La tecnologia ad inverter applicata sui condizionatori del Data Centre MerrillLynch & Co., Inc. CamberleySurrey(Londra) 1
L installazione 12 1260 kw frigoriferi Refrigeratori condensati ad aria, con free cooling incorporato, fluido intermedio acqua e glicole etilenico al 20%, temperatura miscela 14/8 o C, temperatura esterna estiva di progetto 35 o C. Potenza frigorifera totale erogata dai gruppi refrigeratori: oltre 15 MW. 2
L installazione 92 Armadi condizionatori per il raffreddamento delle sale tecnologiche. 60 95 kw dedicate al raffreddamento delle Data Halls equipment rooms. NEXT CW U K 142 H7 con batteria di raffreddamento ausiliaria, potenza frigorifera totale 95 kw, portata aria di 25.500 m 3 /h, aria ambiente 25 o C, U.R.40%. 3
Soluzioni studiate 1. Condizionatore tradizionale equipaggiato di motoventilatori centrifughi pale rovesce(plugfan), con: portata aria fissa regolazione della batteria di scambio con valvola a 3-vie, in miscelazione 2. Condizionatore equipaggiato di motoventilatori centrifughi pale rovesce (Plug Fan) con tecnologia EC: portata aria variabile regolazione della batteria di scambio con valvola a 3-vie, in miscelazione 3. Condizionatore equipaggiato di motoventilatori centrifughi pale rovesce (PlugFan) con tecnologia EC e valvola a 2-vie: portata aria variabile regolazione della batteria di scambio con valvola a 2-vie; sistema studiato da RC Group per ottimizzare la quantità di fluido in batteria 4
Schema della rete idronica centralizzata, soluzioni 1 & 2 Portata costante attraverso gli evaporatori dei refrigeratori in parallelo(funzionamento contemporaneoe parzializzazione ad opera di ciascun refrigeratore). Portata costante su tutti i gruppi di pompe. Modulazione della capacità frigorifera variando la portata di fluido sulla batteria (valvola 3-vie miscelatrice). 5
Schema dell impianto idronico asservente i condizionatori, soluzioni1 & 2 Ipotesi per il calcolo della quota parte di potenza assorbita dal gruppo di pompaggio per asservire il singolo condizionatore Medesima pressione idraulica su tutto il gruppo collettori. 110 kpa- Perdita di carico idraulica, alla portata nominale, della linea di trasportoe distribuzionesinoal punto di prelievo del condizionatore e, dall uscita del condizionatore fino all apirazione del gruppo di pompaggio. 0,8- Rendimento della motopompa. 6
Schema dell impianto idronico asservente i condizionatori, soluzioni1 & 2 Datiper ilcalcolodellaquota parte di potenza assorbita dal gruppo di pompaggio per asservire il singolo condizionatore 90 kpa-perditadicarico, allaportata nominale, del circuitoidraulicodel condizionatore(batteria + valvola di regolazione). Potenza nominale all albero motopompa: q p P 981 W η q p η p p portata rendimento [ W ] nominale fluido motopompa 3 [ m s] perdite di carico linea + condiz. [ Pa] 7
Dati di progetto per una Data Hall : 2 condizionatori 81 kw frigoriferi netti, SHR1 T H2O 8/14 o C T aria 25 o C UR 40 % Soluzione1- tradizionale Analisi assorbimenti elettrici di una Data Hall Soluzione: 1 condizionatore in funzione + 1 in stand-by Potenza frigorifera nominale netta 1 condiz. 89 kw, SHR1 Condizione di funzionamento: 81 kw / 89 kw 91% potenza frigorifera 1 condizionatore q aria 25.500 [m 3 /h](fissa) q H2O 14,13 [m 3 /h] (72% in batteria) regolazione con valvola 3-vie miscelatrice 8
Soluzione 1- tradizionale, portata aria fissa Analisi assorbimenti elettrici di una Data Hall kw assorbiti unità ON kw assorbiti unità stand-by kw totale Ausiliari unità 0,110 0,110 0,220 Quota pompaggio 0,981 0,981 1,962 Ventilazione 5,430 0,0 5,430 Totale 6,521 1,091 7,612 Resoconto annuo per una Data Hall 81kW frigoriferi netti 1 condizionatore in servizio, con portata aria fissa + 1 in stand-by 7,612 kw elettrici assorbiti totali 8760 h/anno di funzionamento TOTALE: 66.681 kwh/anno 9
Soluzione 2- portata aria variabile, due condizionatori ON Analisi assorbimenti elettrici di una Data Hall Dati di progetto per una Data Hall : 2 condizionatori 81 kw frigoriferi netti, SHR1 T H2O 8/14 o C T aria 25 o C UR 40 % Soluzione: 2 condizionatori in funzione Potenza frigorifera nominale netta 1 condiz. 89 kw, SHR1 Condizione di funzionamento per 1 condizionatore: 40,5kW / 89 kw 46% potenza frigorifera 1 condizionatore q aria 8925 [m 3 /h]/ 25500 [m 3 /h] 35% portata nominale q H2O 14,13 [m 3 /h] (44,7% in batteria) regolazione con valvola 3-vie miscelatrice 10
Soluzione 2- portata aria variabile, due condizionatori ON Analisi assorbimenti elettrici di una Data Hall kw assorbiti unità 1 ON kw assorbiti unità 2 ON kw totale Ausiliari unità 0,110 0,110 0,220 Quota pompaggio 0,981 0,981 1,962 Ventilazione * 1 0,233 0,233 0,466 Totale 1,324 1,324 2,648 ( q q ) 3 1 * Pv Pv n a an Resoconto annuo per una Data Hall 81kW frigoriferi netti 2 condizionatori in servizio, con portata aria ridotta 2,648 kw elettrici assorbiti totali 8760 h/anno di funzionamento TOTALE: 23.196 kwh/anno 11
Soluzione 3 valvola 2-vie & portata aria variabile Schema della rete idronica centralizzata con pompe impianto a velocità variabile Portata costante attraverso gli evaporatori dei refrigeratori in parallelo(funzionamento contemporaneoe parzializzazione ad opera di ciascun refrigeratore). Portata costante sulle pompe primarie. Portata variabile sulle pompe impianto. Modulazione della capacità frigorifera attraverso batterie con valvola 2-vie. 12
Soluzione 3 valvola 2-vie & portata aria variabile Datiper ilcalcolodellaquota parte di potenza assorbita dal gruppo di pompaggio P P l asservito da inverter 90 kpa-perditadicaricocircuitoidraulicodel condizionatore, alla portata nominale. 110 kpa- Perdita di carico idraulica, alla portatanominale, dellalineaditrasporto. Potenza all albero della pompa: Pc q pc η η i p ( Pl + Pc ) 1 [ W ] P l n portata q pc perdita ( q q ) rendimento fluido di rendimento n 1 η 3 p η i 3 [ m s] carico pompa inverter condiz. 0,80 0,96 [ Pa ] 13
Soluzione 3 valvola 2-vie & portata aria variabile Analisi assorbimenti elettrici di una Data Hall Dati di progetto per una Data Hall : 2 condizionatori 81 kw frigoriferi netti, SHR1 T H2O 8/14 o C T aria 25 o C UR 40 % Soluzione: 2 condizionatori in funzione Potenza frigorifera nominale netta 1 condiz. 89 kw, SHR1 Condizione di funzionamento per 1 condizionatore: 40,5kW / 89 kw 46% potenza frigorifera 1 condizionatore q aria 8925 [m 3 /h]/ 25500 [m 3 /h] 35% portata aria 1 condizionatore q H2O 6,18 [m 3 /h]/ 14,13 [m 3 /h] 44% portata fluido 1 condizionatore, regolazione batteria con valvola 2-vie 14
Soluzione 3 valvola 2-vie & portata aria variabile Analisi assorbimenti elettrici di una Data Hall Resoconto annuo per una Data Hall kw assorbiti unità 1 ON kw assorbiti unità 2 ON kw totale Ausiliari unità 0,110 0,110 0,220 Quota pompaggio * 2 0,244 0,244 0,488 Ventilazione * 1 0,233 0,233 0,466 Totale 0,587 0,587 1,174 * * 2 1 P Pv ( P + Pc ) l Pv n 1 η ( q q ) 3 81kW frigoriferi netti 2 condizionatori in servizio, con portate aria & fluido parzializzate 1,174 kw elettrici assorbiti totali 8760 h/anno di funzionamento TOTALE: 10.284 kwh/anno a an i 15
Confronto assorbimenti elettrici per Data Hall kw assorbiti Soluzione 1 kw assorbiti Soluzione 2 kw assorbiti Soluzione 3 Ausiliari 0,220 0,220 0,220 Pompaggio 1,962 1,962 0,488 Ventilazione 5,430 0,466 0,466 Totale 7,612 2,648 1,174 P frigorifera 81 kw 1 40,5 kw 2 40,5 kw 2 1 2 3 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 Assorbimento [kw] 16
Dettaglio assorbimenti elettrici per condizionatore Pe ventilazione Pe pompaggio 6 1,1 5 1,0 0,9 0,8 P el assorbita [kw] 4 3 2 P el assorbita [kw] 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 1 0,2 0,1 0 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 0,0 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 P frigorifera % P frigorifera % "Plug Fan" tradizionale "Plug Fan" EC Pompa giri fissi Pompa inverter 17
P el assorbita [kw] 7 6 5 4 3 2 Dettaglio assorbimenti elettrici per condizionatore Confronto fra Pe assorbite EER 75 70 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 Confronto fra EER 1 15 10 5 0 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 0 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 P frigorifera % Pompa e ventilatori a giri fissi P frigorifera % Pompa e ventilatori a giri fissi Pompa a giri fissi, ventilatori EC Pompa a giri fissi, ventilatori EC Pompa inverter, ventilatori EC Pompa inverter, ventilatori EC 18
Ipotesi di risparmio energetico Resoconto annuo per una Data Hall con: 81kW frigoriferi netti 8760 h/anno di funzionamento 0,15 /kw costo energia elettrica kw assorbiti kwh/ anno / anno / anno Soluzione 1 7,574 66.681 9.957 Soluzione 2 2,610 23.196 3.429 Soluzione 3 1,172 10.284 1.539 6.522 1.936 19
Ipotesi di risparmio energetico Estensione del computo per tutte le Data Hall 30 Data Hall 60 condizionatori, 2 per sala 3 motoventilatori condizionatore 1 gruppopompaggiocon 5 pompe(3 funzionanti+ 2 diriservarotante) Soluzione2 VS Soluzione1 (risparmioannuo: 6.522 30 195.660) 6 motovent. A velocità fissa condiz. 6 motovent. Tecnologia EC, velocità variabile Soluzione3 VS Soluzione2 (risparmioannuo: 1.936 30 57.780) 5 inverter da 20kW elettrici ciascuno 20
Conclusioni Il ritornodell investimento, per le soluzioni2 & 3, è inferioread un anno. Calcolocautelativo: motopompacon rendimentotraimiglioriin commercio. 21
Considerazioni aggiuntive Lo start up delle Data Hall dilatato nel tempo (funzionamento ai carichi parziali) contribuisce all incremento del risparmio (vedi grafico EER). La corretta distribuzione di aria fredda nella Data Hall impone il mantenimento di una minima portata aria, stimabile attorno al 45; 50% della nominale. 22