La refrigeración consume una cantidad significativa de energía de un centro de datos, y alrededor del 40 por ciento de la factura de electricidad de una instalación se destina a combatir el calor.
Más allá del costo, la refrigeración también puede ser perjudicial para el medio ambiente: en un período en el que las redes están en problemas y las emisiones de la humanidad deben reducirse drásticamente, cada vatio ahorrado ayuda.
El enfriamiento gratuito se ha presentado durante mucho tiempo como una forma de aprovechar las fuentes de frío ya disponibles para enfriar un centro de datos, en lugar de enfriadores. Para racks de baja densidad e instalaciones en climas más fríos, las temperaturas exteriores pueden ser suficientes, especialmente en los meses de invierno.
Pero a medida que aumentan las densidades y las olas de calor se hacen más largas, los investigadores y operadores han buscado cada vez más cuerpos de agua naturales para enfriarse.
El gigante de los centros de datos Digital Realty, por ejemplo, utiliza refrigeración fluvial en sus centros de datos de Marsella.
La solución de refrigeración tardó dos años y medio en implementarse; después de todo, utiliza más de tres kilómetros de tuberías enterradas y 27 intercambiadores de calor. El sistema desvía el agua de un canal subterráneo, La Galerie de la Mer, construida en el siglo XIX para recoger y canalizar el agua de lluvia de antiguas minas.
El agua en sí permanece a una temperatura natural de 15°C durante todo el año y se bombea a los centros de datos para enfriarlos mediante intercambio térmico.
Esta solución de refrigeración es utilizada por las instalaciones MRS2 y MRS3 de Digital, y también lo será, por MRS4 y MRS5, que se encuentran en construcción. Le costó a Digital Realty un total de 15 millones de euros (16 millones de dólares).
Cuando se le preguntó sobre el valor del sistema de refrigeración del río, el director tecnológico de Digital Realty, Lex Coors, dijo a DCD que la respuesta era doble: financiera y sostenible.
“En primer lugar, hay que observar el precio actual de la energía y las tendencias y proyectos de lo que sucederá con eso. En ese momento, la energía era en realidad un artículo de bajo costo, pero estábamos viendo cierto aumento, aunque era bajo, y también cierta inestabilidad en los precios”, explicó Coors.
“Vimos que la disponibilidad de energía subía y bajaba, particularmente para la energía sostenible, ya sea solar o eólica. También tenemos nuestro programa de responsabilidad social corporativa, pero no invertimos en cosas que no tienen sentido; sería malo para nosotros y para el medio ambiente”.
Además de los costos de energía, Digital Realty observó tendencias en toda Europa que exigen que los centros de datos alcancen un PUE (efectividad en el uso de energía) de 1,2 o mejor.
“En Ámsterdam, hace muchos años nos vimos obligados a diseñar todos nuestros centros de datos con un PUE de 1,2. Ahora estamos viendo que la ley alemana también entra en vigor, impulsando 1,2 o más, y esto realmente nos ayuda”, dijo Coors.
"No diré que estará por debajo de 1,2 en Marsella, porque hace bastante calor allí, pero definitivamente estamos viendo una mayor reducción del PUE, y ahora también está en camino la Directiva de Eficiencia Energética de la Comisión Europea."
La Directiva sobre eficiencia energética se adoptó por primera vez en 2012, pero desde entonces se actualizó en 2018 y 2023. La última actualización eleva significativamente las ambiciones de la UE en materia de eficiencia energética.
El cambio establece un nuevo principio de “la eficiencia energética primero”, lo que significa que la eficiencia debe ser la prioridad en todas las decisiones políticas y de inversión. “Los financieros incondicionales se preguntarían que: ¿por qué invertirían 15 millones de euros en un proyecto como este? Pero en aquel momento había gente en la empresa que decía: 'También tenemos que hacer lo correcto. Valdrá la pena. Y sí, ahora está dando sus frutos desde múltiples ángulos”.
Utilizando lo que ya es accesible (suministros de agua naturales e infraestructuras históricamente no utilizadas), Digital Realty calcula que sus centros de datos en Marsella funcionan de manera más eficiente y ahorran alrededor de 18.400 MWh al año, al tiempo que reducen las emisiones de CO2 en 795 toneladas, lo que confirmó Lex Coors. La empresa monitorea cuidadosamente cada mes.
Según Digital Realty, la solución será en algún momento parte de un bucle. Una vez que haya enfriado los servidores de Digital, el agua estará más caliente y algún día se suministrará a la red de calefacción urbana euromediterránea, donde podrá ayudar a calentar 500.000 m² de oficinas y hogares.
Esto es algo que todavía está en "discusión", pero aún no es una realidad práctica, dice Coors.
“Estos programas llevan mucho tiempo. Primero, se comienza con una intención, y hay una intención entre Digital Realty y las autoridades locales de ver qué podemos hacer con esta agua tibia. Para nosotros es importante que el agua caliente esté lo más baja posible, porque cuanto más baja esté cuando el agua vuelve al mar, más tiempo podremos utilizar el agua del río sin que se disparen las alarmas desde el centro.”, explicó Coors.
“Es importante para nosotros, y también para la ciudad, decir que aunque en Marsella no hay mucho invierno, siempre hay demanda de agua caliente. A veces es para agua del grifo, a veces es para otro recurso, a veces para el sistema de calefacción. Las intenciones están ahí, las conversaciones están ahí, pero puedes imaginar que conectarse a un sistema tan masivo lleva tiempo”.
Digital Realty no está solo en su búsqueda de utilizar los suministros de agua locales sin afectar el ecosistema local.
Nautilus, una empresa quizás mejor conocida por su “centro de datos flotante” en Stockton, California, diseña sistemas refrigerados por agua para centros de datos ubicados hasta a 1 km de un suministro de agua que fluye libremente.
Ese suministro de agua puede ser cualquier cosa: desde el océano hasta un lago, un río o incluso una planta de tratamiento de aguas residuales. Pero, por supuesto, hay que personalizarlo en función de ese suministro de agua.
"No nos preocupamos sólo de la eficiencia energética", dijo a DCD Rob Pfleging, director ejecutivo y presidente de Nautilus. "También nos ocupamos de la preservación de la vida silvestre acuática".
En el caso del centro de datos de Stockton, ubicado en el río San Joaquín, Nautilus se asoció con Intake Screens Inc (ISI) para el tambor de admisión. El ISI descubrió que había dos especies en peligro de extinción en el río, por lo que diseñó el tambor de entrada con velocidades lo suficientemente bajas como para que un pez pueda nadar junto a él sin ser absorbido por el sistema.
El tambor en sí también está diseñado con materiales 100 por ciento inertes. Materiales como el cobre o aleaciones podrían filtrarse en la corriente de agua, por lo que ISI eligió el acero inoxidable.
Del mismo modo, las tuberías son de acero inoxidable o de polietileno de alta densidad con un espesor de pared de al menos 3 mm. Otra razón por la que se utilizan esos materiales es que son innatamente "resbaladizos", lo que dificulta que las cosas se adhieran a ellos y obstruyan el sistema.
Una vez que el agua entra a través del tambor, se ioniza con una carga negativa, lo que significa que la microbiota en el agua no puede atraerse ni adherirse entre sí ni al sistema. El sistema también está conectado a transductores ultrasónicos que hacen vibrar ligeramente las tuberías lo suficiente como para disuadir a la microbiota de adherirse, todo lo cual significa que no es necesario utilizar productos químicos y protege el ambiente acuático que rodea el centro de datos.
En total, la barcaza solo se mantiene en el agua durante 60 segundos y sale del centro de datos poco más caliente que cuando entró. Ninguna parte del agua se evapora ni se consume.
La solución de Nautilus es a la vez de circuito abierto y cerrado. El circuito que hace circular el agua del río está abierto al río, mientras que un segundo circuito cerrado toma calor de los servidores y lo pasa al circuito de agua del río.
Según Pfleging, esos circuitos nunca se tocarán: “En lo que somos únicos es que realizamos refrigeración en circuito abierto y en circuito cerrado. Hay un intercambiador de calor de estructura de placas. Las dos corrientes de líquido nunca se tocan, simplemente transfieren energía a través de unas placas de metal”, dijo Pfleging.
“En ese lado del circuito cerrado, movemos el agua fría por la sala de datos, no con bombas bajo presión positiva, la movemos por la sala de datos con un ligero vacío. Lo arrastramos por la sala de datos en lugar de empujarlo”.
Según Pfleging, esa presión más baja significa que el sistema no tiene fugas. Incluso si las tuberías se rompieran, en lugar de perder agua, aspirarían aire. Es menos exigente para el sistema en sí, ya que el bombeo continuo puede provocar obstrucciones en las válvulas y también previene el crecimiento de microbios en el sistema, muchos de los cuales necesitan oxígeno para desarrollarse.
Según Pfleging, el free-cooling de Nautilus se puede utilizar con cualquier otro método de refrigeración en el centro de datos. “No nos importa cuál sea su método particular. Estamos a punto de ser el sistema de rechazo de calor de última milla con menor costo y mayor eficiencia energética. Así que apoyamos todo eso [enfriamiento en fila, intercambio de calor en la puerta trasera, enfriamiento por inmersión] pero, lo que es más importante, los mejoramos a todos”, explicó Pfleging.
También añadió que uno de los beneficios de su sistema es la falta de necesidad de propilenglicol o anticongelante en el sistema para prevenir el crecimiento de microbios.
“El hecho de que no necesitemos poner ese tipo de cosas en nuestra agua aumenta la eficiencia. Cuando se agrega, digamos, un 20 por ciento de propilenglicol al agua, se reduce la eficiencia de enfriamiento en un cinco o seis por ciento. Por eso somos incluso más eficientes que el estándar directo al chip”.
Sin embargo, la solución de refrigeración por agua gratuita no funcionaría universalmente. El agua misma debe estar en movimiento y debe estar lo suficientemente fría como para, bueno, enfriarse. "Si se quisiera instalar un centro de datos junto al Nilo, no lo haríamos, porque esa agua es casi un jacuzzi", coincidió Pfleging.
Dicho esto, el calor en un lugar determinado no siempre es el final del camino para implementar este tipo de soluciones. Como explicó Pfleging, durante una ola de calor, la temperatura del agua aumenta mucho más lentamente que la temperatura del aire. Durante la ola de calor de California, el centro de datos Nautilus todavía podía funcionar con un PUE de 1,15.
“Somos lógicos. No somos la respuesta el 100 por ciento de las veces, en todas partes del planeta; no voy a poner esto en medio del desierto, voy a poner esto razonablemente cerca de una gran masa de agua que se encuentra con nuestro perfil de temperatura”.
Los centros de datos de Nautilus pueden variar en tamaño, desde sus instalaciones de Stockton hasta otro proyecto en el que están trabajando en Maine, o el Smart Campus en Portugal que se espera tenga hasta 120 MW y que contrató a Nautilus para refrigeración a principios de septiembre de 2023. Todo lo cual exige la Pregunta: ¿Es la naturaleza lo suficientemente fresca?
Los centros de datos, en general, estarán ubicados cerca de áreas suficientemente pobladas para dar servicio a esa ciudad o región. De manera similar, a medida que los asentamientos se han desarrollado a lo largo de los siglos, lo único que tienen en común es la necesidad de acceso al agua.
Pfleging sostiene que alrededor del 80 por ciento de la población mundial vive a un kilómetro de agua (la distancia más larga que la empresa está dispuesta a transportar agua hasta un centro de datos refrigerado por agua).
“Son muy pocas las veces que alguien se nos acerca y nos dice; 'Me gustaría estar aquí', y decimos que no, simplemente no podemos hacerlo”.
Por esta razón, parece que el enfriamiento gratuito puede no ser una solución total y completa al problema de la refrigeración, pero ciertamente tiene un papel tremendamente relevante que desempeñar, y que está a nuestro alcance, simplemente al aire libre.