RAFFREDDAMENTO DAL CALORE - SENZA COMPRESSORI, SENZA ELETTRICITÀ!
I sistemi di raffreddamento ad adsorbimento Fahrenheit generano freddo sfruttando il calore proveniente da varie fonti come centrali di cogenerazione, processi industriali, compressori, sistemi a vapore, impianti solari o sale caldaie locali. Questo approccio fornisce un raffreddamento efficiente ed ecologico, riducendo significativamente i costi operativi e rendendolo una soluzione di raffreddamento efficace ed energeticamente efficiente.
Il refrigeratore ad adsorbimento funziona secondo il principio della sorzione solida. Durante il processo di adsorbimento, il vapore del materiale sorbente (gel di silice o zeolite) viene "aspirato" (adsorbito), causando l'evaporazione dell'acqua e generando freddo. Quando il materiale è saturo, l'aggiunta di calore al gel lo rigenera e il processo ricomincia.
L'adsorbimento è l'attaccamento di atomi o molecole alla superficie dei solidi. Nel generatore di freddo dei refrigeratori ad acqua Fahrenheit, le molecole d'acqua si attaccano a uno dei due adsorbitori, provenienti dall'evaporatore adiacente. Qui, l'acqua con il refrigerante evapora a pochi gradi Celsius per fornire raffreddamento. L'adsorbitore garantisce la bassissima pressione di vapore richiesta.
Il raffreddamento viene fornito sotto forma di acqua fredda e può essere utilizzato per il raffreddamento di processi o per il condizionamento dell'aria negli ambienti. Il refrigeratore è versatile e analogo a un refrigeratore convenzionale alimentato elettricamente. I sistemi di raffreddamento Fahrenheit operano secondo il principio dell'adsorbimento. Nel dispositivo, due sotto-processi si alternano, ottenendo una prestazione di raffreddamento quasi continua.
Oltre alle applicazioni di raffreddamento, i refrigeratori possono essere utilizzati anche come pompe di calore per supportare il riscaldamento degli edifici in inverno. Il sistema può essere commutato automaticamente tra raffreddamento e riscaldamento tramite un controllo di livello superiore, consentendo un funzionamento automatico in entrambe le modalità.
Il secondo dei due adsorbitori viene riscaldato contemporaneamente con il calore fornito da compressori o impianti a vapore. Per consentire un raffreddamento quasi continuo, entrambi gli adsorbitori operano alternativamente in due fasi.
Dal punto di vista delle applicazioni di raffreddamento, la macchina si comporta come un refrigeratore. Le temperature dell'acqua fredda variano da 9°C a 21°C a seconda delle specifiche. All'interno del refrigeratore (l'area di alimentazione dell'acqua refrigerata), non sono richieste parti in movimento attivo. Non è necessario aprirlo per ispezione o manutenzione, quindi è saldato ermeticamente.
Grazie alla tecnologia Fahrenheit, il refrigeratore non richiede manutenzione. I lavori di assistenza sono necessari solo nelle aree periferiche del refrigeratore e in altri componenti del sistema.
Refrigeratori ad adsorbimento - come funzionano
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Raffreddamento ad adsorbimento con gel di silice
La generazione di refrigeratori chiamata eCoo produce freddo accumulando vapore acqueo in solidi porosi. Utilizziamo il gel di silice come adsorbente per questo processo. Il gel di silice è una sabbia porosa, completamente non tossica e innocua per l'ambiente, composta da SiO2. L'acqua pura funge da refrigerante. A differenza di altri refrigeranti, l'acqua è un componente sicuro.
Il processo di adsorbimento è completamente reversibile al 100% e opera senza alcun supporto meccanico. Ciò significa che il trasporto dei refrigeranti non richiede pompe, compressori o valvole, e quindi non c'è usura dei componenti all'interno del modulo sottovuoto. I moduli sottovuoto sono sigillati ermeticamente e privi di manutenzione. A differenza delle tecnologie convenzionali, questo sistema non subisce perdite di refrigerante durante il funzionamento.
I refrigeratori SorTech funzionano in modo affidabile a una temperatura iniziale di alimentazione di 50°C. L'involucro del modulo sottovuoto è realizzato in materiale di acciaio inossidabile sottile, basato sul principio del "sandwich" o dell'"imballaggio del caffè", dirigendo la forza motrice - la pressione atmosferica - sulla struttura interna del modulo.
Sistemi di raffreddamento ad adsorbimento FAHRENHEIT
I sistemi di raffreddamento FAHRENHEIT possono essere combinati modularmente - quindi adattati individualmente alle esigenze di raffreddamento desiderate. I nostri sistemi standard possono essere messi in cascata per aumentare la loro capacità di raffreddamento.
- Pompe ad alta efficienza con controllo della velocità per tutti e tre i circuiti
- Modalità di raffreddamento libero integrata: non richiede idraulica o software aggiuntivi
- Controller SIEMENS robusto e affidabile
- Visualizzazione e controllo nel cloud da qualsiasi luogo
- Protocolli di comunicazione integrati: BACnet IP, BACnet MS/TP, M-Bus, LON, Modbus RTU, OPC
- I moduli interni possono essere collegati in parallelo o in serie per ottimizzare potenza e caduta di temperatura
eCoo 20 ST
eCoo 20X
eCoo 30
eCoo 30X
eCoo 40X
Raffreddamento ad adsorbimento con zeolite
Per ampliare la gamma di applicazioni in specifiche zone climatiche con temperature più elevate, gli ingegneri hanno sviluppato una nuova tecnologia con zeolite (Processo PST - trasformazione parziale). In questo rivoluzionario processo di rivestimento, la zeolite - come il gel di silice, un materiale ecologico e non tossico - può cristallizzare direttamente sulla superficie di uno scambiatore di calore convenzionale (tipo Gill), schiuma, spugna sagomata o formarsi su materiale fibroso.
Rispetto agli adsorbitori rivestiti tradizionalmente, questa innovazione SorTech raggiunge una densità di potenza particolarmente elevata grazie alle sue eccezionali capacità idriche e alle condizioni ottimizzate di scambio termico. Inoltre, il rivestimento di zeolite cristallizzata mostra una forte adesione al substrato e un legame solido, offrendo un'eccellente protezione dalla corrosione. Il fatto che il processo di rivestimento elimini l'uso di strati leganti o adesivi è uno dei segreti dello scambio termico ottimizzato del sistema.
Infine, grazie a questa tecnologia innovativa, le dimensioni, il peso, la capacità e il costo dello scambiatore di calore integrato potrebbero essere significativamente ridotti - mantenendo la stessa potenza di raffreddamento.
Supercomputer a raffreddamento autonomo - Raffreddamento dei data center
Il sistema di raffreddamento ad adsorbimento Fahrenheit supporta l'efficienza energetica sostenibile presso il Centro Supercomputer Leibniz
I data center consumano enormi quantità di elettricità. A livello globale, consumano oltre il due percento dell'elettricità generata e contribuiscono in modo corrispondente alle emissioni di CO2. Le previsioni indicano che il numero di data center, e quindi il consumo di elettricità, continuerà a crescere nei prossimi anni. Per questo motivo, si cercano soluzioni alternative per ridurre significativamente il consumo di elettricità e le emissioni di CO2. Il supercomputer SuperMUC-NG dimostra che queste riduzioni sono già possibili oggi. Il supercomputer Intel-Lenovo, installato presso il Centro Supercomputer Leibniz (LRZ) presso l'Accademia Bavarese delle Scienze e delle Lettere a Garching, utilizza modelli e simulazioni complessi per comprendere meglio questioni come l'universo, il cambiamento climatico e l'azione dei farmaci. Per questo scopo, richiede fino a quattro megawatt di potenza elettrica. A causa dell'enorme potenza di calcolo che genera calore, necessita di un raffreddamento efficiente e, se possibile, a risparmio energetico.
Il sistema di raffreddamento ad adsorbimento contribuisce significativamente a questo effetto. Converte il calore generato nei processori in energia di raffreddamento per il sistema di raffreddamento. Come risultato del recupero di calore, l'infrastruttura di raffreddamento del computer ottimizza l'efficienza, risparmiando energia e riducendo significativamente le emissioni di CO2. Nel campo del calcolo ad alte prestazioni (HPC), SuperMUC-NG è diventato un modello in termini di sostenibilità. Il sistema di raffreddamento ad adsorbimento Fahrenheit da 600 kW è attualmente uno dei più grandi in Europa.
La protezione del clima e i prezzi dell'energia esercitano pressione per aumentare l'efficienza energetica di tutte le moderne applicazioni IT. I grandi data center possono essere pionieri dell'"IT verde" raffreddandosi in modo economico e risparmiando risorse. Secondo la Rete dei Data Center Efficienti dal Punto di Vista Energetico (NeRZ), nei data center tedeschi, più di 13 miliardi di kWh di energia vengono convertiti in calore ogni anno e poi rilasciati nell'ambiente senza utilizzo. Allo stesso tempo, l'elevata densità di potenza nei data center aumenta le esigenze sui sistemi di raffreddamento. Secondo uno studio dell'Istituto Borderstep, il consumo energetico dei data center tedeschi è aumentato di oltre il 40 percento rispetto al 2010. Soluzioni tecniche moderne, come il sistema di raffreddamento ad adsorbimento, possono aprire la strada a una maggiore efficienza delle risorse.
Andreas Thomasch, Direttore HPC & AI presso Lenovo, conferma: "La soluzione di raffreddamento ad acqua calda, implementata in collaborazione con Fahrenheit e il Centro Supercomputer Leibniz, mostra come anche supercomputer molto energivori, che consumano diversi megawatt, possano essere gestiti utilizzando il calore di scarto per generare potenza di raffreddamento. Questa innovazione congiunta combina la tecnologia di adsorbimento di Fahrenheit con la tecnologia Neptune di Lenovo. Migliora il bilancio climatico e allo stesso tempo riduce i costi operativi. Per me, questo è un eccellente esempio di innovazione congiunta con i nostri clienti, pienamente in linea con la strategia di Lenovo 'From Exascale to Everyscale™'. Esprime anche la convinzione che questa combinazione di tecnologie possa essere implementata anche per clienti che consumano meno di un megawatt, per progettare il calcolo ad alte prestazioni in modo permanentemente più sostenibile."
Il raffreddamento risparmia elettricità
Il sistema di raffreddamento ad acqua calda con una capacità di raffreddamento fino a quattro megawatt di calore raffredda circa 311.000 core e memorie di SuperMUC-NG. La temperatura del sistema di raffreddamento ad acqua calda sale a 55°C. Questo calore di scarto dal sistema IT può a sua volta essere utilizzato per riscaldare gli edifici nei mesi più freddi. Inoltre, il sistema di adsorbimento utilizza il calore dall'acqua calda per generare energia di raffreddamento. In questo modo, raffredda l'aria riscaldata dai componenti rimanenti raffreddati ad aria utilizzando porte posteriori raffreddate ad acqua, che fungono da scambiatori di calore aria-acqua. Per questo scopo, è necessaria acqua con una temperatura di circa 20°C e una capacità di raffreddamento massima di circa 600kW. Questo sistema di recupero di calore risparmia fino all'80 percento di energia elettrica durante il raffreddamento rispetto ai sistemi di raffreddamento convenzionali. In questo modo, il computer si raffredda da solo, poiché il calore disponibile dai processi consente la produzione di acqua fredda.
Il Prof. Dr. Dieter Kranzlmüller, capo del Centro Supercomputer Leibniz, sottolinea i vantaggi del concetto di raffreddamento: "I computer non consumano energia elettrica. Semplicemente convertono l'energia elettrica in energia termica e lo fanno molto efficientemente. Al LRZ, lavoriamo da tempo con il raffreddamento ad acqua calda per il nostro supercomputer e siamo interessati all'uso successivo del calore generato in questo processo. In questo modo, possiamo gestire il nostro centro di supercomputer nel modo più efficiente possibile. L'uso di refrigeratori ad adsorbimento è un approccio molto promettente a questo riguardo."
Emissioni di CO2 significativamente ridotte
Tutto ciò ha un impatto estremamente positivo sull'efficienza energetica: solo una piccolissima parte dell'energia elettrica viene utilizzata per raffreddare il computer. SuperMUC-NG ha raggiunto un valore PUE (Power Usage Effectiveness) molto basso di 1.08. Solo l'otto percento del consumo energetico totale dell'infrastruttura di calcolo richiede sistemi periferici; il resto utilizza semplicemente l'energia del computer. L'infrastruttura di raffreddamento speciale del supercomputer riduce anche drasticamente le emissioni di CO2 associate al computer. Per confronto, SuperMUC-NG si comporta molto bene: il valore medio PUE del settore è 1.67.
Sistema ibrido per il ri-raffreddamento
Il ri-raffreddamento del sistema di adsorbimento viene effettuato utilizzando due raffreddatori ibridi separati che possono operare sia in modalità umida che secca. Il raffreddamento umido garantisce che la temperatura di ri-raffreddamento sia inferiore alla temperatura esterna attraverso il raffreddamento evaporativo. Questo sistema ibrido risparmia energia e, in caso di temperature esterne più elevate, consente l'uso di un sistema di raffreddamento più piccolo. In modalità secca, i raffreddatori non richiedono acqua, riducendo il consumo idrico del sistema.
La tecnologia di Fahrenheit è premiata: nel 2018, il suo concetto di raffreddamento ad adsorbimento ha vinto il German Data Center Award nella categoria condizionamento e raffreddamento. Il raffreddamento ad adsorbimento funziona come segue:
I refrigeratori ad adsorbimento Fahrenheit operano secondo il principio della sorzione a corpo solido, nota come adsorbimento (dal latino "assorbire"). L'adsorbimento descrive l'arricchimento di materiali (gas o liquidi) sulla superficie di un solido, l'adsorbente. Nel processo di adsorbimento, il vapore acqueo dal materiale di sorzione (gel di silice o zeolite) viene "assorbito" e adsorbito, il che causa l'evaporazione dell'acqua e genera energia di raffreddamento. Quando il materiale è saturo, viene rigenerato fornendo calore. Come refrigerante, Fahrenheit utilizza acqua pura senza refrigeranti sintetici. Le unità consentono di raggiungere un GWP (Global Warming Potential) pari a zero. Le normative dell'UE sui gas fluorurati a effetto serra (Regolamento F-Gas) sono rispettate senza problemi.
