Aviso legal: Este artigo aborda o conceito de reutilização de calor, suas aplicações e as iniciativas regulatórias e legislação relevantes. Ele baseia-se nas experiências e políticas dos países da região EMEA (Europa, Oriente Médio e África), incluindo a União Europeia (UE) e ele tem por objetivo ser um guia das melhores práticas para compreender a reutilização de calor dentro dessa região. É importante mencionar que políticas e diretrizes locais e regionais devem ser consideradas e cumpridas para áreas fora da UE. Para obter mais informações, baixe o white paper ao final deste artigo.
No mundo atual, impulsionado pela IA, os data centers e a computação de alta performance desempenham um papel essencial na potencialização da revolução tecnológica. Com um claro foco em soluções que atendam as atuais demandas ao mesmo tempo em que comportem o crescimento futuro, os operadores de data center priorizam a infraestrutura que dá ênfase à adaptabilidade, à eficiência energética e à confiabilidade.
A jornada rumo a um crescimento mais responsável demanda uma visão holística. Não se trata apenas de eficiência, ela abrange a gestão de recursos, energias alternativas, a redução de resíduos e incorpora uma economia circular. À medida que os data centers evoluem, o design holístico significa mais do que especificações técnicas - ele envolve a tomada de decisões inteligente e a colaboração para navegar pelas transformações impulsionadas pela IA.
Estes conceitos são também aplicáveis à reutilização de calor, também conhecida como recuperação de calor residual, um dos caminhos que pode ajudar no alcance de um futuro mais energeticamente eficiente. Data centers precisam de resfriamento durante o ano todo e quase 100% da eletricidade consumida pelo constante funcionamento de servidores, equipamentos de rede e dispositivos de armazenamento é dissipada na forma de calor. Como é gerado cada vez mais calor, há uma busca contínua pela reutilização de calor como uma alternativa à sua liberação no ambiente.
Os tópicos abordados neste artigo foram analisados em profundidade pela EUDCA e a Vertiv em um novo white paper sobre recuperação de calor. Ele visa proporcionar uma visão geral sobre o que é a reutilização de calor, como e quando ela pode ser usada e quais são as atuais inciativas regulatórias e a legislação em vigor.
O que é a Reutilização de Calor?
A reutilização de calor (ou recuperação de calor) gira ao redor da captura e do reuso do excesso de calor gerado pelos sistemas de resfriamento e pelos equipamentos de TI do data center.
Os equipamentos de TI geram calor que é capturado pelos sistemas de resfriamento para ser rejeitado para o exterior, mantendo uma temperatura constante para os equipamentos. Ao invés de deixar que este calor em excesso seja desperdiçado, os sistemas de reutilização de calor capturam e usam o calor para outros fins úteis.
Um sistema de reutilização de calor bem projetado contribui para as inciativas de responsabilidade ambiental e para a eficiência na medida que reduzem o consumo geral de energia e das emissões de gases de efeito estufa associados com os métodos tradicionais de aquecimento e resfriamento.
Principais objetivos e aplicações da Reutilização de Calor
- Aquecimento de Ambientes: distribuir aquecimento para prédios próximos (casas, escritórios, etc.) durante os meses mais frios, principalmente para aplicações relacionadas a conforto térmico. Essa distribuição reduz a necessidade de sistemas de aquecimento tradicionais, portanto economizando energia e reduzindo os custos operacionais para os operadores de data centers e também para os usuários finais.
- Processos Industriais: pré-aquecer água para indústrias que necessitam de água quente em seus processos de produção. Operações como limpeza e esterilização demandam água com alta temperatura.
- Aquecimento de Água para Uso Doméstico: pré-aquecer água para uso doméstico, como chuveiros e pias no próprio data center ou em prédios próximos.
- Geração de Eletricidade: Em alguns casos, Ciclos Rankine Orgânicos (ORC) podem ser adaptados para produzir energia elétrica usando a rejeição de calor dos data centers quando ela estiver disponível em altas temperaturas (>80 °C).
- Refrigeração: Chillers de absorção podem proporcionar refrigeração para o próprio data center ou para prédios próximos. Esse tipo de unidade de refrigeração usa calor para impulsionar o processo de absorção e proporcionar resfriamento através da evaporação do refrigerante utilizado.
- Aplicações na Agricultura: Em ambientes agrícolas ou hortícolas, o calor pode ser reutilizado para manter as temperaturas das estufas ou mesmo para cultivar algas que possam absorver o CO₂ da atmosfera.
- Pecuária: A produção de leite necessita de água quente para limpeza e água potável morna para aumentar a produção de leite.
- Outros usos: piscinas, aquecimento de quadras esportivas, dessalinização de água do mar, secagem de madeira, piscicultura.
Sistema de Reutilização de Calor - condições para o sucesso
A reutilização de calor é um assunto complexo que precisa de auxílio para a avaliação de quando, onde e como implementá-la. Além disso, não há uma maneira única de implementar um sistema de reutilização de calor e ela depende fortemente da aplicação e do objetivo da reutilização do calor. Abaixo encontram-se alguns exemplos de possíveis cenários e suas respectivas soluções.
Correspondência entre a Reutilização de Calor e a Demanda
Um dos maiores desafios é o equilíbrio entre a demanda por calor dos prédios/aplicações ao redor do data center e o calor residual real durante o inverno ou o verão.
No verão, os data centers produzem um grande superávit de calor. Esse calor é rejeitado pelas unidades resfriadas a ar com uma temperatura mais alta e, dependendo da demanda por reutilização de calor, que varia com base na aplicação, o calor rejeitado pode ser em maior quantidade do que a necessária.
Durante o inverno, sistemas de free-cooling são em geral ativados para economizar energia enquanto resfriam os equipamentos de TI, mas o calor gerado pelo data center é, em geral, insuficiente e com uma temperatura muito baixa para a reutilização. Nesses casos, para cobrir um pico de demanda por calor, uma bomba de calor é necessária para aumentar a quantidade de calor e sua temperatura.
Distância e Infraestrutura
A situação mais conveniente para a reutilização de calor é ter prédios ou aplicações próximas que possam usá-lo, já que instalar redes de aquecimento distritais pode ser caro. De fato, canos longos entre data centers e prédios significam uma recuperação de calor com maior temperatura e maiores custos. Outro fator que pode influenciar o custo da reutilização do calor é a possível necessidade de superar limites arquitetônicos, como o caso de prédios antigos que podem demandar recuperação de calor com temperaturas mais altas.
Custos
O investimento inicial para a reutilização de calor deve ser confrontado com os custos correntes para ver se a energia usada para a recuperação de calor cobre a economia obtida através da recuperação de calor. Algumas vezes, o calor residual pode ser vendido para usuários específicos para gerar receita e acelerar o retorno do investimento. O tamanho do data center e o sistema de reutilização de calor afeta os custos e o cálculo do ponto de breakeven. Aplicações de alta temperatura podem resultar menos atrativas devido ao aumento dos custos com eletricidade, então, focar em opções de baixa temperatura pode ser mais seguro para o sucesso de um projeto. Essa avaliação precisa ser feita caso a caso, já que o ponto de breakeven muda com base no tamanho do data center e na quantidade de calor disponível.
Cenários regulatórios e ambientais
Nos países europeus, o debate sobre as políticas energéticas foi concentrado no distanciamento do uso de fontes de energia com base em combustíveis fósseis e na aproximação às fontes de energia renováveis e alternativas, como eólica, solar e de hidrogênio. Recentemente, a UE começou a investigar a reutilização do calor residual para ser acrescentada ao mix das fontes de energia alternativas.
Sob a Diretiva de Eficiência Energética (EED) revisada, se um data center tiver uma potência nominal de entrada total de 1 MW ou mais, ele precisará usar seu calor residual a não ser que seja economica ou tecnicamente inviável. A exigência entrará em vigor quando os estados membros transformá-la em lei nacional.
Entretanto, o exame não é necessário se o calor residual do data center estiver diretamente conectado com uma rede de aquecimento distrital ou outras redes na área adjacente, como a Diretiva para Energias Renováveis e a Diretiva para Performance Energética Predial visam incentivar.
O poder da integração entre serviços e a reutilização de calor
Serviços e manutenção têm um papel crítico na viabilização da operação ininterrupta dos data centers e no uso eficaz das aplicações de reutilização de calor. De fato, interrupções nas atividades do data center não apenas impactam as operações, elas também interrompem a geração de calor afetando, portanto, seu potencial para reutilização. Isso é amplificado em configurações de alta densidade e resfriamento líquido.
Os serviços, facilitados por engenheiros capacitados treinados continuamente nas mais novas tecnologias, oferecem recursos inestimáveis de insights e coleta de dados. Esses insights podem ser traduzidos em informações que podem ser alavancadas para otimizar as aplicações de resfriamento e de reutilização de calor do data center. Além disso, serviços aprimoram o potencial para a reutilização de calor através de oportunidades de retrofits.
Adicionalmente, fornecedores de serviços podem customizar e comissionar o software da unidade térmica para atingir o equilíbrio ótimo entre a eficiência de resfriamento e a reutilização de calor do data center.
Monitoramento e lógica de controle da Vertiv
A atenção meticulosa aos detalhes e o uso de componentes confiáveis, gerenciados através da lógica de controle, são essenciais para maximizar a eficiência e a confiabilidade do data center.
Uma lógica de controle robusta permite aos operadores otimizar a performance da infraestrutura de resfriamento, possibilitando a continuidade essencial para a integridade operacional.
Os Controles Vertiv™ Liebert® iCOM™ são essenciais para supervisionar diversos sistemas de data centers, particularmente nas operações de resfriamento.
Ao regular a temperatura, a umidade e o fluxo de ar em tempo real, o monitoramento e a lógica de controle da Vertiv reduzem as indisponibilidades e as falhas em equipamentos. Além disso, eles facilitam a manutenção baseada nas condições dos equipamentos ao proporcionar insights em tempo real, possibilitando ajustes automáticos e estratégias de manutenção com base nas condições dos equipamentos.
Mais informações sobre a reutilização de calor podem ser encontradas nos recém-publicados white paper e comunicado de imprensa disponíveis no website da EUDCA.
