Pusat Data Mengadopsi Menara Pendingin untuk Efisiensi Energi

Saat aliran data masif membanjiri cloud, mendorong pertumbuhan ekonomi digital yang pesat, pusat data berkembang pesat di seluruh dunia. Namun, daya komputasi yang sangat besar yang mendukung fasilitas ini menghasilkan panas dalam jumlah yang mencengangkan. Disipasi panas yang efisien telah muncul sebagai tantangan kritis untuk operasi pusat data yang berkelanjutan. Menara pendingin, yang sejak lama dianggap kontroversial karena penggunaan airnya, sedang dievaluasi kembali sebagai komponen penting yang sebenarnya dapat berkontribusi pada infrastruktur data yang lebih hijau jika diterapkan dengan benar.

Solusi pendinginan pusat data sangat bervariasi tergantung pada berbagai faktor termasuk ukuran fasilitas, persyaratan komputasi, biaya energi regional, dan kepadatan beban data. Pendekatan pendinginan utama meliputi:

• Chiller berpendingin air: Sistem yang menggabungkan chiller, pompa, menara pendingin, dan penukar panas pelat yang menghilangkan panas melalui penguapan.
• Chiller berpendingin udara: Sistem yang disederhanakan hanya menggunakan chiller dan pompa yang mengandalkan udara untuk penolakan panas.
• Pendinginan evaporatif langsung: Sistem "pendingin rawa" yang menggunakan media basah yang memanfaatkan penguapan air tanpa pendinginan mekanis.
• Pendinginan adiabatik: Sistem hibrida yang menggabungkan pendinginan udara dan air, menggunakan pendinginan berbantuan air selama periode permintaan puncak.

Operator harus mempertimbangkan biaya operasional dan dampak lingkungan saat memilih solusi pendinginan. Dua metrik utama memandu keputusan ini: Power Usage Effectiveness (PUE) yang mengukur total konsumsi energi relatif terhadap penggunaan peralatan TI (dengan 1.0 menjadi ideal), dan Water Usage Effectiveness (WUE) yang mengevaluasi konsumsi air sistem pendingin.

Meskipun menara pendingin mengkonsumsi air melalui penguapan, para ahli industri berpendapat bahwa hal ini harus dievaluasi terhadap dampak sistem energi yang lebih luas. Tim Chiddix, Wakil Presiden Teknik Mesin di Swanson Rink, menekankan bahwa pemilihan teknologi pendingin memerlukan analisis lokal yang mempertimbangkan kondisi iklim, infrastruktur energi, dan persyaratan operasional.

Evaluasi komprehensif harus memperhitungkan konsumsi air di seluruh rantai energi. Pembangkit listrik tradisional seperti fasilitas batubara mengkonsumsi air dalam jumlah besar selama pembangkitan listrik. Sementara sistem berpendingin udara mengurangi penggunaan air di lokasi, permintaan energi mereka yang lebih tinggi secara tidak langsung meningkatkan konsumsi air di fasilitas pembangkitan. Dalam banyak kasus, sistem pendingin evaporatif mekanis menunjukkan efisiensi keseluruhan yang lebih unggul dibandingkan dengan alternatif berpendingin udara.

Misalnya, sistem berpendingin udara yang mengkonsumsi 1 MW setiap tahun dibandingkan dengan sistem berpendingin air yang menggunakan 0,5 MW dengan konsumsi air 3.000 galon per menit sebenarnya dapat menghemat lebih banyak air ketika memperhitungkan persyaratan pembangkitan tambahan dari opsi berpendingin udara yang kurang efisien.

Sebuah makalah putih yang ditulis bersama oleh Chiddix dan Brook Zion, "Penggunaan Air Pusat Data di Denver, Phoenix, dan Los Angeles: The Big Picture," memeriksa apakah pengurangan konsumsi air di fasilitas individu benar-benar mengurangi penggunaan air regional. Studi tersebut menemukan bahwa kemampuan transfer panas air yang unggul membuatnya lebih efisien daripada udara untuk pendinginan, meskipun efektivitasnya bervariasi menurut iklim dengan wilayah kering yang paling diuntungkan.

Menganalisis pusat data sampel 1.500 kW di tiga kota sambil menggabungkan data intensitas air jaringan lokal dari National Renewable Energy Laboratory, para peneliti membandingkan tiga sistem: chiller berpendingin air standar, chiller berpendingin udara, dan pendinginan evaporatif. Hasilnya menunjukkan bahwa sistem berpendingin udara membutuhkan lebih banyak energi secara signifikan (4.663.740 kWh setiap tahun di Denver dibandingkan dengan 1.610.748 kWh untuk sistem berpendingin air), dengan hampir semua konsumsi air dialihkan ke fasilitas pembangkit listrik daripada dihilangkan.

Chiddix memperingatkan bahwa peraturan lokal yang bermaksud baik yang mewajibkan pengurangan penggunaan air dan energi di lokasi dapat secara tidak sengaja meningkatkan total konsumsi sumber daya ketika memperhitungkan dampak pembangkitan listrik. Sistem berpendingin air seringkali terbukti lebih efisien, terutama ketika menggabungkan mode "pendinginan gratis" (atau ekonomizer sisi air) yang memanfaatkan udara luar yang dingin untuk mendinginkan air tanpa pendinginan mekanis, yang berpotensi mengurangi kebutuhan energi sebesar 75% atau lebih selama kondisi yang menguntungkan.

Teknologi aliran variabel memungkinkan operator untuk mengurangi aliran air dari menara pendingin selama musim yang lebih dingin, dengan kecepatan kipas yang dapat disesuaikan memberikan penghematan energi tambahan. Desain menara pendingin modular menawarkan manfaat lebih lanjut, memungkinkan ekspansi kapasitas yang selaras dengan pertumbuhan server sambil mengendalikan biaya modal dan operasional. Sistem modular prefabrikasi juga mendukung penyebaran yang lebih cepat yang penting untuk proyek pusat data yang sensitif terhadap waktu.

Karena pusat data terus berkembang secara global, evaluasi komprehensif solusi pendinginan harus mempertimbangkan konsumsi sumber daya langsung dan tidak langsung. Jika diterapkan dengan benar dengan perspektif tingkat sistem, solusi pendinginan berbasis air dapat memberikan efisiensi yang unggul, mendukung pengembangan infrastruktur digital yang berkelanjutan sambil menghemat sumber daya energi dan air.