Modelling and Control of Cooling Systems for Data Center Applications

Al giorno d'oggi, l'industria dei Data Center ricopre un ruolo fondamentale nello sviluppo dell'economia mondiale e sta crescendo in maniera rapida e costante. Peraltro, la crescente sensibilità verso tematiche di risparmio energetico, dei cambiamenti climatici, e di sviluppo sostenibile, coinvolge anche le nuove politiche industriali. Ad esempio, se si tiene conto che circa la metà dell’energia tipicamente consumata in un Data Center viene utilizzata per il raffreddamento delle apparecchiature informatiche, l’efficienza energetica deve essere considerata l’obiettivo primario nelle fasi di progettazione e di gestione dell’infrastruttura di raffreddamento. In questa Tesi, si considera il problema di ottimizzare il funzionamento dei sistemi di raffreddamento nei Data Center. L’obiettivo principale è quello di massimizzare l’efficienza energetica di tali sistemi, fornendo al contempo la capacità frigorifera necessaria a raffreddare le apparecchiature e i server. Specificatamente, viene proposto un approccio di controllo gerarchico basato su due livelli, in cui un supervisore determina i set-point ottimali per i controllori locali di basso livello. Il livello di supervisione sfrutta un algoritmo di ottimizzazione Extremum Seeking non basato su modello, che garantisce flessibilità e robustezza al variare delle condizioni operative. In particolare, viene presentato uno schema Newton-like Phasor-based che permette di migliorare la convergenza e la robustezza dell'algoritmo. Le prestazioni dell’architettura sono state verificate in silico per ottimizzare il funzionamento di un sistema di raffreddamento evaporativo indiretto e di un'unità di raffreddamento a immersione in liquido. Le simulazioni vengono eseguite sfruttando modelli First-Principle Data-Driven dei sistemi considerati e i risultati confermano l'efficacia dell'approccio proposto.