Data center e raffreddamento a liquido: il digital twin entra nella progettazione termica

L’aumento della potenza di calcolo richiesta dall’intelligenza artificiale sta trasformando rapidamente anche il raffreddamento dei data center. Rack sempre più densi generano carichi termici elevati e variabili, rendendo più complesso mantenere temperature operative corrette senza aumentare eccessivamente i consumi energetici.

In questo scenario cresce l’interesse verso i digital twin, modelli digitali capaci di riprodurre il comportamento termico e frigorifero dell’infrastruttura prima ancora che venga realizzata o modificata. Un esempio arriva dal progetto di ricerca COLLINS, avviato nel 2026 con l’obiettivo di sviluppare un gemello digitale validato dell’intera catena di raffreddamento a liquido di un data center per applicazioni AI: dalle cold plate installate sui chip fino allo smaltimento finale del calore.

Per progettisti e operatori della refrigerazione, il potenziale è significativo: simulare in anticipo il comportamento del sistema permette di confrontare configurazioni, verificare ridondanze e strategie di regolazione e individuare possibili criticità prima dell’intervento sull’impianto reale.

Carichi AI sempre più elevati cambiano il modo di raffreddare i server

La crescita dell’intelligenza artificiale sta aumentando rapidamente la densità di potenza delle infrastrutture IT. Nei data center ad alta densità, il raffreddamento esclusivamente ad aria può diventare più complesso da gestire e lascia progressivamente spazio a soluzioni nelle quali il calore viene trasferito direttamente a un circuito liquido.

I sistemi direct-to-chip, ad esempio, utilizzano piastre raffreddate a liquido installate a contatto con CPU e GPU per intercettare il calore vicino alla sorgente. Da qui l’energia termica viene trasferita attraverso circuiti idraulici, unità di distribuzione del refrigerante, scambiatori e sistemi di dissipazione verso l’esterno.

La difficoltà non consiste soltanto nel rimuovere grandi quantità di calore, ma nel farlo in presenza di carichi che possono variare rapidamente in funzione delle attività di calcolo.

Per la progettazione termica diventa quindi sempre più importante comprendere come l’intera catena di raffreddamento reagisca a queste variazioni, evitando sovradimensionamenti ma mantenendo sufficienti margini di sicurezza.

Il gemello digitale permette di provare l’impianto prima di modificarlo

Un digital twin non è semplicemente una simulazione statica. Il modello viene alimentato e calibrato utilizzando dati provenienti da apparecchiature reali, in modo da riprodurre con maggiore precisione il comportamento del sistema nelle diverse condizioni operative.

Nel caso del raffreddamento dei data center, questo permette di analizzare contemporaneamente temperature, portate, scambio termico, regolazione e risposta dei diversi componenti.

Le applicazioni possono riguardare:

• verifica della risposta alle variazioni rapide del carico IT;
• confronto tra diverse architetture di raffreddamento;
• valutazione delle ridondanze;
• ottimizzazione delle logiche di controllo;
• simulazione di guasti o condizioni anomale;
• pianificazione della manutenzione;
• valutazione del recupero del calore.

Il vantaggio è poter testare configurazioni e strategie senza intervenire direttamente sull’infrastruttura operativa, dove un errore può avere conseguenze significative sulla continuità del servizio.

Dal controllo reattivo al raffreddamento predittivo

Uno degli sviluppi più interessanti riguarda il passaggio da una regolazione reattiva a una gestione predittiva.

Tradizionalmente, molti sistemi intervengono quando una temperatura supera una determinata soglia. Un modello digitale aggiornato con dati reali può invece prevedere l’evoluzione delle condizioni termiche e modificare preventivamente portate, velocità dei ventilatori, temperature dell’acqua o apertura delle valvole.

In questo modo il raffreddamento può essere adattato più precisamente al carico effettivo, evitando di mantenere continuamente l’impianto nelle condizioni di massima capacità.

Per il settore della refrigerazione questo significa avvicinarsi a una gestione nella quale impianto fisico, sensori, modello digitale e regolazione lavorano come un unico sistema.

Efficienza e recupero del calore diventano parte dello stesso modello

Il digital twin può essere utilizzato anche per valutare cosa accade al calore dopo che è stato rimosso dai server.

Nei data center a raffreddamento liquido, le temperature del fluido possono rendere più interessante il recupero dell’energia termica, ad esempio verso reti di teleriscaldamento, processi esterni o altre utenze compatibili.

Simulare l’intera catena, dal chip fino allo smaltimento esterno, permette quindi di valutare non soltanto la capacità frigorifera necessaria, ma anche possibili strategie di recupero e le condizioni nelle quali queste possono risultare realmente efficaci.

Per progettisti e operatori HVAC/R il digital twin diventa così uno strumento che può supportare contemporaneamente dimensionamento, efficienza energetica, continuità operativa e valorizzazione del calore di scarto.

Con l’aumento delle densità di calcolo, la progettazione del raffreddamento dei data center tenderà quindi a diventare sempre più digitale e predittiva. Il gemello digitale non sostituisce la progettazione frigorifera, ma può diventare uno strumento per verificarla e ottimizzarla prima di intervenire sull’infrastruttura reale.