Misure per l'efficienza energetica dei data center: come la precisione dei sensori migliora il PUE e riduce i costi
Attualmente, i data center consumano ogni anno circa 485 TWh di elettricità in tutto il mondo. Secondo un rapporto dell'IEA del 2025, questa cifra potrebbe raggiungere 950 TWh entro il 2030. L'intelligenza artificiale è uno dei principali fattori alla base di questo aumento.
Le aziende alla ricerca di misure per l'efficienza energetica dei data center non dovrebbero concentrarsi esclusivamente sull'hardware IT. Il raffreddamento offre il maggiore potenziale a breve termine. A seconda della posizione, del grado di utilizzo e del tipo, il raffreddamento può rappresentare fino al 25% del consumo energetico totale della struttura.
Dati di misurazione precisi e affidabili consentono un controllo mirato dell'efficienza energetica nel raffreddamento dei data center senza compromettere la disponibilità.
In questo articolo scoprirete:
- Che cosa significano PUE e WUE e perché sono metriche importanti.
- Quali punti di misurazione nel data center hanno il maggiore impatto sul consumo energetico.
- Che cosa può ottenere concretamente una tecnologia di sensori precisi.
Quali sono le metriche principali per le misure di efficienza energetica dei data center?
Che cos'è il PUE e perché è il KPI centrale dell'efficienza energetica?PUE è l'acronimo di Power Usage Effectiveness, ovvero l'efficienza d'uso dell'energia. La formula è semplice: PUE = consumo energetico totale della struttura / consumo energetico delle apparecchiature IT Consideriamo un data center con un carico IT di 10 MW. Se il suo PUE diminuisce da 1.5 a 1.2, la potenza totale richiesta diminuisce da 15 MW a 12 MW. Con un prezzo dell'elettricità di €0.12 per kWh e un funzionamento durante tutto l'anno, ciò rappresenta un risparmio annuo calcolato di circa €3.15 milioni. Che cos'è il WUE e quando è rilevante?WUE è l'acronimo di Water Usage Effectiveness, ovvero efficienza d'uso dell'acqua, e descrive il consumo d'acqua specifico del sito di un data center in relazione al suo consumo energetico IT. È rilevante quando si utilizza il raffreddamento evaporativo o il free cooling tramite torri di raffreddamento. La capacità di raffreddamento e il potenziale disponibile di free cooling sono determinati in gran parte dalla temperatura di bulbo umido dell'aria esterna. La misurazione precisa e stabile nel lungo periodo della temperatura e dell'umidità esterne consente il controllo ottimale delle torri di raffreddamento, del free cooling e dei chiller. Ciò supporta le misure per l'efficienza energetica dei data center e contribuisce a ridurre il consumo energetico. |
Che cosa determina il consumo energetico nei data center?
1. Temperatura all'ingresso del server
La temperatura all'ingresso del rack di server è uno dei punti di controllo più importanti per le misure di efficienza energetica dei data center.
Secondo il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e ENERGY STAR, ogni aumento controllato di 0.5 °C della temperatura all'ingresso del server consente di risparmiare circa il 4%–5% dell'energia di raffreddamento.
Il problema: per ragioni di disponibilità, il setpoint viene spesso mantenuto a un livello eccessivamente prudenziale. È comprensibile. Un sensore con una precisione di misurazione di ±0.5 °C richiede un margine di sicurezza.
I sensori altamente precisi e stabili nel lungo periodo consentono di avvicinare il punto di funzionamento ai limiti di temperatura consentiti senza compromettere l'affidabilità operativa.
Ciò richiede un posizionamento adeguato dei sensori e una valutazione accurata dell'intero sistema di misurazione.
2. Flusso d'aria e contenimento
Nei data center con pavimenti sopraelevati, la misurazione precisa della pressione differenziale supporta la distribuzione dell'aria di raffreddamento in funzione della domanda.
Il setpoint corretto dipende dalla specifica struttura, dalle uscite dell'aria e dal volume di flusso d'aria richiesto. Le deviazioni possono causare una distribuzione inadeguata dell'aria o aria di bypass.
Ciò può far sì che l'aria fredda aggiri i server senza raffreddarli.
3. Umidificazione e deumidificazione
Il controllo dell'umidità in un data center richiede un intervallo operativo equilibrato. Un'aria troppo secca può aumentare il rischio di scariche elettrostatiche. Un'umidità eccessiva può aumentare il rischio di condensa e corrosione su circuiti stampati e contatti.
L'umidità relativa cambia quando cambia la temperatura dell'aria. Il punto di rugiada, invece, descrive l'effettivo contenuto di umidità dell'aria. Pertanto, in molte applicazioni può fornire una variabile di controllo più stabile.
Per le apparecchiature IT raffreddate ad aria nelle classi da A1 ad A4, ASHRAE raccomanda un punto di rugiada compreso tra -9 °C e 15 °C e un'umidità relativa massima del 70% o del 50%, a seconda del livello di contaminazione corrosiva.
4. Clima esterno
La temperatura esterna, l'umidità relativa e la temperatura di bulbo umido determinano se e per quanto tempo è possibile utilizzare il free cooling. Quando le condizioni esterne sono favorevoli, il raffreddamento meccanico può essere disattivato parzialmente o completamente. Senza una misurazione continua, gli operatori possono perdere finestre utili di free cooling o interromperlo troppo presto, aumentando il rischio di condensa e corrosione.
Una stazione climatica esterna può quindi contribuire in modo significativo alle misure per l'efficienza energetica dei data center.
5. Concetto di raffreddamento
Il raffreddamento ad aria raggiunge i suoi limiti con densità di potenza del rack comprese tra circa 30 e 50 kW. In queste classi di potenza, il raffreddamento a liquido e a immersione stanno assumendo un ruolo sempre più importante.
Anche i moderni rack A1 con densità di potenza superiori a 100 kW utilizzano sempre più spesso il raffreddamento a liquido diretto sul chip. Tuttavia, il raffreddamento ad aria rimane spesso in uso per i componenti meno intensivi dal punto di vista termico. A seconda del sistema, possono essere monitorati i seguenti parametri:
- Temperatura di mandata e di ritorno
- Portata
- Pressione
- Conduttività
- Eventuali perdite
- Contenuto d'acqua nei fluidi di raffreddamento dielettrici
Per i fluidi di raffreddamento dielettrici, può essere rilevante anche il monitoraggio del contenuto d'acqua nel liquido.
Efficienza e disponibilità: quali variabili di misurazione sono fondamentali?
La tabella seguente mostra quali parametri devono essere monitorati nei data center per ridurre i costi energetici. Evidenzia inoltre i rischi che possono derivare da dati di misurazione imprecisi. E+E Elektronik fornisce sensori precisi per tutti i punti di misurazione elencati sotto.
| Variabile di misurazione | Posizione critica | Perché la misurazione è importante | Sensori E+E adatti |
|---|---|---|---|
| Temperatura e umidità relativa | Ingresso del rack di server, misurato nella parte superiore, centrale e inferiore | Una deviazione di misurazione di pm0.5 °C può richiedere un margine di sicurezza aggiuntivo. Gli operatori possono accettare un raffreddamento eccessivo per evitare il surriscaldamento. | HTS401, EE072 |
| Punto di rugiada | Corridoio freddo e circuito dell'acqua refrigerata | I rack GPU oltre 30 kW possono creare un forte raffreddamento locale. Se una superficie scende al di sotto del punto di rugiada, l'umidità può condensarsi direttamente sull'hardware. | EE046 |
| Pressione differenziale | Pavimento sopraelevato e corridoio freddo o caldo | Se la pressione si discosta dal setpoint, l'aria di raffreddamento può bypassare i server. | EE610, EE600 |
| Velocità dell'aria | Uscita CRAC e ingresso del rack | Una velocità eccessiva delle ventole consuma una quantità sproporzionata di energia. Un controllo mirato del flusso d'aria può ridurre il consumo. | EE650 |
| Clima esterno | Torre di raffreddamento ed economizzatore per il free cooling | La temperatura di bulbo umido determina se il free cooling o il raffreddamento evaporativo possono funzionare efficacemente. | EE260, EE08, EE451 |
Come devono essere posizionati i sensori in un data center?
Due standard forniscono indicazioni chiare sul posizionamento dei sensori.
- DIN EN 50600 e ISO/IEC 22237 richiedono il monitoraggio continuo delle condizioni ambientali nei data center. Per un monitoraggio significativo della temperatura, i sensori devono essere posizionati il più vicino possibile alle prese d'aria delle apparecchiature IT.
Più punti di misurazione lungo l'altezza del rack possono essere utili quando i rack sono alti o i carichi IT variano significativamente.
- ASHRAE raccomanda sensori di temperatura e umidità nelle sezioni inferiore, centrale e superiore dell'ingresso del rack.
Un posizionamento coerente dei sensori aiuta gli operatori a rilevare i punti caldi prima che causino guasti e consente al contempo di adottare misure mirate per l'efficienza energetica dei data center.
Che cosa può ottenere una tecnologia di sensori precisi? Un esempio di calcolo
Situazione iniziale: carico IT di 10 MW, PUE 1.5, prezzo dell'elettricità €0.12/kWh
- La temperatura all'ingresso del server viene aumentata di 0.4 °C. Ciò è possibile quando il sensore offre una precisione di misurazione di ±0.1 °C anziché ±0.5 °C. Il calcolo si basa sulla stima prudenziale di un risparmio del 5% dell'energia di raffreddamento per ogni aumento di 1 °C della temperatura all'ingresso del server.
| Risparmio energetico annuo | Risparmio annuo sui costi | Nuovo PUE | Riduzione della CO_2 |
|---|---|---|---|
| 675 MWh | Circa €81,000 | 1,492 | 169 t CO_2 |
Fonte: il calcolo si basa sulla guida LBNL/DOE e sui dati ENERGY STAR.
Il risultato: in cinque anni, un carico IT di 10 MW e un aumento di 0.4 °C della temperatura all'ingresso del server possono generare un potenziale risparmio sui costi energetici fino a €400,000.
Come implementare misure per l'efficienza energetica dei data center
I data center consumano più energia che mai. La pressione per ridurre i costi evitando al contempo le interruzioni di servizio è in aumento. Tuttavia, efficienza energetica e disponibilità non si escludono a vicenda. Condividono la stessa base tecnica: dati di misurazione affidabili nei punti giusti e con una precisione sufficiente.
Se gli operatori possono aumentare il setpoint all'ingresso del server di 0.4 °C perché si fidano dei dati dei sensori, un sito da 10 MW può risparmiare circa €80,000 all'anno. La misurazione della pressione differenziale nel corridoio freddo aiuta a prevenire l'aria di bypass. Il monitoraggio del clima esterno consente di utilizzare finestre di free cooling che altrimenti rimarrebbero inutilizzate.
I costi energetici dei data center possono essere ridotti in modo sicuro e sistematico, ma solo con dati di misurazione che supportino decisioni operative mirate. PUE e WUE diventano così più che metriche astratte. Diventano il risultato diretto di decisioni deliberate prese durante le attività quotidiane e costituiscono la base per misure efficaci di efficienza energetica dei data center.
E+E Elektronik fornisce sensori altamente precisi e stabili nel lungo periodo per tutti i punti di misurazione critici del data center, dall'ingresso del rack al circuito del fluido di raffreddamento, con tracciabilità di misura completamente documentata e perfetta integrazione BMS.