La redefinición de la eficiencia: ¿De qué manera y por qué están adoptando los centros de datos la reutilización del calor?

La redefinición de la eficiencia: ¿De qué manera y por qué están adoptando los centros de datos la reutilización del calor?

En el actual mundo impulsado por la IA, los centros de datos y la computación de alto rendimiento juegan un papel importante en potenciar la revolución tecnológica. Con un enfoque claro en soluciones que satisfagan las necesidades actuales y a la vez permitan el crecimiento futuro, los operadores de centros de datos dan prioridad a la infraestructura que ponga énfasis en la adaptabilidad, la eficiencia energética y la confiabilidad.

La aventura hacia un crecimiento más responsable exige un punto de vista integral. No solo se trata de la eficiencia, sino también de la gestión de los recursos, la energía alternativa, la reducción de desechos y la adopción de una economía circular. A medida que los centros de datos evolucionan, un diseño holístico va más allá de las especificaciones técnicas; implica la toma de decisiones inteligentes y la colaboración para navegar a través de las transformaciones impulsadas por la IA.

Esto también aplica para la reutilización del calor, uno de los caminos que podrían contribuir a un futuro energéticamente más eficiente. Los centros de datos requieren del enfriamiento durante todo el año, ya que casi el 100 % de la electricidad consumida por la operación continua de los servidores, el equipo de red y los dispositivos de almacenamiento se disipa en calor. Debido a que se genera cada vez más calor, existe una búsqueda constante de la reutilización del calor como alternativa a su liberación en el medio ambiente.

Los temas abordados en este artículo fueron evaluados detalladamente por EUDCA y Vertiv en un nuevo artículo técnico sobre la recuperación del calor, con el objetivo de ofrecer una perspectiva general de qué es la reutilización del calor, cómo y cuándo puede usarse, y cuáles son las actuales iniciativas normativas y legislativas que la soportan o la exigen.

¿Qué es la reutilización del calor?

La reutilización (o recuperación) del calor gira en torno a capturar y reutilizar el exceso de calor generado por el equipo de TI del centro de datos y los sistemas de enfriamiento.

El equipo de TI genera calor, el cual es capturado por los sistemas de enfriamiento para expulsarlo al exterior; esto mantiene los equipos a una temperatura invariable. En lugar de desaprovechar este calor extra, los sistemas de reutilización del calor lo capturan y lo utilizan para otros efectos oportunos.

Un sistema de reutilización del calor bien diseñado contribuye a los esfuerzos de eficiencia y responsabilidad ambiental por medio de la reducción no solo de los costos energéticos generales, sino también de las emisiones de gases de efecto invernadero asociadas a los métodos de calefacción y enfriamiento tradicionales.

Las principales aplicaciones y propósitos de la reutilización del calor

La calefacción del espacio: La distribución de la calefacción a los edificios cercanos (viviendas, oficinas, etc.) durante los meses más fríos, principalmente para las aplicaciones de confort. Esto permite reducir la necesidad de sistemas de calefacción tradicionales y así ahorrar energía y disminuir los costos operativos no solo para los operadores de centros de datos, sino también para el usuario final.

Los procesos industriales: El precalentamiento del agua para las industrias que requieren agua caliente para sus procesos de producción. Las operaciones, como la limpieza y la esterilización, necesitan agua a alta temperatura.

El calentamiento del agua doméstica: El precalentamiento del agua para el uso doméstico, como las duchas y los fregadores en el centro de datos o en los edificios cercanos.

La generación de electricidad: En algunos casos, el Ciclo Orgánico de Rankine (ORC) puede adaptarse para producir energía eléctrica por medio de la eliminación del calor proveniente de los centros de datos cuando se encuentra disponible a altas temperaturas (>80 °C).

El enfriamiento: Los sistemas de enfriamiento por absorción pueden ofrecer refrigeración para el centro de datos o los edificios cercanos. Estos tipos de unidades de enfriamiento usan el calor para impulsar el proceso de absorción y ofrecer refrigeración por medio de la evaporación del refrigerante usado.

Las aplicaciones agrícolas: En actividades agrícolas y hortícolas, el calor puede reutilizarse para mantener las temperaturas de los invernaderos o incluso para cultivar algas que pueden absorber el CO2 de la atmósfera.

La ganadería: La ganadería lechera necesita agua caliente para la limpieza y agua tibia de consumo para aumentar la producción de leche.

Otros usos: Las piscinas, el calentamiento de los campos, la desalinización del agua marina, el secado de madera y las granjas piscícolas.

Los sistemas de reutilización del calor: las condiciones para el éxito

La reutilización del calor es un tema complejo que necesita asistencia en la evaluación del cuándo, dónde y cómo implementarla. Además, no existe una manera única de implementar un sistema de reutilización del calor y depende de la aplicación y del propósito de reutilización del calor. A continuación, encontrará algunos ejemplos de los posibles escenarios y sus soluciones.

La reutilización del calor y la adaptación a la demanda

Uno de los mayores desafíos es el balance entre la demanda térmica de las aplicaciones/edificios cercanos al centro de datos y el calor residual real durante el invierno o el verano.

Durante el verano, los centros de datos producen un mayor volumen de calor excedente, el cual es expulsado por las unidades enfriadas por aire a una mayor temperatura y, según la demanda de reutilización del calor, que varía con base en la aplicación, el calor expulsado podría ser más que la cantidad necesaria.

Durante el invierno, los sistemas de free-cooling se activan principalmente para ahorrar energía y a la vez enfriar el equipo de TI, pero el calor generado por el centro de datos suele ser insuficiente y muy bajo en temperatura para su reutilización. En estos casos, para cubrir una demanda térmica máxima, se necesita una bomba de calor para aumentar la cantidad de calor y la temperatura.

La distancia y la infraestructura

El caso más conveniente para la reutilización del calor es contar con aplicaciones/edificios cercanos que puedan aprovecharla, ya que la instalación de redes de calefacción urbana puede ser costosa. De hecho, las tuberías de mayor longitud entre el centro de datos y los edificios se traducen en mayores costos y temperaturas de recuperación del calor. Otro factor que podría afectar el costo de la reutilización del calor es la posible necesidad de superar los límites arquitectónicos como en el caso de edificios antiguos, los cuales podrían requerir temperaturas de recuperación del calor más elevadas.

Los costos

La inversión inicial para la reutilización del calor puede sopesarse con los costos corrientes para determinar si la energía consumida para la reutilización del calor compensa los ahorros alcanzados a través de esta. Algunas veces, el calor residual puede venderse a usuarios específicos para generar ingresos y agilizar el rendimiento de la inversión. El tamaño del centro de datos y el sistema de reutilización del calor afectan los costos y el cálculo del umbral de rentabilidad. Puede que las aplicaciones con alta temperatura resulten menos atractivas debido a los mayores costos en electricidad; por lo tanto, enfocarse en opciones con baja temperatura podría resultar más seguro para el éxito de un proyecto. Por supuesto, esta evaluación necesita realizarse caso por caso, ya que el umbral de rentabilidad varía según el tamaño del centro de datos y la cantidad de calor disponible.

Los escenarios normativos y ambientales

En los países europeos, el debate sobre la política energética se ha enfocado en reemplazar las fuentes de energía basadas en combustibles fósiles por fuentes de energía renovables y alternativas como la eólica, la solar y el hidrógeno. Recientemente, la UE ha comenzado a analizar la posibilidad de agregar la reutilización del calor a la mezcla de recursos energéticos alternativos.

Según la Directiva de Eficiencia Energética (EED) revisada, si el centro de datos cuenta con una entrada nominal de 1 MW o mayor, será necesario utilizar su calor residual a menos que sea económica o técnicamente inviable. El requisito será aplicable una vez que los estados miembros lo transpongan a la normativa nacional.

Sin embargo, no se requiere el examen si el calor residual de los centros de datos se conectará directamente con una red de calefacción urbana u otras redes en las áreas cercanas, como pretende incentivar la Directiva sobre fuentes de energía renovables y la Directiva de eficiencia energética en edificios.

El poder de la integración del servicio y la reutilización del calor

El servicio y el mantenimiento juegan un papel crítico en facilitar la operación ininterrumpida de los centros de datos y la utilización efectiva de las aplicaciones de reutilización del calor. De hecho, las interrupciones en las actividades del centro de datos no solo afectan las operaciones, sino también la generación del calor, lo cual a su vez afecta su potencial para la reutilización. Esto se amplifica en las configuraciones de enfriamiento líquido y de alta densidad.

El servicio, por parte de ingenieros especializados y capacitados continuamente en las últimas tecnologías, ofrece capacidades invaluables para la recopilación de datos y el conocimiento, los cuales pueden traducirse en información procesable para optimizar tanto las aplicaciones de enfriamiento como de reutilización del calor en los centros de datos. Asimismo, el servicio mejora el potencial de la reutilización del calor por medio de las oportunidades de modernización.

Además, los proveedores de servicios pueden personalizar y poner en marcha el software de la unidad térmica para encontrar el equilibrio óptimo entre la eficiencia del enfriamiento y la reutilización del calor en el centro de datos.

Las lógicas de monitoreo y control de Vertiv

Una atención meticulosa en los detalles y el uso de componentes confiables, gestionados a través de lógicas de control, son fundamentales para maximizar la eficiencia y la confiabilidad del centro de datos.

Además, una lógica de control sólida les permite a los operadores optimizar el rendimiento de la infraestructura de enfriamiento, lo cual facilita la vital continuidad para la integridad operativa.

Los controles Vertiv™ Liebert® iCOM™ son fundamentales para supervisar varios sistemas de centros de datos, específicamente en las operaciones de enfriamiento.

Al regular la temperatura, la humedad y el flujo de aire en tiempo real, la lógica de monitoreo y control de Vertiv reduce los periodos de inactividad y los fallos del equipo. Además, facilita el mantenimiento basado en condiciones al proporcionar información en tiempo real que permite ajustes automatizados y estrategias de mantenimiento basadas en las condiciones.