Rocco Cirillo

Energy Operations – Fastweb S.p.A.

Efficienza Energetica nel settore TLC

Siti Esistenti

EVENTO ENEA

SI RICOMINCIA DALLA DIAGNOSI ENERGETICA

Roma 19 Febbraio 2016

Settore TLC da un punto di vista energetico

Un operatore TLC «infrastrutturato» è dotato di un’infrastruttura di rete capace di

consentire ai propri clienti un’adeguata fruizione dei servizi forniti.

La rete è costituita da in insieme di nodi interconnessi tra loro mediante collegamenti in

Fibra ottica.

I nodi della rete a sua volta sono costituiti da:

a)Centrali di rete fissa dove sono prevalenti gli apparati TLC( Router, Switc,

DWDM, SDH etc.)

b)Stazione radio base per le centrali per la telefonia mobile

c) Data Center dove sono prevalenti gli apparati IT( Server)

I Data Center oltre a ospitare I server dell’operatore ( IT propria) sono funzionali alla

fornitura di servizi di housing alle aziende.

Struttura di una rete TLC

NODE NODE

NODE NODE

NODE NODE

NODE NODE

END

USER

END

USER

NODE NODE

NODE NODE

END

USER

END

USER

END

USER

END

USER

END

USER

END

USER

END

USER

END

USER

END

USER

END

USER

END

USER

END

USER END

USER

END

USER

END

USER

END

USER

END

USER

END

USER

NODE NODE

NODE NODE

NODE NODE

Indicatori di prestazione energetica

La prestazione energetica tende a misurare la quantità di energia che un

determinato processo produttivo utilizza per produrre un’unità di prodotto.

Tale concetto si applica con difficoltà al modo TLC in quanto non è disponibile

un indicatore globale per quantificare il servizio.

Un indicatore usato è la quantità di dati che la rete scambia con I suoi clienti.

Con riferimento alla slide precedente è la sommatoria del traffico dati da e verso

i clienti e si misura in petabyte (𝟏𝟎𝟏𝟓𝒃𝒚𝒕𝒆).

Uso

dell’energia

Consumo

Energetica

Efficienza

Energetica

Altro

Intensità

Energetica

Prestazione

Energetica

Indicatori di prestazione energetica La correlazione tra l’indicatore aggregato del servizio e il consumo energetico è debole in quanto l’indicatore

così così costruito dipende :

a) Dalla topologia della rete TLC

b) Dal tasso di utilizzo della rete TLC;

c) Dalla efficienza delle apparecchiature ICT;

d) Dall’efficienza delle applicazioni SW;

e) Dal grado di efficienza degli impianti

A questo punto cosa possiamo fare?

Per ogni nodo ( sito) della rete Il metodo potrebbe essere il seguente:

1. Consideriamo consumo utile di un sito il consumo degli apparati ICT e, in questo contesto, lo

consideriamo consumo non efficientabile.

2. Consideriamo efficientabile, invece, la differenza tra il consumo totale del sito e il consumo degli

apparati ICT.

Sankey Diagram: vettori energetici -> usi energetici

Indicatori di prestazione globale impiantistica

Come indicatore prestazionale globale per un Data Center il Green Gred ha

individuato il PUE = Power Usage Effectiveness

Fonte: Green Grid

Il PUE è un KPI che può

essere misurato sia come

indicatore istantaneo che come

indicatore di periodo:

giornaliero, mensile, annuo.

Altro indicatore è il DCIE (Data

Center Infrastructure Efficiency)

definito come

𝐷𝐶𝐼𝐸 = 𝐼𝑇 𝐸𝑞𝑢𝑖𝑝𝑚𝑒𝑛𝑡 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑦

𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐹𝑎𝑐𝑖𝑙𝑖𝑡𝑦 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑦

IL DCIE è l’inverso del PUE ed

è un indicatore di efficienza in

senso stretto ( ɳ). E’ un

indicatore poco usato, in

letteratura è prevalente il PUE.

Schematizzazione del PUE

CONSUMO

APPARATI

ICT

CONSUMO

APPARATI

ICT

PE

RD

ITE

EL

ET

TR

ICH

E

PE

RD

ITE

EL

ET

TR

ICH

E

CO

NS

UM

O

IMP. C

ON

D.

CO

NS

UM

O

IMP. C

ON

D.

Consumo

Totale

Data Center

Consumo

Totale

Data Center

Nota: In questo modello si considerano

perdite( inefficienze) i consumi non ICT:

1) Perdite UPS, perdite Trafo cabina

MT/BT;

2) Consumi dell’impianto di

condizionamento

3) Consumi di illuminazione

4) Etc

PUE DCIE Perdite (*)Efficienza

del sito

3 33% 67% Molto bassa

2,5 40% 60% Bassa

2 50% 50% Media

1,5 67% 33% Buona

1,2 83% 17% Ottima

Efficientamento Energetico su Siti TLC Esistenti

• Da confronto tecnico con i tecnici del settore TLC si stima che i siti esistenti dovrebbero avere

un PUE che oscilla tra 2,5 e 1,7.

• Gli operatori TLC presenti al tavolo tecnico Enea hanno individuato come KPI globale per il

sistema di condizionamento un importante parametro: 𝑬𝑬𝑹𝑺𝒊𝒔𝒕𝒆𝒎𝒂.

Tale KPI è stato recepito da Enea nelle guide settoriali per le diagnosi energetiche.

Cosa è l’𝑬𝑬𝑹𝑺𝒊𝒔𝒕𝒆𝒎𝒂?

E’ un parametro che su base annua dice quanti kWh termici vengono smaltiti a fronte dei kWhe

assorbiti dal sistema di condizionamento.

Ipotizzando che l’involucro del sito sia adiabatico e che i consumi di illuminazione e sistemi ausiliari

siano trascurabili, un modello approssimato è governato dalle seguenti semplici equazioni:

1) 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑆𝑖𝑡𝑜 = 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝐼𝐶𝑇 + 𝑃𝑒𝑟𝑑𝑖𝑡𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑖 𝑒𝐸𝑙𝑒𝑡𝑡𝑟𝑖𝑐ℎ𝑒 + 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝐶𝐷𝑍

2) 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑇𝑒𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎𝑆𝑖𝑡𝑜 = 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒 𝐼𝐶𝑇 + 𝑃𝑒𝑟𝑑𝑖𝑡𝑒 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑖𝐸𝑙𝑒𝑡𝑡𝑟𝑖𝑐ℎ𝑒

3) 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑇𝑒𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎𝑆𝑖𝑡𝑜 = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝐹𝑟𝑖𝑔𝑜𝑟𝑖𝑓𝑒𝑟𝑎𝐶𝐷𝑍

4) 𝐸𝐸𝑅𝑆𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 =𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝐹𝑟𝑖𝑔𝑜𝑟𝑖𝑓𝑒𝑟𝑎𝐶𝐷𝑍

𝐶𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑜 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙𝑒𝐶𝐷𝑍

Efficientamento del sistema elettrico

Le cause delle perdite elettriche sono principalmente dovute:

1. Scarsa efficienza delle macchine elettriche statiche

2. Punto di lavoro non ottimale

La tecnologia oggi rende disponibili UPS:

a) Con rendimento in modalità doppia conversione VFI > 95%

b) Con rendimento in modalità Ecomode ( VI - VFD) > 98%

c) In grado di adeguare il punto ottimale di lavoro al carico.

Lo stesso discorso vale per le Stazioni Energia che erogano la 48 in CC.

Conclusioni: va fatta un’adeguata diagnosi energetica e individuare la soluzione ottimale.

Il Pay Back Period per questa tipologia di interventi in genere è intorno ai 3-5 anni

Efficientamento del sistema di condizionamento

Le cause dell’inefficienze del sistema di condizionamento sono molto complesse e non si

risolvono con la semplice sostituzione di macchine a maggior performance(EER).

La presente tabella da una schematizzazione delle inefficienze in funzione del PUE. Per

facilità di lettura si è ipotizzata una potenza media pari a 1000 KW

Se osserviamo la tabella con attenzione nell’ipotesi di PUE = 2 potremmo avere un EER di

sistema medio annuo pari 1,5 a fronte di apparati di condizionamento dove in scheda

tecnica troviamo un EER medio stagionale pari a 3-4.

Dove sta il problema?

PUEICT

kWe

PERDITE

ELETTRICHE

kWe

IMPIANTO

CDZ

KWe

CARICO

TERMICO

kWt

EER DI

SISTEMA

3 333 160 507 493 0,97

2,5 400 130 470 530 1,13

2 500 100 400 600 1,50

1,5 667 70 263 737 2,80

1,2 833 40 127 873 6,89

TABELLA RIPATIZIONE POTENZA MEDIA IN FUNZIONE DEL PUE

POTENZA MEDIA ANNUA 1.000 KW

EER di Sistema

L’efficienza di un sistema di condizionamento globale può essere vista come il concorso di

fattori quali :

1. Efficienza nella produzione del freddo

2. Efficienza nella distribuzione del freddo

3. Temperatura

𝑬𝑬𝑹𝑺𝑰𝑺𝑻𝑬𝑴𝑨

Efficienza nella Produzione del freddo

CDZ

Modulanti

Free Cooling

Efficienza nella distribuzione del freddo

Ottimizzazione Aeraulica

Ventilazione

Temperatura

Temperatura esterna

Temperatura sala

Il progetto esempio prevede di installare un impianto di free-Cooling diretto in parallelo ai

condizionatori «tradizionali» presenti; il sistema sarà composto da:

Modulo di immissione aria fredda (ventilatore centrifugo con motore elettrico a velocità

modulante + sistema di controllo con microprocessore + filtro a tasche con pre-filtro metallico)

Modulo di espulsione aria calda (ventilatore centrifugo con motore elettrico a velocità

modulante + sistema di controllo con microprocessore)

Serrande di immissione motorizzate e kit sonde di misura: antipioggia, presenza acqua nel

pavimento sopraelevato; temperatura esterna e interna

Pannello di gestione centralizzata del sistema di free cooling

MODULO

IMMISSIONE

ARIA FREDDA MODULO

ESPULSIONE

ARIA CALDA

DESCRIZIONE IMPIANTO

Esempio di impianto di free-cooling in siti esistenti 1/2

Il Modulo di immissione aria sarà

interconnesso con i condizionatori esistenti

per il funzionamento ottimizzato per il

risparmio energetico. Il sistema prevede di

utilizzare il freecooling in modulazione in

funzione delle basse temperature esterne, con

inserimento progressivo dei condizionatori

all’aumentare della temperatura ambiente in

caso di insufficienza frigorifera.

LOGICA DI FUNZIONAMENTO

BENEFICI DIRETTI ED INDIRETTI

Il beneficio diretto dell’introduzione del free-cooling è il risparmio energetico

A parità di effetto utile abbiamo una

riduzione significativa del consumo

energetico

Il beneficio indiretto è legato al fatto che nei mesi invernali il free-cooling si sostituisce totalmente o

parzialmente ai CDZ tradizionali comportando un minore numero di ore di funzionamento degli stessi

che si traduce in una minore manutenzione, maggiore affidabilità e durata delle macchine

Esempio di impianto di free-cooling in siti esistenti 2/2

Ricircoli di aria calda e possibile formazione di HOT SPOTS Bassa T

aspiraz. CDZ

Nella situazione attuale si riscontra: - Temperatura di sala fortemente eterogenea - Flussi d’aria caotici con conseguenti miscelazioni tra flussi caldi/freddi - Formazione di Hot Spots - Basse T di aspirazione dei CDZ fortemente dipendenti dalle condizioni locali del CDZ - Efficienza del sistema di condizionamento molto bassa

Intervento su aeraulica: sistema di condizionamento AS IS

Mediante la canalizzazione dell’aria «calda» nel controsoffitto e sfruttando il moto di convezione naturale si riesce a imporre un percorso definito all’aria refrigerata uscente dalle griglie. I benefici che ne derivano sono: • Aumento dell’Efficacia di Raffreddamento ( minor pericolo formazione Hot Spots; innalzamento battente

aria fredda; ecc..) • Aumento dell’Efficienza di Raffreddamento (Limitazione miscelazioni aria calda/fredda; Aumento della

resa del CDZ grazie all’aumento della Temperatura di ripresa; ecc..)

Intervento su aeraulica: sistema di condizionamento TO BE

Schematizzazione perdite di efficienza per miscelazione e ventilazione

𝑄𝑇𝑂𝑇 𝑄1 𝑄2

𝑇𝐹 𝑇𝐹 𝑇𝐹

𝑇𝐹 𝑇𝐶

𝑇𝑅

𝑃𝐸𝑙𝑒𝑡𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎

𝑃𝑇𝑒𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎

𝑃𝑓𝑟𝑖𝑔𝑜𝑟𝑖𝑓𝑒𝑟𝑎 𝑁𝑒𝑡𝑡𝑎

𝜂𝑄 =𝑄2

𝑄𝑇𝑂𝑇

𝜂𝑇 =𝑇𝑅 − 𝑇𝐹

𝑇𝐶 − 𝑇𝐹

Q= portata d’aria

Schematizzazione dei flussi d’aria in un caso ideale

𝑄𝑇𝑂𝑇 𝑄2

𝑇𝐹 𝑇𝐹

𝑇𝐶 𝑇𝑅

𝑃𝐸𝑙𝑒𝑡𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎

𝑃𝑇𝑒𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎

𝑃𝑓𝑟𝑖𝑔𝑜𝑟𝑖𝑓𝑒𝑟𝑎𝑁𝑒𝑡𝑡𝑎

𝜂𝑄 =𝑄2

𝑄𝑇𝑂𝑇

𝜂𝑇 =𝑇𝑅 − 𝑇𝐹

𝑇𝐶 − 𝑇𝐹

Q= portata d’aria

𝑄1

Nel caso ideale 𝑄1 tende a zero e 𝑇𝑅 tende a 𝑇𝐶

𝜂𝑄 ed 𝜂𝑡 tendono a 1