Data Centers Adotam Torres de Resfriamento para Eficiência Energética

À medida que os fluxos massivos de dados inundam a nuvem, impulsionando o rápido crescimento econômico digital, os data centers estão proliferando em todo o mundo. No entanto, a enorme capacidade de computação que suporta essas instalações gera quantidades impressionantes de calor. A dissipação eficiente do calor surgiu como um desafio crítico para operações sustentáveis de data centers. As torres de resfriamento, consideradas controversas por muito tempo devido ao uso de água, estão sendo reavaliadas como componentes essenciais que podem realmente contribuir para uma infraestrutura de dados mais ecológica quando devidamente implementadas.

As soluções de resfriamento de data centers variam significativamente dependendo de múltiplos fatores, incluindo o tamanho da instalação, os requisitos de computação, os custos regionais de energia e a densidade da carga de dados. As principais abordagens de resfriamento incluem:

• Chillers refrigerados a água: Sistemas que incorporam chillers, bombas, torres de resfriamento e trocadores de calor de placas que dissipam o calor por meio da evaporação.
• Chillers refrigerados a ar: Sistemas simplificados que usam apenas chillers e bombas que dependem do ar para rejeitar o calor.
• Resfriamento evaporativo direto: Sistemas de "resfriamento por pântano" que empregam meios úmidos que aproveitam a evaporação da água sem refrigeração mecânica.
• Resfriamento adiabático: Sistemas híbridos que combinam resfriamento a ar e água, usando resfriamento assistido por água durante os períodos de pico de demanda.

Os operadores devem considerar tanto os custos operacionais quanto o impacto ambiental ao selecionar soluções de resfriamento. Duas métricas-chave orientam essas decisões: Eficácia do Uso de Energia (PUE), que mede o consumo total de energia em relação ao uso de equipamentos de TI (sendo 1,0 o ideal), e Eficácia do Uso de Água (WUE), que avalia o consumo de água do sistema de resfriamento.

Embora as torres de resfriamento consumam água por meio da evaporação, especialistas do setor argumentam que isso deve ser avaliado em relação aos impactos mais amplos do sistema de energia. Tim Chiddix, Vice-Presidente de Engenharia Mecânica da Swanson Rink, enfatiza que a seleção da tecnologia de resfriamento requer análise localizada, considerando as condições climáticas, a infraestrutura de energia e os requisitos operacionais.

Uma avaliação abrangente deve levar em conta o consumo de água em toda a cadeia de energia. Usinas de energia tradicionais, como as instalações de carvão, consomem água substancial durante a geração de eletricidade. Embora os sistemas refrigerados a ar reduzam o uso de água no local, suas maiores demandas de energia aumentam indiretamente o consumo de água nas instalações de geração. Em muitos casos, os sistemas de resfriamento evaporativo mecânico demonstram eficiência geral superior em comparação com as alternativas refrigeradas a ar.

Por exemplo,, um sistema refrigerado a ar que consome 1 MW anualmente versus um sistema refrigerado a água que usa 0,5 MW com um consumo de água de 3.000 galões por minuto pode realmente conservar mais água ao contabilizar os requisitos de geração adicionais da opção refrigerada a ar menos eficiente.

Um white paper co-escrito por Chiddix e Brook Zion, "Uso de Água em Data Centers em Denver, Phoenix e Los Angeles: The Big Picture", examinou se a redução do consumo de água em instalações individuais realmente diminui o uso regional de água. O estudo descobriu que as capacidades superiores de transferência de calor da água a tornam mais eficiente do que o ar para resfriamento, embora a eficácia varie de acordo com o clima, com as regiões áridas sendo as mais beneficiadas.

Analisando data centers de amostra de 1.500 kW em três cidades, incorporando dados de intensidade de água da rede local do National Renewable Energy Laboratory, os pesquisadores compararam três sistemas: chillers refrigerados a água padrão, chillers refrigerados a ar e resfriamento evaporativo. Os resultados mostraram que os sistemas refrigerados a ar exigiam significativamente mais energia (4.663.740 kWh anualmente em Denver versus 1.610.748 kWh para sistemas refrigerados a água), com quase todo o consumo de água transferido para as instalações de geração de energia, em vez de ser eliminado.

Chiddix adverte que regulamentos locais bem-intencionados que exigem o uso reduzido de água e energia no local podem, inadvertidamente, aumentar o consumo total de recursos ao contabilizar os impactos da geração de energia. Os sistemas refrigerados a água geralmente se mostram mais eficientes, particularmente quando incorporam modos de "resfriamento livre" (ou economizador do lado da água) que aproveitam o ar frio externo para resfriar a água sem refrigeração mecânica, potencialmente reduzindo as necessidades de energia em 75% ou mais durante condições favoráveis.

A tecnologia de fluxo variável permite que os operadores reduzam o fluxo de água das torres de resfriamento durante as estações mais frias, com velocidades ajustáveis do ventilador proporcionando economia de energia adicional. Os projetos modulares de torres de resfriamento oferecem benefícios adicionais, permitindo a expansão da capacidade alinhada com o crescimento do servidor, controlando os custos de capital e operacionais. Os sistemas modulares pré-fabricados também suportam uma implantação mais rápida, fundamental para projetos de data centers sensíveis ao tempo.

À medida que os data centers continuam a se expandir globalmente, a avaliação abrangente das soluções de resfriamento deve considerar o consumo direto e indireto de recursos. Quando devidamente implementadas com uma perspectiva em nível de sistema, as soluções de resfriamento à base de água podem oferecer eficiência superior, apoiando o desenvolvimento de infraestrutura digital sustentável, ao mesmo tempo em que conservam recursos de energia e água.