In un’epoca in cui efficienza e sostenibilità sono cruciali, trasformare il calore di scarto in una risorsa preziosa sta diventando una priorità.
Il concetto di Energy Loop District propone un modello energetico sostenibile basato su sistemi locali e interconnessi che, oltre a favorire lo scambio di energia all’interno di un’area definita, consente di ridurre i consumi complessivi.
Sinergia e recupero del calore di prossimità
Questa visione trova particolare applicazione nei data center, tradizionalmente energivori a causa del loro bisogno di raffreddamento. In realtà, essi possono diventare un punto cruciale del sistema, creando una sinergia tra diverse tipologie di utenze e valorizzando l’energia termica altrimenti sprecata.
Immaginate due aziende vicine: un data center produce calore in eccesso, mentre un’industria alimentare, un ospedale o un edificio residenziale ne ha bisogno. L’Energy Loop permette di condividere questo calore, portando a un bilancio energetico quasi a zero e a significativi benefici economici e ambientali.
“The Energy Building”: un modello di Energy Loop di HiRef
HiRef S.p.A., azienda storica nel settore del condizionamento, ha dimostrato la fattibilità di questo approccio con il modello di energy loop realizzato nella sua nuova sede produttiva denominata “The Energy Building”, inaugurata lo scorso maggio a Tribano (Padova).
Fabio Poletto, General Manager di HiRef, spiega come il calore generato nelle cabine di collaudo (adatte anche per macchine con refrigeranti infiammabili) venga distribuito tramite un anello idronico, anziché essere disperso. Se il fabbisogno di calore è bilanciato, l’apporto di energia esterna è nullo. In caso di squilibrio, le pompe di calore di compensazione intervengono per riequilibrare il sistema.
L’impianto è strutturato in cascata, con pompe di calore dedicate che usano l’anello come sorgente per elevare la temperatura al valore richiesto dalle diverse utenze (ad esempio, produzione a 50 °C e uffici a 40 °C). Il sistema è supportato da un volano termico (un modesto accumulo) e da un impianto fotovoltaico che, oltre a fornire energia ausiliaria per le pompe di calore, copre una parte significativa del fabbisogno energetico diurno.
Dal Data Center al teleriscaldamento urbano: un ciclo virtuoso
«L’obiettivo – continua Poletto – non è solo ridurre i consumi legati al raffreddamento, ma anche trasformare il calore di scarto in una risorsa utile alla comunità per alimentare una rete di teleriscaldamento. Le moderne tecnologie permettono di realizzare reti con acqua a basse temperature (circa 30 °C) per ridurre le dispersioni, valori che possono essere innalzati con pompe di calore installate presso le utenze. Le industrie, in particolare, possono beneficiare enormemente di queste reti, sia come fruitori che come fornitori, immettendo il proprio calore in eccesso”.
Nel caso degli Edge Center (data center di prossimità), necessari per ridurre la latenza dei servizi digitali e spesso situati in aree densamente popolate con facili utenze termiche, il potenziale di questa sinergia si concretizza ancor più. Un esempio che evidenzia come diverse entità possano interagire per massimizzare il recupero e il riutilizzo dell’energia è costituito dall’ accoppiata di data center, “vertical farm” e centri urbani.
Data Center in crescita esponenziale: implicazioni e sfide energetiche
L’aumento esponenziale del numero e delle dimensioni dei data center conseguente alla crescente domanda di energia (stimata per il 2022 intorno al 2% della domanda globale) e di risorse solleva preoccupazioni sull’impatto ambientale e sulla sostenibilità a lungo termine di questo settore e sul loro impatto negativo di influenza nella percezione pubblica.
In Europa, dove si stimano 550 gestori di data center, lo scenario non cambia. Uno studio di McKinsey del settembre 2024 prevede che la richiesta triplicherà, passando dai 10 GW del 2023 ai 35 GW nel 2030. Le cifre sono importanti anche per i consumi energetici, stimati in una salita annuale media del 13%, dai 65 TWh del 2023 a oltre 150 TWh nel 2030.
Sul fronte delle emissioni, una ricerca condotta dall’Università di Padova e cofinanziata dalla Regione Veneto, svolta con le risposte fornite da 74 gestori europei nell’autunno 2021, ha mostrato che le quote maggiori di emissioni all’interno del settore ICT sono da attribuire ai data center (33% rispetto all’intero settore ICT nel 2010 e 45% nel 2020). Per questi motivi, è fondamentale valorizzare ogni flusso energetico, condividere caldo e freddo, e progettare infrastrutture che dialoghino con la città, restituendo valore sotto forma di energia riutilizzabile.
«L’energia termica ceduta alla comunità potrebbe – prosegue ancora Poletto – far rivalutare questi edifici, spesso visti dall’ esterno come “black box” nel ruolo di trasformatori di energia anziché di divoratori di energia,”. HiRef, come costruttore di tecnologie di raffreddamento e recupero del calore IT, è impegnata da cinque anni su questa tematica, ispirandosi al Nord Europa, dove questa filosofia trova ampia applicazione grazie anche alle basse temperature ambientali. «Siamo parte integrante di una soluzione energetica sostenibile per la comunità, trasformando un ‘problema’ (il calore di scarto) in una risorsa preziosa,” conclude Poletto.
Esempi operativi di successo
In un’ottica di sostenibilità e innovazione, la Finlandia si conferma pioniera nel riutilizzo energetico. Con una capacità di 200.000 server, 5.000 rack e 24 MW di potenza IT , Telia e la compagnia energetica Helen hanno connesso l’Helsinki Data Center (HDC) di Pitäjänmäki, (uno dei più grandi data center del Nord Europa) alla rete di teleriscaldamento distrettuale di Helsinki per riscaldare a Helsinki le abitazioni di ventimila abitanti impiegando energie rinnovabili come fonti idroelettriche e fotovoltaiche. Con l’aumento della capacità di recupero, Telia prevede di riscaldare in futuro 28.000 monolocali, mentre come obiettivo a lungo termine (anno 2040) è previsto il raggiungimento di zero emissioni in tutta la catena di valore.
In Italia, da inizio anno è operativo a Rozzano il primo “loop energetico distrettuale”. Il sistema recupera il calore di scarto da un data center locale a favore del riscaldamento e la produzione di acqua calda sanitaria di cinquemila utenze residenziali, evitando circa 3.500 tonnellate di CO2 all’anno. Questo progetto è il primo in Italia a integrare il calore di scarto di un data center in una rete di teleriscaldamento su tale scala, dimostrando un’innovazione replicabile.
Il calore dai Data Center: una nuova vita nell’industria
Attualmente, il limite per riutilizzare il calore dei data center nell’industria è dato dalla bassa temperatura raggiungibile dalle attuali pompe di calore, che ne impedisce l’uso diretto. Tuttavia, le pompe di calore possono rappresentare una leva cruciale per la decarbonizzazione del settore elevando la temperatura dell’acqua fino a 90-120 °C tramite preriscaldamenti e recuperi di calore interni, sfruttando elettricità fornita da fonti rinnovabili.
La prossima frontiera è la produzione di vapore tramite pompe di calore che permetterà di massimizzare l’uso delle energie rinnovabili al posto dei combustibili fossili. In HiRef si sta già sviluppando un prototipo di pompa di calore ad alta temperatura, progettato per produrre acqua calda fino a 160 °C.
Sfide e prospettive per un futuro sostenibile
I distretti energetici ad anello sono una strada promettente per costruire un futuro energetico più pulito, efficiente e sicuro. Affrontare le sfide attuali – come la complessità di progettazione e gestione, gli elevati costi iniziali e la necessità di coordinazione tra tutti gli attori coinvolti – è cruciale.
Superare questi ostacoli, anche grazie a normative e finanziamenti favorevoli, significa spalancare le porte a un domani più sostenibile per tutti. È un invito a tutti a lavorare insieme per un futuro in cui il calore non sia più uno scarto, ma una risorsa preziosa per la comunità e l’industria.
Quali sono le problematiche, dal lato utenze, nell’interfacciamento di un sistema di teleriscaldamento con il recupero di calore da un data center?
«L’impianto si configura come una centrale di integrazione per il sistema di teleriscaldamento. Bisogna realizzare le tubazioni di interconnessione con la rete e installare pompe con prevalenza sufficiente in base alle esigenze del sistema».
Ci sono indicazioni utili sul dimensionamento ideale del recupero di calore rispetto alla capacità delle utenze destinatarie?
«Il rapporto tra la potenza delle macchine da installare e la dimensione del carico del teleriscaldamento o dell’utenza di prossimità sono i valori di riferimento. Normalmente si considera una taglia che massimizzi le ore di utilizzo e accorci il payback time, che in condizioni normali è calcolato tra i tre e i cinque anni».
Dal lato macchine/pompe di calore, quali sono i criteri per ottimizzare l’accoppiamento tra data center e sistema di recupero di calore?
«Al fine di massimizzare il recupero e rendere l’investimento vantaggioso si fa riferimento alla suddivisione del carico su più macchine. Sono preferibili soluzioni multi-circuito e/o con un importante grado di parzializzazione per far fronte alle variazioni della rete e/o alla disponibilità di carico dal data center. Ancora meglio se la soluzione è modulare e implementabile con la crescita del carico del data center».
Come gestire al meglio la produzione di calore in quei casi che non necessitano di riscaldamento tutto l’anno?
«La strategia si basa sulla sincronizzazione del carico e sull’ implementazione dell’anello energetico con sistemi di accumulo efficaci. Per applicazioni su larga scala citiamo, per esempio, i sistemi di accumulo in falde acquifere o sui materiali a cambiamento di fase (PCM). Questi ultimi a causa dei grandi volumi richiesti sono utilizzati prevalentemente in ambito industriale».
