Concurență pentru centralele de apartament: Centrele de date oferă alternative la încălzirea tradițională, cum funcționează

Centrele de date: Eroi nevăzuți în lupta împotriva facturilor mari la caldură

Odată cu creșterea continuă a consumului de date, cererea în creștere pentru servicii online a pus presiune asupra centrelor de date din întreaga lume. În mod tradițional, răcirea aerului a fost metoda preferată pentru menținerea temperaturii optime în camerele cu servere, însă aceasta nu mai este suficientă și nici eficientă. Cum centrele de date din întreaga lume sunt responsabile pentru până 3% din consumul global de energie, industria a încercat să găsească soluții sustenabile și eficiente, și a găsit un răspuns în utilizarea sistemelor de răcire cu lichid. În plus, apa reziduală poate fi folosită pentru a încălzi locuințele oamenilor.

”Există diverse aplicații în care excesul de căldură poate fi reutilizat, cum ar fi producția de alimente, scopuri industriale, agricultură sau integrarea acesteia în rețelele de termoficare pentru a înlocui combustibilii fosili pentru încălzirea caselor și clădirilor. Cea mai eficientă modalitate de a utiliza căldura reziduală este furnizarea acesteia către centralele din sistemele de termoficare, ceea ce necesită prezența unui sistem de termoficare în aceeași zonă cu centrul de date”, a explicat Aleksandra Đuričković.

Această tehnologie reprezintă, de asemenea, o oportunitate pentru centrele de date de a fi nu numai utilizatori de energie, ci și furnizori de energie. ”Utilizarea eficientă a căldurii reziduale este un pas esențial pentru ca operatorii de centre de date să își atingă obiectivul de a realiza un consum net-zero de energie în viitor”, adaugă Đuričković.

Cum funcționează încălzirea locuințelor cu ajutorul căldurii reziduale a centrelor de date

Centrele de date funcționează continuu pe tot parcursul anului cu o sarcină relativ constantă, ceea ce înseamnă că generează căldură indiferent de temperatura exterioară. ”Acest exces de căldură poate fi utilizat pentru termoficare. Centrele de date sunt proiectate să funcționeze la cele mai extreme condiții de temperatură preconizate pentru amplasamentul lor și, ca urmare, să genereze căldură în mod egal pentru a o livra către sistemul de termoficare”, spune managerul Vertiv.

Serverele din centrele de date generează căldură în timp ce procesează informații, iar cantitatea de căldură emisă este proporțională cu dimensiunea centrului de date. În prezent, facilitățile centrelor de date explorează utilizarea de rack-uri de densitate extrem de mare care pot disipa căldură chiar și de 30 kW, sau mai mult, dintr-un singur rack.

Pentru a folosi aceasta tehnologie, există câteva condiții esențiale. Încorporarea recuperării căldurii reziduale în proiectarea sistemului de răcire trebuie luată în considerare încă din faza inițială, fie că este vorba de o construcție nouă sau de o modernizare. Prin urmare, centrul de date trebuie să fie amplasat în aceeași zonă cu ansamblul de locuințe.

”Planificarea strategică este crucială pentru implementarea cu succes a rețelelor de termoficare în noile proiecte de centre de date, mai ales dacă căldura reziduală este reutilizată din alte facilități, cum ar fi centrele de date. Acest lucru necesită o colaborare între toate părțile interesate în faza de planificare a proiectului.

Mai multe orașe au beneficiat deja de utilizarea căldurii recuperate din centrele de date în sistemele de termoficare, dar există încă potențial neexploatat în transformarea către energia verde folosind tehnologia disponibilă. Vertiv lucrează îndeaproape cu clienții săi și cu alte părți interesate relevante pentru a valorifica și recicla kilowați de căldură generați de echipamentele IT, transformând centrele de date în furnizori de căldură care aduc beneficii societății și contribuie la tranziția ecologică”, explică Aleksandra Đuričković.

Economia la factura pentru încălzire s-ar realiza, potrivit acesteia, datorită costurilor mai mici.

Ce state au implementat deja acest sistem de încălzire

Recuperarea căldurii reziduale din centrele de date nu este doar o tendință, ci și o inițiativă mandatată de unele guverne europene. Potrivit Aleksandrei Đuričković, țările nordice sunt lider în această abordare durabilă prin integrarea căldurii reziduale de server în sistemele de energie districtuală pentru reutilizare. ”Stockholm, în special, servește ca un exemplu de succes de utilizare a căldurii reziduale în sistemele de termoficare. Inițiative similare sunt întreprinse în Scandinavia, Germania și alte părți ale lumii”.

Sistemele de recuperare a căldurii reziduale câștigă popularitate datorită recunoașterii căldurii reziduale ca sursă de energie regenerabilă. Căldura de la centrul de date este mai întâi transferată către centrala de termoficare, în loc să fie direct către utilizatorii finali, prin urmare nu există probleme de siguranță pentru consumatori în acest proces. În plus, deoarece căldura care altfel ar fi eliberată în mediu este reutilizată, nu există niciun impact suplimentar asupra mediului.

”Operatorii de termoficare achiziționează căldura în exces de la centrele de date într-un cadru convenit de comun acord, ceea ce duce la o reducere a facturilor de energie pentru operarea centrului de date. Utilizatorii finali beneficiază, de asemenea, de disponibilitatea încălzirii și a apei calde la un cost mai mic. Colaborarea dintre principalele părți interesate – centrul de date, compania de termoficare și administrația locală – este esențială. O echipă dedicată care să cuprindă toate părțile interesate trebuie să lucreze la proiect pe baza unui plan de afaceri detaliat în avans”.

”Există mai multe directive și instrumente la nivel european care au fost implementate pentru a ghida industria și autoritățile naționale de reglementare. Sistemele de energie districtuale sunt un exemplu excelent pentru modul în care poate fi utilizată căldura reziduală a centrului de date. Energia districtuală capătă amploare în diferite țări și ar putea ajuta cu ușurință centrele de date să își atingă rapid obiectivele de utilizare a căldurii reziduale, în special în extinderile de sistem și noile construcții care implementează sisteme de apă cu temperatură medie sau joasă pentru încălzirea centralizată”, spune managerul Vertiv.

”Utilizarea căldurii reziduale generate de centrele de date sporește și mai mult beneficiile ecologice ale încălzirii centralizate. Centralele de termoficare ating niveluri de eficiență mai ridicate în comparație cu sistemele individuale de încălzire”, continuă ea.

Deoarece căldura reziduală de la centrele de date nu este la o temperatură foarte ridicată, aceasta poate fi utilizată strict la încălzirea clădirilor. ”În acest sens, putem avea o recuperare directă a căldurii în cazul în care temperatura apei de ieșire din centrul de date corespunde cerințelor de temperatură ale consumatorului. Pentru alte aplicații specifice, se utilizează o pompă de căldură suplimentară, prevăzută fie în planul de termoficare, fie la marginea centrului de date”.

Ce este răcirea cu lichid și tipuri de tehnologii

După cum explică, Aleksandra Đuričković, răcirea cu lichid se face, în prezent, prin trei tehnologii, și anume:

“Schimbătoarele de căldură pentru ușile din spate (Rear-door heat exchangers)” este o tehnologie matură ce oferă o soluție viabilă pentru gestionarea densităților de peste 20 kW. Deși nu aduce lichid direct în server, această tehnologie folosește proprietățile de transfer termic ridicat ale lichidului și utilizează o infrastructură similară cu cea necesară pentru răcirea directă cu lichid.

O altă tehnologie este „cold plates direct-to-chip” care se așează deasupra componentelor generatoare de căldură ale plăcii de bază – procesoare, GPU-uri, module de memorie – pentru a extrage căldura. Tehnologia de răcire „direct-to-chip” are, în general, capacități de îndepărtare a căldurii mai mari decât „schimbătoarele de căldură prin ușa din spate” și o serie de companii oferă această tehnologie pentru a putea fi integrată cu serverele existente și cu cele noi. Cu toate acestea, această abordare elimină doar 70-75% din căldura generată de echipamentul din rack, astfel că este necesară o abordare hibridă a răcirii. Acest lucru se datorează faptului că elementul cold-plate funcționează cel mai bine atunci când acoperă o suprafață plană, cum sunt procesoarele, GPU-urile și modulele de memorie, și nu se aplică altor componente, cum sunt sursele de alimentare și condensatorii IC.

A treia categorie este „răcirea prin imersie” în cazul căreia serverele și alte componente din rack sunt scufundate într-un lichid sau fluid dielectric conductiv termic. Cu această metodă, este eliminată nevoia de răcire cu aer, inclusiv a ventilatoarelor din servere. Această abordare maximizează proprietățile de transfer termic al lichidului și este cea mai eficientă formă de răcire cu lichid.

Potrivit reprezentantei Vertiv, lichidele pentru răcirea lichidă direct-to-chip sunt pe bază de apă și sunt amestecate cu substanțe chimice pentru a preveni contaminarea. Apa cu aditivi este utilizată datorită proprietăților bune de transfer termic ale apei și aditivilor, care sunt substanțe chimice ce reduc riscul de coroziune și de dezvoltare a bacteriilor. Lichidele sau fluidele de transfer termic pot fi apă deionizată sau apă amestecată cu glicol și sunt puse la dispoziție în forme concentrate sau pre-diluate, în bidoane de 50 l sau în containere de 1.000 l.  

”Lichidele sunt furnizate de terți. Transportul la centrul de date se face, de obicei, prin transport rutier de la centrul de distribuție. Lichidele trebuie transportate peste temperatura de îngheț, atunci când nu sunt tratate cu agenți antigel. De obicei, temperatura camerei este temperatura de pornire în procesul de umplere din cadrul clădirii”, a adăugat Đuričković.