Chiller industriali e CDU nel raffreddamento dei Data Center

La densità termica dei Data Center ha raggiunto picchi senza precedenti e questo a causa della maggiore potenza di calcolo richiesta da software AI o dai server GPU.

Oggi più che mai, il funzionamento di un Data Center dipende dalla capacità di smaltire correttamente il calore e qui intervengono i sistemi di raffreddamento, composti da chiller industriali e CDU.

Vediamo in questo articolo come funzionano.

Quali sono le sfide di un moderno Data Center? 
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Indice:

- I due cicli di raffreddamento nei Data Center
- Il circuito secondario e la CDU per raffreddare i server
- Il ruolo di un chiller industriale nel circuito primario
- Conclusioni

I due cicli di raffreddamento nei Data Center

Le moderne architetture di gestione termica dei Data Center sono progettate secondo una struttura a doppio circuito che prevede una prima fase di raffreddamento dei ciruiti e una seconda di dissipazione del calore.

Un sistema di raffreddamento basato su questa logica ospita due circuiti che lavorano in sinergia.

• Circuito secondario o IT loop
  La prima fase del raffreddamento avviene all’interno di un circuito chiuso, gestito dalla CDU (Coolant Distribution Unit), che trasporta il fluido termovettore refrigerante ai rack per abbassare la temperatura delle componenti hardware utilizzando:
  • scambiatori di calore;
  • piastre fredde (sistemi direct-to-chip);
  • immersion cooling.
  Il fluido termovettore viene poi raffreddato attraverso scambiatori che cedono il calore in eccesso al circuito primario.
• Circuito primario o facility loop
  Si tratta della seconda fase di raffreddamento dei server e consiste in un ciclo esterno che trasporta il calore accumulato dal Data Center, attraverso l’aria o più frequentemente l’acqua, in sistemi di dissipazione dello stesso, come i chiller industriali.

Il circuito secondario e la CDU per raffreddare i server

Il circuito secondario prevede che il refrigerante arrivi quasi a contatto con la componente hardware del server, in modo da raffreddare i circuiti ed evitare sovraccarichi.

Per fare questo, interviene la CDU (Coolant Distribution Unit), un’unità di pompaggio e scambio termico intelligente che:

1. riceve il fluido riscaldato dal server;
2. fa passare il fluido all’interno di uno scambiatore, che cede il calore al circuito primario;
3. reimmette il fluido raffreddato nei rack.

Dato che in questa fase il circuito viaggia a pochi millimetri dai chip, il rischio di danneggiamento è più elevato rispetto a quello riscontrabile nel circuito primario.

Non è raro, infatti, che il processo generi fenomeni come la corrosione delle piastre o la deposizione di calcare, che si manifestano in maniera progressiva e possono arrivare a degradare irreparabilmente lo scambio termico.

Quando questo avviene, gli scambiatori non sono più in grado di contenere il calore emesso dal Data Center e veicolato ai chiller, provocando così guasti e fermi impianto.

Questa problematica porta molti responsabili ad affidarsi a sistemi di monitoraggio del liquido, che controllano parametri chimico-fisici essenziali come il pH, la conducibilità e la torbidità.

La supervisione costante di tali indici garantisce che il fluido termovettore del circuito secondario mantenga una buona qualità, impedendo di conseguenza il verificarsi di situazioni di rischio per il sistema.

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Il ruolo di un chiller industriale nel circuito primario

Il chiller è parte integrante e fondamentale del circuito primario e il suo compito è dissipare il calore prodotto dal funzionamento del Data Center e restituire il liquido termovettore raffreddato alla CDU, che lo pompa nel circuito secondario.

All'interno del chiller avvengono due processi chiave:

• Assorbimento del calore
  Il liquido termovettore caldo proveniente dal circuito primario, tramite un evaporatore, cede il suo calore a un circuito interno al chiller contenente un gas refrigerante.
• Compressione e dissipazione
  Il gas refrigerante, carico di calore, viene aspirato da un compressore che ne aumenta pressione e temperatura. Questo passaggio porta il refrigerante a una temperatura superiore a quella dell'ambiente esterno, consentendo ai ventilatori (nei sistemi ad aria) o al condensatore ad acqua collegato alle torri evaporative di scaricare facilmente lo scarto termico nell'atmosfera.

Una volta ceduto il calore all'esterno, il gas refrigerante torna allo stato liquido, si riespande all'interno del chiller e ricomincia il ciclo.

Contemporaneamente, il liquido termovettore del circuito primario, ormai raffreddato dall'evaporatore, viene pompato nuovamente verso lo scambiatore della CDU per ricominciare il ciclo di raffreddamento.

Ecco le principali differenze tra un chiller ad aria o ad acqua.

Conclusioni

Un buon sistema di raffreddamento è essenziale per assicurare che i Data Center odierni funzionino correttamente e non subiscano fenomeni di surriscaldamento.

E la qualità del processo di raffreddamento dipende sempre più dall’integrazione sinergica di chiller industriali e CDU, che assicura le massime prestazioni a qualsiasi centro dati.

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