Veri Merkezi Isı Geri Kazanımı 101

Özet

Metin, sunucuların kullandığı enerjinin neredeyse tamamının ısıya dönüştüğü gözlemiyle başlar ve ısı geri kazanımını, veri merkezinden geri kazanılan ısının faydalı kullanımı olarak tanımlar. Kuramsal olarak merkezde kullanılan enerjinin tamamı yakalanabilir; fazla ısı yalnızca IT ekipmanından değil güç tesisi kayıplarından ve soğutma makinelerinin termodinamik süreçlerinden de gelir. Isı geri kazanımı 10 yılı aşkın süredir uygulanıyor ve Kasım 2022 itibarıyla bir proje haritası hazırlanmıştır; ancak ilk büyük örnekler, Kuzey Avrupa gibi enerji duyarlı bölgelerde bile çok sayıda yeni projeye dönüşmemiştir.

Sınırlı benimsenmenin nedenleri sıralanır: yerel koşulların tekrar edilmesinin zorluğu ve ısı alıcıya boru altyapısının maliyeti, insan konforu için ısıya uzun süre gerek duyulan iklimler, yasal çerçevenin elverişsizliği, genel teşvik bulunmaması, veri merkezi ile ısı alıcı arasında iş birliğinin güçlüğü ve boru hattı, pompa istasyonu, ısı pompası gibi önemli yatırım ihtiyacı. Son dönemde değişenler ise devletlerin karbonsuzlaşma taahhütleri ve teşvikleri, büyük şirketlerin hedefleri, fosil yakıt fiyatlarındaki artış ve doğrudan sıvı soğutmanın yaygınlaşmasıdır. Sıvı soğutma, dönüş sıcaklığını 27-28 C'den 45-65 C'ye çıkararak ısı kalitesini yükseltir.

Bir projenin mümkün ve sürdürülebilir olması için yakın bir ısı alıcı (veya aracı bir şebeke işletmecisi), ısı alıcı için ilgi çekici bir sıcaklık düzeyi, ideal olarak aynı sahiplik yapısı ya da iş birliği isteği ve destekleyici mevzuat gerekir. Maliyet paylaşımında ısı çekme maliyetleri veri merkezi ile ısı alıcı arasında bölüşülür; ısıyı dönüştürme (depolama, sıcaklık yükseltme, ısıdan soğutmaya) ısı alıcıya aittir. Veri merkezi hemen her zaman ısı alıcı devre dışı kalırsa ısıyı atacak yedekli bir soğutma sistemi bulundurur ve proje genelde yatırımı değil işletme maliyetini düşürür.

Isı alıcı adayları ikiye ayrılır. İdeal olanlar 24/7 yüksek ve sabit ısı talebi olanlardır: su ön ısıtma, endüstriyel çamaşırhane, biyoetanol, gıda ve içecek, bira üretimi, büyük hastane kampüsleri, damıtma (tuzdan arındırma ve atık su), kimya/tekstil/metal sanayii ve ilaç. Mevsime bağlı olanlar bölgesel ısıtma şebekeleri, biyokütle kurutma, seralar ve balık çiftlikleridir. Karbon azaltımı ısıyı kullanan ısı alıcıya yazılır; veri merkezi bunun için anlaşmayla tazminat alabilir. Tekno-ekonomik analiz, ısı miktarı ve sıcaklığı, mesafe, konum ve CO2/su kazanımlarını yaşam döngüsü bazında değerlendirir.

Öne çıkan noktalar

1. Sunucu enerjisinin neredeyse tamamı ısıya dönüşür; kuramsal olarak merkezde kullanılan enerjinin tamamı yakalanabilir.
2. Tipik ekipman dönüş sıcaklığı bantları: hava soğutma yaklaşık 15-28 C, arka kapı HX yaklaşık 28-40 C, soğuk plaka ve daldırma yaklaşık 40-65 C; doğrudan sıvı soğutma 27-28 C yerine 45-65 C dönüş sağlar.
3. Sınırlı benimsemenin nedenleri: yerel koşulların çoğaltılamaması ve boru maliyeti, ısıtma sezonu iklimleri, elverişsiz mevzuat, genel teşvik yokluğu, iş birliği güçlüğü ve yüksek yatırım.
4. Yapılabilirlik için yakın ısı alıcı (veya şebeke aracısı), uygun sıcaklık, aynı sahiplik veya iş birliği isteği ve destekleyici mevzuat gerekir.
5. Konteyner/modüler veri merkezleri 0,5 MW'ı aşabilir; birçok yerel uygulama için anlamlı bir ısı miktarıdır.
6. Maliyet paylaşımı: ısı çekme maliyetleri paylaşılır; ısı dönüştürme (depolama, sıcaklık yükseltme, ısıdan soğutmaya) ısı alıcıya aittir; veri merkezi yedekli ısı atımını korur.
7. İdeal ısı alıcılar 24/7 sabit talepli sektörlerdir; bölgesel ısıtma, biyokütle kurutma, sera ve balık çiftliği mevsimseldir.
8. Veri merkezi yıllık 99,8% üzeri çalışma süresiyle güvenilir bir ısı kaynağıdır; en kötü durumda yılda en çok yaklaşık 20 saat kesinti.
9. Tekno-ekonomik girdiler: ısı miktarı ve sıcaklık (örneğin 40 C'de 1 MW ve 60 C'de 100 MW), mevcut boru şebekesine mesafe, konum tipi, CO2 ve su faydaları.

Tasarımda kullanımı

• Isı geri kazanım modülünde geri kazanılabilir ısıyı (kW) ve sıcaklık bandını soğutma teknolojisine göre (hava, RDHx, DLC/daldırma) raporlayın ve uyumlu ısı alıcı kategorilerini önerin.
• Tam kapasiteli ısı atımını hiçbir ısı alıcıya bağlı kalmayacak şekilde bağımsız tutun; ısı geri kazanım devresi N kapasiteye sayıldığında uyarı verin.
• Hesaplayıcıya girdi alanları olarak mesafe, sıcaklık, miktar, CO2 ve su tasarrufunu ekleyin.
• Maliyet kalemlerini ısı çekme (paylaşılan) ve ısı dönüştürme (ısı alıcı) olarak ayırarak raporlayın.
• Sıvı soğutmalı tasarımlarda 45-65 C dönüş sıcaklığını ısı alıcı sıcaklık ihtiyacıyla karşılaştırarak doğrudan kullanım mı yoksa sıcaklık yükseltme mi gerektiğini belirleyin.
• Karbon ve su kazanımlarını raporlarken ısı alıcıya yazılan emisyon azaltımını veri merkezinin kendi tasarrufundan ayırın.

Kimler okumalı

Isı geri kazanımını değerlendiren veri merkezi sahipleri, sürdürülebilirlik yöneticileri, enerji hizmet sağlayıcıları ve potansiyel ısı alıcılar.

Belgenin bölümleri

1. Giriş
2. Neden ısı geri kazanımı ve neden şimdi
3. Veri merkezi ısı geri kazanımını mümkün ve sürdürülebilir kılan nedir
4. Isı alıcı için veri merkezinden ısı almak faydalı mı
5. Veri merkezi için ısı alıcıya ısı vermek faydalı mı
6. Isı alıcı adayları
7. CO2 emisyon azaltımı kime yazılır
8. Su kullanımına etkisi
9. Böyle bir projede nasıl iş birliği yapılır
10. Tekno-ekonomik analiz
11. Sonraki adımlar
12. Sonuç
13. Kaynaklar
14. Lisans

İlgili standartlar

• EN 50600-4-6 (Energy Reuse Factor)
• ISO/IEC 30134-6 (ERF)
• EU Energy Efficiency Directive 2023/1791

Belgeyi okuyun

Yayın bilgileri

Yazarlar

Pecchioli, C. (Alfa Laval); Comella, J. (Cloud&Heat); Sickinger, D.; VanGeet, O. (NREL)

Yayıncı

Open Compute Project Foundation

Yıl

2023

Belge dili

İngilizce

Kaynak türü

Sektör kuruluşu

Erişim

Açık lisans — indirilebilir

Lisans

CC BY-SA 4.0 — atıf vererek ve aynı lisansla paylaşabilirsiniz

Lisans kanıtı

www.opencompute.org

Künye