A indústria de data centers continua a desenvolver data centers cada vez maiores para atender às demandas por capacidade, ao mesmo tempo que está tomando medidas para reduzir significativamente o impacto dos data centers no meio ambiente.
Empresas como a Vertiv projetam com a sustentabilidade em mente, desenvolvendo soluções para data centers que ajudam a atender às necessidades do presente sem comprometer a capacidade das gerações futuras de atender às suas próprias necessidades. Os sistemas de água gelada podem desempenhar um papel importante nessa evolução. Eles permitem que proprietários e operadores desenvolvam novos data centers que enderecem com eficiência as emissões diretas e indiretas, que são levadas em conta na métrica Impacto Total de Aquecimento Equivalente (TEWI).
Entendendo um sistema de água gelada
Em um sistema de água gelada, as unidades de resfriamento (Unidades de Tratamento de Ar para Salas de Computadores, ou CRAHs) são conectadas a um chiller do lado de fora do data center que fornece a água gelada usada pelas unidades de resfriamento. A água morna das unidades de resfriamento é bombeada de volta para o chiller, onde o calor é rejeitado da água através de um sistema de refrigeração antes de devolver a água fria para as unidades de tratamento de ar.
1. Vertiv ™ Liebert® AFC - Parafuso e Parafuso Inverter com Fluido Refrigerante de Baixo GWP
A Vertiv projetou seus sistemas internos de resfriamento a água gelada para data centers de forma a definir novas metas de eficiência e ajudar na continuidade do resfriamento para cargas de trabalho de missão crítica.
As soluções de resfriamento perimetrais também permitem atender às demandas no caso de aplicações com piso não elevado que enderecem considerações técnicas e empresariais, como espaço útil reduzido, garantindo temperatura e operações opcionais, melhorando a proteção, aumentando a eficiência e simplificando a implementação.
Além disso, os controles de gerenciamento da planta resfriada com água gelada maximizam a eficiência do sistema de água gelada, otimizando-o como um todo ao coordenar a operação das unidades externas com as internas.
Os trocadores de calor de porta traseira são uma tecnologia madura que fornece uma solução viável para gerenciar densidades acima de 20 kW. Esses sistemas podem formar a base para uma abordagem híbrida para refriamento de data center em que funcionem os sistemas de resfriamento a ar e a líquido.
A próxima fase nesta evolução é a mudança para o resfriamento líquido direto que entrega fluido de alta qualidade aos racks, controlando com precisão a temperatura, a pressão e taxa de vazão para maximizar a eficiência e atender à demanda de resfriamento necessária.
Os data centers modulares são construções pré-projetadas, pré-fabricadas e padronizadas, equipados com alimentação de energia e resfriamento, que abrigam servidores e equipamentos de rede. Os tipos de data centers modulares incluem data centers conteinerizados, data halls pré-fabricados e módulos de energia e de resfriamento pré-fabricados. A nossa família SmartMod™ consiste nestes data centers modulares que podem ir de uma solução de TI de módulo único de 100 kW, 12 racks de TI até uma solução de módulo duplo que pode oferecer até 210 kW e DX como uma solução de Gerenciamento Térmico ou de Água Gelada.
O Vertiv™ SmartMod™ Max CW estende a capacidade da plataforma SmartMod™ já existente para implementações maiores. Você pode alcançar seus objetivos rapidamente e não precisa gastar demais o orçamento ou construir em excesso com base em necessidades futuras incertas. O SmartMod™ Max CW é um tipo de data center all-in-one de dois módulos que melhor se adequa a implementações de TI de até 210kW e até 24 racks de TI. Configurado com duas filas de racks, o sistema usa confinamento de corredor quente para assegurar a performance ótima e Água Gelada como o sistema de gerenciamento térmico.
Analisando o Impacto Ambiental dos Sistemas de Água Gelada
A sustentabilidade tornou-se uma das estratégias mais importantes para empresas e órgãos governamentais e será um dos principais fatores para moldar o futuro. Sistemas de Água Gelada podem ter um papel de destaque na melhoria do perfil de carbono dos data centers considerando que, em diversas instalações, aproximadamente 25 a 35% do consumo de energia do data center pode ser atribuído ao condicionamento do ar.
O que são Emissões Diretas
Emissões diretas são relacionadas à liberação direta na atmosfera devido a, por exemplo, um vazamento de um fluido refrigerante que tenha um efeito estufa relevante e, portanto, aumentando a temperatura média global.
Por que os sistemas de água gelada são eficazes para reduzir as emissões diretas?
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A limitada carga geral de refrigerante por quilowatt (kW) de resfriamento. Em alguns casos, o refrigerante pode nem mesmo ser necessário em data centers localizados em locais de clima frio onde o calor é liberado através de drycoolers ou de torres de resfriamento.
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O refrigerante é armazenado nas unidades de chiller localizadas fora do data center. O circuito de refrigerante também é normalmente testado na fábrica para suprimir vazamentos, e então testado novamente no site após a instalação. Isso minimiza o potencial risco de perdas de refrigerante.
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O uso de uma série de refrigerantes para limitar o impacto na atmosfera, incluindo refrigerantes de hidrofluorolefina (HFO) e misturados com HFO que têm um GWP muito mais baixo do que os refrigerantes tradicionais.
O que são Emissões Indiretas
Emissões indiretas levam em consideração a produção da eletricidade usada pelo sistema durante a sua operação.
Quanto mais eficientemente a unidade operar, menos energia será necessária e menor será seu impacto sobre as emissões indiretas.
Por que os sistemas de água gelada são eficazes para reduzir as emissões indiretas?
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Compressores acionados por inversor: para atingir maiores níveis de eficiência, especialmente com cargas parciais, reduzindo o consumo de energia.
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Tecnologia de freecooling: permite o resfriamento do sistema sem a ativação do compressor.
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Tecnologia adiabática: melhora ainda mais a eficiência já que o ar ambiente é resfriado ao passar por almofadas molhadas (wet pads). Ele é então entregue com uma temperatura menor, resultando em uma capacidade maior de freecooling do chiller e uma operação mais eficiente do compressor.
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Controlador da unidade integrado: ele habilita o uso da água quando estritamente necessário, evitando que haja desperdício de água.
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A tecnologia de controle do gerenciamento da planta de chillers coordena a operação de todas as unidades e de seus principais componentes, possibilitando a integração e a coordenação do modo de funcionamento entre unidades e os principais componentes.
Métricas: Como Calcular o Impacto das Soluções de Água Gelada
Com o uso eficaz de refrigerantes de baixo GWP, um risco mínimo de vazamentos e pPUE e WUE baixas, os sistemas de água gelada oferecem gerenciamento térmico de baixo impacto para data centers com e sem piso elevado.
A combinação de baixo TEWI e baixa WUE torna os sistemas de água gelada uma das escolhas mais sustentáveis para o gerenciamento térmico de data centers em termos de eficiência energética e eficiência no uso de água.
pPUE
pPUE - Eficácia no Uso de Energia Parcial é a relação entre a soma da energia usada pela carga de TI e pelo sistema de resfriamento dividida pela energia usada pela carga de TI. Quanto menor o valor, mais eficiente é o sistema de resfriamento.
Uma pPUE de 1 representa um data center no qual cada watt de energia está sendo usado por equipamentos de TI e o sistema de resfriamento usa zero energia.
Os sistemas de água gelada atuais da Vertiv têm o potencial para suportar valores de pPUE menores do que 1,1.
WUE
WUE – é a relação entre o uso de água anual do site em litros dividido pelo uso de energia pelos equipamentos de TI em quilowatt-hora (kWh).
Essa métrica é particularmente relevante para aqueles operando em regiões com grande estresse hídrico.
As soluções de água gelada da Vertiv usam controladores integrados para habilitar o uso de água quando estritamente necessário com base em redundância, eficiência e demanda por resfriamento. A função principal do controlador é evitar que haja desperdício de água, reduzindo a WUE do data center.
TEWI
TEWI é a soma algébrica definida pelo Protocolo de Montreal, a qual representa os efeitos diretos e indiretos das emissões totais de carbono de uma tecnologia de resfriamento através do seu ciclo de operação.
Ele serve como uma métrica relevante na avaliação do quão bem um sistema de resfriamento em particular pode suportar o movimento rumo à neutralidade em relação ao carbono pois ele engloba tanto o papel dos refrigerantes como a energia consumida pelo sistema.
Legenda:
GWP = Potencial para aquecimento Global (CO2 eq. kg)
L = Taxa de vazamentos por ano (kg/ano)
n = Tempo de operação do sistema (anos)
m = Carga de refrigerante (kg)
αrecovery = Fator de reciclagem
Eannual = Consumo de energia por ano (kWh)
β = Emissões de CO2 por kWh
Otimização dos sistemas de Água Gelada
A seguir estão as estratégias de otimização que ajudam os sistemas de água gelada a alcançar uma excelente eficiência
Aumentar as temperaturas do ar e da água
Trocar de chillers para chillers com free-fooling mais avançados.
Em apenas alguns anos, as temperaturas do ar de entrada e da água aumentaram significativamente. Isso permite um aumento do uso de tecnologias de free-cooling que podem explorar as temperaturas do ar externo frio como a principal fonte de resfriamento, limitando o uso do compressor para cobrir os picos que ocorrem nos períodos mais quentes do ano.
Otimizar o controle do Sistema de Água Gelada como um todo
Usar softwares avançados de monitoramento e controle do gerenciamento térmico, como o Vertiv™ Liebert® iCOM™-S.
Para maximizar a eficiência do sistema de água gelada, é importante considerar o sistema como um todo, coordenando a operação das unidades. O uso do controle de gerenciamento das centrais de água gelada, como o Vertiv™ Liebert® iCOM™-S, permite a coordenação da operação de todas as unidades:
- reduzindo o consumo das bombas
- aumentando as temperaturas de retorno do fluido para os resfriadores
- otimizando a temperatura da água de operação.
Tecnologia de Compressores Aprimorada
Uso dos compressores acionados por inversor.
Em um data center localizado em clima ameno, grande parte da absorção total de energia é devida ao compressor do chiller. O uso de tecnologias inovadoras e eficientes de compressores acionados por inversores pode, portanto, ajudar a alcançar uma melhor eficiência do compressor. Chillers de free-cooling que usam compressores parafuso acionados por inversor aumentam a eficiência energética dos sistemas de água gelada e, consequentemente, reduzem o consumo de eletricidade.
Recuperação de Calor
Capturar e reutilizar o calor residual rejeitado pelos equipamentos de TI e sistemas de resfriamento.
A recuperação de calor pode aumentar a eficiência do sistema de água gelada, permitindo que o calor capturado do data center seja reutilizado para outros fins. Em vez de resfriar a carga térmica, o calor é efetivamente capturado pelo sistema e pode ser usado para atender à demanda de aquecimento em outras partes do edifício, edifícios vizinhos ou uma rede de aquecimento distrital.
Armazenamento de Resfriamento
Adicione tanques de armazenamento de água fria.
Os tanques de armazenamento de água fria são um meio eficaz para reduzir o consumo de energia, pois esses tanques servem como armazenamento de energia térmica (TES) que ajudam a aliviar as cargas da usina elétrica durante o pico de demanda. As instalações aprimoram seus sistemas de chillers à noite para produzir água fria, aproveitando as tarifas noturnas mais baixas. Essas instalações dependem dessa capacidade de resfriamento armazenada para resfriamento diurno.
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