Cuando Facebook miraba a Dinamarca como una ubicación clave en su red de centros de datos globales, parte del objetivo de los diseñadores era maximizar todos los aspectos posibles de la sostenibilidad. Uno de los elementos de esa lista era la idea de reutilizar el calor residual de los sistemas de refrigeración del centro de datos, una propuesta que ha despertado interés durante algún tiempo, pero que a menudo ha fracasado debido a la realidad práctica de la implementación.
No se necesita una tecnología compleja para convertir el calor residual en algo útil. El desafío es el gasto, combinado con el hecho de que los centros de datos a menudo están muy lejos de las ubicaciones que realmente pueden hacer algo útil con su energía de segunda mano.
Pero eso está cambiando, y Facebook es solo un defensor de alto perfil, junto con Amazon Web Services, Google y otros. En Dinamarca, Facebook pudo asegurar una conexión entre su tercera instalación, en Odense, y la empresa local de calefacción de distrito, Fjernvarme Fyn, para reciclar el aire caliente extraído del "pasillo caliente" del centro de datos.
“El aire caliente se dirige a nuestras unidades de refrigeración. Este aire caliente se dirige a través de un serpentín: entra agua fría, el aire calienta el agua y luego el agua caliente se canaliza al otro lado de la calle hasta la bomba de calor ”, dice Lauren Edelman, directora del programa de energía en Facebook.
Una vez que el aire llega a Fjernvarme Fyn, la temperatura se eleva mediante una bomba de calor, que funciona con energía renovable, antes de que el agua llegue a la red de calefacción urbana.
Se espera que este esquema recupere unos 100.000 megavatios hora de energía por año, que Facebook estima que calentará alrededor de 6.900 hogares.
El impulso detrás de estas iniciativas de sostenibilidad se produce después de 10 a 15 años de empresas de tecnología y operadores de centros de datos que redujeron la efectividad del uso de energía (PUE) por encima de dos (el promedio de EE. UU. Es de alrededor de 2.5) a cifras cada vez más cercanas a uno, dice S&P Global Daniel Bizo, analista senior de investigación de Market Intelligence.
La mejora de PUE significa que los centros de datos consumen menos energía. Reutilizar su calor residual es un beneficio adicional, pero necesita infraestructura. Y, si bien la Unión Europea ha estado impulsando los sistemas de calefacción urbana como una alternativa más respetuosa con el medio ambiente a la calefacción central eléctrica o de gas, estos no se utilizan mucho fuera de Alemania, Escandinavia (excluyendo Noruega) y otros pocos lugares más.
La dificultad de encontrar usos alternativos para el calor residual de los centros de datos se ilustra en la última apertura de un centro de datos de Google en Middenmeer, Países Bajos.
Si bien la compañía afirma que ha podido reducir radicalmente el consumo de energía por unidad de potencia de cómputo en sus centros de datos, en comparación con los centros de datos que abrió hace menos de diez años, su reutilización de calor residual en Middenmeer no se extiende actualmente más allá de ayudar a calentar el espacio de oficina en el centro de datos para sus 125 empleados.
Mantenerse fresco
Erik Barentsen, un oficial senior de políticas, energía y sostenibilidad, de la Asociación Holandesa de Centros de Datos, señala que existen básicamente tres formas principales de enfriamiento del centro de datos. El primero, enfriamiento directo por aire, “no es realmente aplicable para recuperar el calor residual”, dice Barentsen.
“El segundo es donde hay aire acondicionado en la sala de computadoras, en el que se enfría el aire en la sala de TI”, agrega. Con los servidores dispuestos en pasillos "fríos" y "calientes", el aire de escape puede extraerse, pasar a través de un intercambiador de calor y devolverse a los pasillos fríos, lo que ayuda a reducir los costos de aire acondicionado y a extraer el calor para su reutilización.
Sin embargo, el calor de escape típico de un centro de datos ordinario enfriado por aire es solo entre aproximadamente 25 grados y 35 grados centígrados, agrega, lo que limita su valor sin la adición (y el gasto) de una bomba de calor para aumentar su temperatura.
El tercer sistema, dice Barentsen, es mediante el despliegue de refrigeración líquida. “La refrigeración líquida se puede realizar mediante tecnología sumergida, en la que todo el sistema se sumerge en aceite y el aceite mismo se acondiciona a una determinada temperatura, o se puede utilizar un sistema de refrigeración líquida de circuito cerrado”, dice.
El principal beneficio de la refrigeración líquida, añade Andy Lawrence, director ejecutivo de investigación del Uptime Institute, es que los servidores se pueden calentar más y con más fuerza, mientras que las temperaturas de escape más altas amplían las posibilidades de reutilización. Utilizando refrigeración líquida, los racks de servidores también se pueden empaquetar más densamente.
“El calor del escape saldrá muy caliente, por encima de los 50 grados Celsius y usarlo para agua caliente o calefacción tendría mucho sentido”, dice Lawrence.
Pero, señala Barentsen, la refrigeración líquida no mejora la eficiencia general del centro de datos, simplemente hace que la reutilización del calor de escape sea más viable.
“En esencia, la cantidad de calor residual recuperado en comparación con la entrada eléctrica seguirá siendo la misma: el 90 por ciento de la energía térmica que ingresa a un centro de datos se puede recuperar”, dice Barentsen. "Sin embargo, al menos por el momento, la temperatura del calor residual marcará la diferencia porque con la refrigeración líquida el calor residual es más fácil de usar en un sistema de calefacción urbana".
Incluso entonces, existen desafíos sobre cómo reutilizar este recurso si no hay una compañía de calefacción de distrito amigable que esté dispuesta a quitárselo de las manos al operador del centro de datos.
El Centro Nacional de Energía Renovable de EE. UU., por ejemplo, utilizó un exceso de aire caliente para calentar los caminos alrededor de su sede en Golden, Colorado, con el fin de mantenerlos libres de nieve y hielo en invierno, pero eso no es un uso eficiente de un recurso valioso.
Una solución alternativa más práctica ha sido desarrollada por la empresa de tecnología holandesa Blockheating, junto con la consultora IT Renew. Ha diseñado un centro de datos en contenedores que puede utilizar refrigeración líquida para maximizar la captura de calor, canalizando el resultado a invernaderos comerciales, por los que Holanda es famosa, para ayudar a mantener el crecimiento de tomates y pimientos morrones durante los meses de otoño e invierno sin el uso de gas. .
Sus centros de datos Edge de 200 kW utilizan refrigeración líquida, lo que permite almacenar más potencia informática en un espacio relativamente pequeño, que se puede convertir en agua a una temperatura de 65 grados centígrados.
Sin embargo, es probable que la demanda de estos centros de datos Edge junto a las instalaciones de invernadero sea muy de nicho y, si bien los precios del gas son bajos, es poco probable que gane mucha tracción, sugiere Barentsen.
Regulación más estricta
Lo que puede ayudar a impulsar la reutilización del calor de escape del centro de datos es una combinación del impulso corporativo más amplio hacia la neutralidad de carbono y la sostenibilidad, especialmente entre las organizaciones bien curadas que pueden asumir más fácilmente los gastos iniciales, y la regulación, particularmente en la Unión Europea.
Durante la última década, la UE ha estado presionando a los estados miembros para que implementen esquemas de calefacción de distrito, proporcionando fondos para nuevas empresas, argumentando que la calefacción de distrito es más eficiente y menos intensiva en carbono que la calefacción central eléctrica o de gas.
De hecho, la financiación parcial de la UE está detrás de un plan de calefacción urbana en Dublín, Irlanda. El Consejo del Condado de South Dublin, cuya autoridad se encuentra el "centro de negocios digitales" de Castlebagot, ha establecido su propia empresa de energía de propiedad pública, llamada Heatworks, para canalizar el calor desde los centros de datos en el centro hasta la recién establecida Red de calefacción de distrito de Tallaght.
Más recientemente, ha habido pedidos de una regulación más estricta de la industria de los centros de datos, especialmente después de un informe de las Naciones Unidas de diciembre de 2020 que afirma que las emisiones de carbono de la construcción y operación de edificios ahora representan el 38 por ciento del total de las emisiones globales de CO2 relacionadas con la energía. La calefacción (y refrigeración) de edificios en todo el mundo es responsable de poco menos de 10 gigatoneladas de emisiones de CO2, afirmó.
Pero por el momento, advierte Lawrence, los defensores del enfriamiento líquido deben convencer a una industria orientada al enfriamiento por aire de que es el camino a seguir.
“El caso de la refrigeración líquida es bastante sólido, pero ... todos los diseñadores conocen los sistemas de aire. Hay muchos equipos, muchos diseños estandarizados y es más barato en términos de desembolso de capital ”, dice Lawrence.