositivi di Storage: Rappresentano la parte meno pesante del carico elettrico e, quindi, termico.

26 5.1 Carico termico apparati Scelta di apparati efficienti controllando il dato Operations per second/w misurato dall ente SPEC (Standard Performance Evaluation Corporation) o verificando l esistenza del marchio Energy Star Uso di Blade Server con potenze più concentrate ma riduzione di potenza ausiliaria con risparmi del 10% Uso di SSD (Solid State Drive) che consumano 500 volte meno degli HDD (Hard Disk Drive). Occhio ai Costi!!!! Virtualizzazione ottimizzando l hardware con opportuno software (riduzione di potenza di calcolo installata).

27 5.2 Carico termico ambiente Riduzione del carico termico derivante dall impianto di illuminazione con scelta di organi efficienti e con regolazione del flusso e/o accensione solo in caso di presenza persone. Dimensionamento ottimo dei cavi di distribuzione dell energia elettrica con riferimento alle perdite. Dislocazione oculata delle vie cavi evitando che questi facciano da fornello per i cabinet dei server (CEI UNEL e serie CEI 20-21)

28 3 e 4:il termocondizionamento Capacità di adattamento: ±3 C di tolleranza sulla temperatura, controllo di umidità approssimato, possibilità di interruzione del servizio, alta inerzia, regimi quasi statici, 1220 h/anno circa di funzionamento; Mobilità in un ambiente: Condizionare l intero volume in cui l uomo opera e si muove Inacettabilità di condizioni ambientali perduranti: Temperature ed umidità estreme, eccesso di velocità dell aria, rumorosità, vibrazioni ecc. Vincoli legislativi nei luoghi di lavoro: DLgs 81/08 e s.m.i.

29 3 e 4:il termocondizionamento Precisione: ±0,3 1 C di tolleranza sulla temperatura, ±2% umidità, necessità di controllo, inerzie minori (regime dinamico); Tempi di lavoro: 24 h per 365 gg/anno; Condizioni ambientali precise: Temperature, umidità, altitudini vincolate da norme ETSI (European Telecommunications Standards Institute) e/o dal costruttore per un corretto funzionamento Calore sensibile: SHR (Sensible Heat Ratio) 0,95 0,99 Portate d aria: Elevate

30 3 e 4:il termocondizionamento Filtrazione: elevata o molto elevata; Tempi di ripristino in seguito a black-out: minimi ed automatici; Continuità del servizio: elevata affidabilità Apertura del sistema all esterno: Collegamenti in rete Programmabilità: necessaria, aperta e dinamica Volumi da CDZ: Le apparecchiature non camminano ed hanno alta dinamicità spaziale e temporale.

31 3 e 4:il termocondizionamento Un aspetto importante per migliorare l efficienza energetica di un Data Center riguarda la capacità degli apparati IT di garantire le loro prestazioni nominali in condizioni ambientali non particolarmente restrittive. Il Code of Conduct on Data Center pubblicato dal JRC della Commissione Europea, definisce intervalli di temperatura per l aria compresi tra i 18 C e i 27 C, con una umidità relativa del 60 %. Dal 2012 i produttori di apparati avrebbero dovuto estendere i limiti sopra indicati, garantendo intervalli di temperature comprese tra 5 C e 40 C, con valori di umidità relativa fino all 80 %.

32 3 e 4:il termocondizionamento Motori ad alta efficienza e regolabili Motori a commutazione elettronica EC Profili aeraulici efficienti, materiali più leggeri Portate variabili Valvole a regolazione elettronica La Direttiva 2009/125/CE, anche nota come Direttiva Ecodesign, impone le seguenti scadenze: 1. dal 16 giugno 2011: i motori devono essere conformi alla classe di efficienza IE2; 2. dal 1º gennaio 2015: i motori con una potenza nominale di 7,5-375 kw dovranno essere conformi alla classe di efficienza IE3 o IE2 provvisti di azionamento a velocità variabile; 3. dal 1º gennaio 2017: i motori con una potenza nominale di 0, kw dovranno essere conformi alla classe di efficienza IE3 o IE2 provvisti di azionamento a velocità variabile.

33 2. Distribuzione Elettrica Ottimizzazione energetica della sezione dei cavi Installazione attenta alla dispersione del calore evitando la posa a fascio o a strati sovrapposti Rimozione dei cavi non più utilizzati Vie cavi distanziate per potenza e dati Distanziamento da fonti di calore Eventuale raffrescamento delle vie cavi Cavi a pezzatura unica senza connessioni se non alle estremità Curare il transito cavi da un volume all altro evitando che la via cavi diventi anche via di flusso d aria non voluto

34 1. Alimentazione elettrica In genere vi sono alimentazioni da rete, da Gruppo Elettrogeno e da UPS; se il GE interviene solo in assenza rete non sono necessari requisiti particolari per l efficienza energetica, comunque auspicabili Non è improbabile che vi sia una cabina di trasformazione è opportuno quindi utilizzare trasformatori a basse perdite (Regolamento 548/2014 della Comunità Europea) Installare Sistemi di continuità che garantiscano la qualità dell energia e la continuità del servizio secondo le specifiche degli apparati con caratteristiche di efficienza

35 Il richiamo dell Europa Direttiva 2012/27/UE del 25 Ottobre 2012 sull efficienza energetica da recepirsi entro il 5 giugno 2014 Audit energetici e sistemi di gestione dell energia (art. 8) Promuovere la disponibilità per tutti i clienti finali di audit energetici, incoraggiare le PMI a sottoporsi ad audit energetici e favorire la successiva attuazione delle raccomandazioni risultanti. Le imprese non PMI siano soggette ad audit energetici entro il 5/12/2015 e almeno ogni quattro anni dal precedente. Promozione dell efficienza per il riscaldamento e il raffreddamento (art. 14). Promozione di sistemi di riscaldamento e raffrescamento efficienti...

36 La gestione energetica Sistemi di gestione dell energia Requisiti e linee guida per l uso Approccio sistematico per il miglioramento continuo della prestazione energetica Attività di misurazione, documentazione e reportistica Integrabile con altri sistemi di gestione (ISO 9001, 14001, 22000) Garantire e dimostrare la conformità alla propria politica energetica

37 La gestione energetica Politica Energetica Riesame della Direzione Pianificazione Energetica Attuazione e funzionamento Verifica Monitoraggio Misurazione Analisi Audit interno del SGE Non Conformità Azioni Correttive e Preventive

38 INTERDISCIPLINARIETA

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