efficienza energetica nel settore tlc siti esistenti - enea.it · ipotizzando che l’involucro del...
TRANSCRIPT
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