Calore in eccesso dei data center: come sfruttarlo sempre meglio

L’insieme di server sempre accesi e affamati di energia all’interno dei data center, e i data center stessi, producono nel complesso una enorme quantitativo di calore. Coloro che sono chiamati a gestire tali infrastrutture devono costantemente garantire che non si surriscaldino o si rompano a causa dei livelli di calore e umidità non ottimali raggiunti. Ci sono anche casi in cui risulta possibile riutilizzare tale calore “pericoloso”, invece di limitarsi a disperderlo. Si corre anche il pericolo di contribuire al cambiamento climatico, se non si riesce a ridurre e riutilizzare il calore derivante dai data center in modo intelligente e non dannoso.

Una soluzione molto comune, al momento, è quella adottata dalle organizzazioni che riutilizzano il calore generato dai loro data center per riscaldare altre strutture, dalle case delle comunità vicine, agli allevamenti ittici.

Riutilizzo del calore dei data center: quali vantaggi

Oggi, per mantenere la temperatura dei data center, viene impiegata una parte significativa di energia. Un modo per far fronte alle pressioni dei governi e delle organizzazioni, come l’Agenzia Internazionale per l’Energia, per decarbonizzare e ridurre i consumi energetici e proteggere il pianeta, può essere rappresentato dal riutilizzo di tale calore.

Da un punto di vista ambientale, se lo si usa per riscaldare edifici vicini, per esempio, si riesce a ridurre l’impiego di energia da altre fonti, come un sistema di teleriscaldamento vicino che utilizza una caldaia a gas. Da un punto di vista economico, il riciclo del calore può portare a un’efficienza energetica superiore che, a sua volta, comporta significativi risparmi nel lungo periodo, soprattutto a fronte dell’aumento dei costi energetici.

Va anche messo in conto che alcuni governi, come quelli di Francia e Danimarca, possono richiedere ai nuovi data center veri e propri studi di fattibilità per l’utilizzo del calore in eccesso a beneficio delle comunità locali, come vincolo per l’ottenimento dei permessi di costruzione. È quindi importante che le aziende si mettano al passo con questi requisiti il prima possibile, a maggior ragione anche perché potrebbe aiutarle anche a beneficiare di incentivi fiscali e a evitare sanzioni, multe e lungaggini burocratiche.

Nuovi orizzonti di riutilizzo del calore dei data center

Invece di reimmettere l’aria calda nell’atmosfera o di utilizzare ulteriore energia per raffreddarla, molti data center stanno esplorando modi creativi per riutilizzare il calore, tra cui i seguenti:

• Riscaldare edifici e case della comunità. Costruendo i data center vicino alle reti energetiche che alimentano le città vicine le si aiuta a rispondere alle pressanti esigenze di riscaldamento. Le organizzazioni potrebbero utilizzare il calore prodotto per riscaldare e convogliare l’acqua nei sistemi di teleriscaldamento e negli edifici dotati di termosifoni.
• Utilizzare il calore per scopi agricoli. Le serre richiedono un riscaldamento costante durante tutto l’anno, senza quelle fluttuazioni stagionali tipiche dei sistemi di teleriscaldamento. Utilizzando tubature simili a quelle per l’acqua riscaldata, i data center potrebbero diventare un’affidabile fonte di calore, una buona alternativa all’energia geotermica e alla biofermentazione, in grado anche di assicurare un impatto minimo sul suolo e sull’ambiente.
• Riscaldamento dell’acqua per allevamenti ittici e piscine. Molte piscine pubbliche si affidano a caldaie a gas per mantenere l’acqua calda. Il calore delle apparecchiature dei data center potrebbe riscaldare le loro vasche, come anche quelle per incubare i pesci e coltivare la vegetazione.
• Produzione di pellet di legno. Questa alternativa al carbone a basse emissioni di carbonio richiede di essere bruciata. Per ottenere però un livello di qualità ottimale per la combustione, deve essere prima essiccata con aria calda, per ridurre il contenuto di umidità. Il calore dei data center potrebbe essere sfruttato proprio per fornire questa aria calda fortemente necessaria

Esempi di recupero del calore dei data center

Esistono già oggi alcuni casi d’uso pratici che mostrano come alcune organizzazioni munite di data center riutilizzino il calore prodotto.

Meta

Meta ha costruito un data center a Odense (Danimarca) puntando al recupero del calore e al 100% di energia rinnovabile. L’obiettivo è quello di recuperare e donare 100.000 megawattora di energia all’anno dai suoi server. In particolare, il calore viene reindirizzato per riscaldare un ospedale locale (e altri edifici della comunità circostante) attraverso un sistema di teleriscaldamento che cattura il calore dall’aria e lo usa per riscaldare l’acqua grazie a serpentine di rame. Tale liquido, una volta raggiunte le temperature desiderate, viene inviato alle case e agli edifici che utilizzano i radiatori per riscaldarsi.

Apple

Apple ha in programma di espandere il suo data center a Viborg (Danimarca) riutilizzando il calore per inviare acqua calda verso la centrale elettrica locale e il suo sistema di teleriscaldamento. Questa struttura è alimentata da turbine eoliche e tutta l’energia in eccesso viene reimmessa nella rete danese. L’evoluzione prevista comporterebbe la costruzione di nuove infrastrutture per catturare ancora più energia termica in eccesso a beneficio della città.

Amazon

Il data center Tallaght di Amazon, a Dublino, aspira il calore dai server in un’unità di trattamento dell’aria che ricicla il calore per riscaldare l’acqua. L’acqua passa a un centro energetico posto all’esterno del magazzino, dove le pompe di calore la condensano a temperature ancora più elevate. L’impianto consente di risparmiare circa 1.400 tonnellate di emissioni di anidride carbonica all’anno e di riscaldare oltre 505.000 metri quadrati di edifici pubblici locali, 32.000 metri quadrati di edifici commerciali e 135 appartamenti.

EcoDataCenter

EcoDataCenter ha in programma di espandere la sua infrastruttura di Falun (Svezia), per utilizzare il calore in eccesso nella produzione di pellet di legno. Questo data center è dotato di tubature sotterranee che portano l’acqua calda a un impianto di cogenerazione di energia elettrica e termica adiacente che produce anche pellet di legno. Per rimuovere l’umidità contenuta, l’impianto stende la segatura su tappeti larghi 6 metri e vi soffia sopra aria calda. Al posto delle caldaie a gas propano, l’impianto di EcoDataCenter potrebbe fornire 10 megawatt di calore di scarto per contribuire a questo processo di essiccazione.

Riscaldamento a blocchi

Detta anche “blockheating”, questa tecnologia consente ai data center di riutilizzare il calore di scarto nelle serre. In una singola serra, un data center da 200 kilowatt può potenzialmente riscaldare 1 ettaro, supportando la coltivazione di quasi 40 tonnellate di pomodori al mese, senza alcuna energia aggiuntiva. In questa tecnica si utilizza uno speciale radiatore che raffredda l’acqua per mantenere le temperature del data center. Quando l’acqua viene riscaldata, scorre verso una serra attraverso un sistema di tubi collegati.

Le future sfide del riutilizzo di calore

Non è banale individuare un modo intelligente per sfruttare virtuosamente il calore dei data center. I principali ostacoli da considerare sono i seguenti:

1. Costi di avvio dell’infrastruttura. Molti progetti operano su vasta scala e la creazione dell’infrastruttura necessaria può richiedere ingenti investimenti di capitale. Sebbene possano contribuire anche enti governativi o crediti d’imposta, è probabile che non si riesca a coprire così tutte le spese iniziali. A complicare la situazione c’è l’evoluzione delle tecnologie: dagli scambiatori di calore di alto livello ma costosi fino alle nuove apparecchiature difficili da reperire e da scalare. Il costo di queste innovazioni probabilmente scenderà nel breve termine: man mano che il tema diventerà di interesse a livello globale, i risparmi a lungo termine dovrebbero inoltre arrivare a compensare l’investimento iniziale.
2. Calore ed energia persi durante la trasmissione. I data center utilizzano già una serie di strumenti per monitorare il flusso d’aria, il raffreddamento, l’umidità e la temperatura. Tuttavia, hanno bisogno di una visibilità ancora maggiore su quanto calore viene trasferito da un luogo all’altro. Durante questo processo si possono perdere sia calore che energia. Per questo è necessario monitorare con molta attenzione l’efficacia dell’uso dell’energia per ottimizzare i cicli di calore, il raffreddamento a liquido e le dinamiche del flusso d’aria. Va garantito l’equilibrio di entrambi i lati dell’equazione del calore: l’ambiente del data center deve essere sicuro per tutte le apparecchiature e il calore riciclato efficace ovunque venga reindirizzato. La perdita di calore può comportare uno spreco se non è sufficiente ad alimentare un sistema di riscaldamento. Le organizzazioni possono avere bisogno di installare pompe di calore per riscaldare ulteriormente l’aria a livelli utilizzabili, poiché l’aria calda è difficile da immagazzinare e trasportare, soprattutto su una superficie ampia. L’uso di tubi è spesso il modo migliore per superare questo problema.
3. Ubicazione. La localizzazione di un data center può limitare la possibilità di utilizzare alcune di queste opzioni. Per esempio, se tale struttura risulta troppo lontana dai potenziali beneficiari, potrebbero non poter utilizzare il calore di scarto a loro destinato. C’è anche il rischio che non ci siano abbastanza utenti per consumare tutto il calore in eccesso, oppure il riciclo di calore potrebbe semplicemente non essere fattibile. È quindi fondamentale prendere in considerazione il riutilizzo del calore appena si progetta e costruisce un nuovo data center. Poiché la domanda di tali infrastrutture continua a crescere, il riutilizzo del calore è fondamentale per costruirne di più efficienti e sostenibili, riducendo l’impatto dell’uso di energia sul pianeta nel suo complesso.