Datacenters nemen koeltorens in gebruik voor energie-efficiëntie

Nu massale datastromen de cloud overspoelen en snelle digitale economische groei stimuleren, nemen datacenters wereldwijd toe. De enorme rekenkracht die deze faciliteiten ondersteunt, genereert echter enorme hoeveelheden warmte. Efficiënte warmteafvoer is naar voren gekomen als een cruciale uitdaging voor duurzame datacenteractiviteiten. Koeltorens, die lange tijd controversieel werden beschouwd vanwege hun watergebruik, worden opnieuw geëvalueerd als essentiële componenten die daadwerkelijk kunnen bijdragen aan een groenere data-infrastructuur wanneer ze correct worden geïmplementeerd.

Koeloplossingen voor datacenters variëren aanzienlijk, afhankelijk van meerdere factoren, waaronder de grootte van de faciliteit, computervereisten, regionale energiekosten en databelastingsdichtheid. De belangrijkste koelmethoden zijn:

• Watergekoelde chillers: Systemen met chillers, pompen, koeltorens en platenwarmtewisselaars die warmte afvoeren door verdamping.
• Luchtgekoelde chillers: Vereenvoudigde systemen die alleen chillers en pompen gebruiken en afhankelijk zijn van lucht voor warmteafvoer.
• Directe verdampingskoeling: "Moeraskoelings"-systemen die natte media gebruiken die verdamping van water benutten zonder mechanische koeling.
• Adiabatische koeling: Hybride systemen die lucht- en waterkoeling combineren en waterondersteunde koeling gebruiken tijdens periodes van piekbelasting.

Exploitanten moeten zowel de operationele kosten als de milieu-impact in overweging nemen bij het selecteren van koeloplossingen. Twee belangrijke meetwaarden sturen deze beslissingen: Power Usage Effectiveness (PUE) die het totale energieverbruik meet ten opzichte van het gebruik van IT-apparatuur (met 1,0 als ideaal), en Water Usage Effectiveness (WUE) die het waterverbruik van het koelsysteem evalueert.

Hoewel koeltorens water verbruiken door verdamping, stellen experts uit de industrie dat dit moet worden geëvalueerd tegen de bredere impact op het energiesysteem. Tim Chiddix, VP Mechanical Engineering bij Swanson Rink, benadrukt dat de selectie van koeltechnologie een lokale analyse vereist, rekening houdend met klimaatomstandigheden, energie-infrastructuur en operationele vereisten.

Een uitgebreide evaluatie moet rekening houden met het waterverbruik in de hele energieketen. Traditionele energiecentrales zoals kolencentrales verbruiken aanzienlijk water tijdens de elektriciteitsopwekking. Hoewel luchtgekoelde systemen het watergebruik ter plaatse verminderen, verhogen hun hogere energiebehoeften indirect het waterverbruik in opwekkingsfaciliteiten. In veel gevallen tonen mechanische verdampingskoelsystemen een superieure algehele efficiëntie in vergelijking met luchtgekoelde alternatieven.

Een luchtgekoeld systeem dat bijvoorbeeld jaarlijks 1 MW verbruikt versus een watergekoeld systeem dat 0,5 MW verbruikt met een waterverbruik van 3.000 gallons per minuut, kan in feite meer water besparen wanneer rekening wordt gehouden met de extra opwekkingsvereisten van de minder efficiënte luchtgekoelde optie.

Een whitepaper mede geschreven door Chiddix en Brook Zion, "Data Center Water Usage in Denver, Phoenix, and Los Angeles: The Big Picture", onderzocht of het verminderen van het waterverbruik in individuele faciliteiten het regionale watergebruik daadwerkelijk vermindert. De studie concludeerde dat de superieure warmteoverdrachtcapaciteiten van water het efficiënter maken dan lucht voor koeling, hoewel de effectiviteit varieert per klimaat, waarbij droge regio's het meest profiteren.

Door 1.500 kW steekproefdatacenters in drie steden te analyseren en lokale waterintensiteitsgegevens van het National Renewable Energy Laboratory te integreren, vergeleken onderzoekers drie systemen: standaard watergekoelde chillers, luchtgekoelde chillers en verdampingskoeling. De resultaten toonden aan dat luchtgekoelde systemen aanzienlijk meer energie vereisten (4.663.740 kWh per jaar in Denver versus 1.610.748 kWh voor watergekoelde systemen), waarbij bijna al het waterverbruik werd verschoven naar energieopwekkingsfaciliteiten in plaats van te worden geëlimineerd.

Chiddix waarschuwt dat goedbedoelde lokale regelgeving die het water- en energiegebruik ter plaatse moet verminderen, onbedoeld het totale grondstoffenverbruik kan verhogen wanneer rekening wordt gehouden met de impact op de energieopwekking. Watergekoelde systemen blijken vaak efficiënter te zijn, met name bij de integratie van "gratis koeling" (of waterzijdige economizer) modi die koude buitenlucht gebruiken om water te koelen zonder mechanische koeling, waardoor de energiebehoefte mogelijk met 75% of meer wordt verminderd onder gunstige omstandigheden.

Variabele flow-technologie stelt exploitanten in staat om de waterstroom van koeltorens tijdens koelere seizoenen te verminderen, waarbij instelbare ventilatorsnelheden extra energiebesparingen opleveren. Modulaire koeltorenontwerpen bieden verdere voordelen, waardoor capaciteitsuitbreiding mogelijk is in lijn met de servergroei, terwijl de kapitaal- en exploitatiekosten worden beheerst. Geprefabriceerde modulaire systemen ondersteunen ook een snellere implementatie die cruciaal is voor tijdgevoelige datacenterprojecten.

Nu datacenters wereldwijd blijven uitbreiden, moet een uitgebreide evaluatie van koeloplossingen rekening houden met zowel direct als indirect grondstoffenverbruik. Wanneer ze correct worden geïmplementeerd met een systeemniveau perspectief, kunnen watergebaseerde koeloplossingen superieure efficiëntie leveren, waardoor de ontwikkeling van een duurzame digitale infrastructuur wordt ondersteund en zowel energie als waterbronnen worden bespaard.