In che modo i ventilatori EC nelle sale server contribuiscono alla riduzione del PUE?

PUE e il costo nascosto del raffreddamento dei server

L'efficienza nell'uso dell'energia (Power Usage Effectiveness, o PUE) è il rapporto tra l'energia totale consumata dall'impianto e quella assorbita dalle apparecchiature IT. Un valore ideale di PUE è 1,0, il che significa che ogni watt viene impiegato per l'elaborazione dati. Nella realtà, la maggior parte delle sale server opera con un PUE compreso tra 1,6 e 2,0. Dove va a finire l'energia in eccesso? Ai ventilatori e ai sistemi di raffreddamento. Circa il 30-40% del consumo energetico totale in un tipico data center è destinato al movimento dell'aria e alla rimozione del calore. Ho visitato centinaia di sale server e una cosa è sempre evidente: le vecchie unità a fan coil per aria condizionata e i ventilatori a velocità costante sprecano enormi quantità di elettricità. Un responsabile degli impianti mi mostrò una volta la bolletta mensile della società erogatrice di energia elettrica: nei giorni più caldi, i soli ventilatori di raffreddamento costavano loro più dei server stessi. Questo è il costo nascosto che non compare mai sulle schede tecniche. Ridurre il PUE inizia con la riduzione del consumo energetico dei ventilatori.

I ventilatori EC riducono il consumo energetico dei ventilatori della metà rispetto ai ventilatori CA

Il principale responsabile dello spreco di energia dei ventilatori è il motore a induzione CA. Questo motore funziona a velocità fissa, a meno che non si aggiunga un azionamento a frequenza variabile, il quale però introduce a sua volta delle perdite. Un motore EC, o motore a commutazione elettronica, utilizza magneti permanenti e un controllore integrato. Non presenta perdite di rame nel rotore. Secondo uno studio del Lawrence Berkeley National Laboratory, la sostituzione di un motore a polo schermato o di un motore a condensatore permanente (PSC) con un motore EC in un’applicazione ventilatore riduce il consumo energetico del 40%–60% per lo stesso flusso d’aria. Ecco un esempio reale: una piccola sala server di colocation dotata di venti unità di raffreddamento utilizzava inizialmente ventilatori centrifughi con motori CA; ciascun ventilatore assorbiva 80 watt. Dopo la sostituzione con ventilatori EC, lo stesso flusso d’aria richiedeva soltanto 38 watt per ventilatore. La potenza complessiva assorbita dai ventilatori è quindi scesa da 1600 a 760 watt. Il periodo di recupero dell’investimento è stato inferiore a un anno. Si tratta di un dato reale, non di un risultato ottenuto in laboratorio: corrisponde effettivamente a una riduzione della bolletta elettrica.

Controllo della velocità adattato in tempo reale al carico dei server

I server non funzionano al carico massimo 24 ore su 24, 7 giorni su 7. La loro emissione di calore varia in base all’orario, alla domanda degli utenti e ai compiti di elaborazione. Una ventola a velocità costante funziona al 100% anche quando i server sono inattivi, causando un eccesso di raffreddamento dell’ambiente e uno spreco di energia. Le ventole EC sono dotate di serie di un ingresso standard per il controllo della velocità da 0 a 10 V o PWM. È possibile collegare direttamente la velocità della ventola a un sensore di temperatura o al segnale del carico IT. Ho collaborato con un fornitore di servizi di hosting che ha installato condizionatori d’aria per sale server basati su ventole EC. Hanno impostato l’algoritmo di controllo per mantenere il corridoio caldo esattamente a 27 °C (80 °F). Quando l’attività dei server è diminuita durante la notte, le ventole EC hanno ridotto la velocità al 35%. Il risultato? Il loro PUE è passato da 1,8 a 1,45 in sei mesi. Il sistema di raffreddamento ha smesso di contrastare se stesso. Il direttore dell’impianto mi ha riferito che anche il gruppo frigorifero è stato utilizzato meno, poiché le ventole EC fornivano soltanto la portata d’aria necessaria.

Migliore efficienza a carico parziale dove operano prevalentemente i server

La maggior parte degli operatori di data center progetta per il carico massimo, ma i server in realtà funzionano in media al 40-60% della loro capacità. In queste condizioni di carico parziale, le ventole CA diventano molto inefficienti. Se si utilizza un azionamento a frequenza variabile su un motore CA, l’azionamento stesso consuma dal 3% all’8% della potenza nominale sotto forma di calore. Inoltre, a basse velocità, l’efficienza del motore crolla. I motori EC non presentano questo problema: mantengono un’efficienza superiore all’80% nell’intero intervallo di velocità compreso tra il 20% e il 100%. La legge di affinità ci dice che la potenza assorbita da una ventola varia con il cubo della velocità. Pertanto, una riduzione del 20% della velocità comporta una riduzione di circa il 50% della potenza assorbita, ma solo se il motore mantiene costante la propria efficienza. I motori CA non sono in grado di farlo; i motori EC sì. Un white paper del Technical Committee 9.9 dell’ASHRAE sulla refrigerazione dei data center ha confermato che gli array di ventole EC offrono le migliori prestazioni a carico parziale nei sistemi a portata d’aria variabile. Per le sale server che operano per la maggior parte delle ore a carico medio, le ventole EC rappresentano l’unica scelta logica.

Integrazione intelligente con il contenimento a isola calda/isola fredda

Anche il miglior ventilatore perde valore se il flusso d'aria non è diretto correttamente. Le moderne sale server utilizzano il contenimento a corsie calde e fredde. Tuttavia, la pressione statica varia con l'intasamento dei filtri e con l'aggiunta o la rimozione di server. I ventilatori EC dispongono di intelligenza integrata: possono rilevare la pressione statica e regolare automaticamente la velocità per mantenere il valore impostato. Ho osservato questo funzionamento in un centro dati finanziario di Chicago. Erano installate venti unità di raffreddamento in fila, ciascuna dotata di quattro ventilatori EC disposti a parete. Il sistema di gestione edificio inviava un segnale di pressione a ciascun ventilatore. Quando si sviluppava una zona calda vicino a un rack server ad alta densità, i ventilatori EC più vicini aumentavano individualmente la velocità, anziché accelerare tutti i ventilatori contemporaneamente. L'energia annuale per il raffreddamento è diminuita del 35% e il loro PUE è migliorato da 1,65 a 1,32. La guida alle migliori pratiche sull'ottimizzazione dell'aria redatta da The Green Grid raccomanda questo tipo di controllo zonizzato e basato sulla domanda. I ventilatori EC rendono tale approccio praticabile, poiché ciascun ventilatore dispone del proprio controller.

ROI a lungo termine e reporting sulla sostenibilità

Il costo iniziale è l'obiezione più comune. Un ventilatore EC costa effettivamente di più rispetto a un ventilatore CA delle stesse dimensioni. Tuttavia, il costo totale di proprietà racconta una storia diversa. I ventilatori EC presentano meno guasti meccanici perché funzionano a temperature più basse e non necessitano di condensatore di avviamento né di interruttore centrifugo, componenti soggetti a guasto. I loro cuscinetti sigillati garantiscono una durata di 50.000 ore o superiore. Consideriamo ora i risparmi energetici. In una sala server con 500 rack dotata di 25 unità di raffreddamento, ciascuna delle quali assorbe in media 400 watt per i ventilatori, la sostituzione dei ventilatori CA con quelli EC consente un risparmio annuo di circa 200.000 chilowattora. Con un costo medio dell’energia elettrica commerciale pari a 12 centesimi di dollaro per kWh, questo corrisponde a un risparmio annuo di 24.000 dollari. Inoltre, la riduzione delle emissioni di CO₂ ammonta a circa 140 tonnellate metriche all’anno, dato che può essere inserito direttamente nel vostro rapporto sulla sostenibilità. Per gli operatori che richiedono prestazioni garantite e un partenariato a lungo termine, fornitori esperti come Fanova offrono soluzioni con ventilatori EC accompagnate da relazioni verificate di collaudo in galleria del vento, servizio di abbinamento preciso e garanzia completa triennale. Fanova produce motori EC dal 2003 e supporta clienti in 80 paesi. Quando la riduzione del PUE è un obiettivo aziendale concreto e non solo uno slogan, Fanova fornisce l’ingegneria e l'affidabilità della catena di approvvigionamento necessarie per raggiungerlo.