Spis treści
Dlaczego zużycie wody przez centra danych staje się kluczową kwestią w zakresie infrastruktury
Cyfryzacja postępuje na całym świecie w ogromnym tempie. Przetwarzanie w chmurze, sztuczna inteligencja (AI), obliczenia o wysokiej wydajności (HPC), przetwarzanie brzegowe oraz aplikacje do obsługi dużych zbiorów danych w znacznym stopniu napędzają rozwój nowoczesnych centrów danych. Jednocześnie gęstość mocy obliczeniowej systemów informatycznych stale rośnie. Nowoczesne klastry AI z serwerami o wysokiej wydajności opartymi na procesorach graficznych generują ogromne obciążenia cieplne, które muszą być niezawodnie odprowadzane.
Podczas gdy w ostatnich latach uwaga skupiała się przede wszystkim na efektywności energetycznej centrów danych, coraz większe znaczenie zyskuje inny kluczowy czynnik: zużycie wody przez systemy chłodzenia.
Wiele nowoczesnych centrów danych wykorzystuje do odprowadzania ciepła systemy chłodzenia wodnego, wieże chłodnicze lub rozwiązania hybrydowe. Systemy te zapewniają wprawdzie wysoką wydajność chłodniczą i niskie wartości wskaźnika PUE (Power Usage Effectiveness), jednak jednocześnie powodują znaczne zużycie wody.
W związku z tym woda chłodząca staje się coraz bardziej:
- jednym z czynników kosztowych
- kwestii regulacyjnej
- wskaźnik ESG
- zagrożenie dla bezpieczeństwa eksploatacji
- kwestia zrównoważonego rozwoju dla operatorów infrastruktury krytycznej
Szczególnie w regionach dotkniętych niedoborem wody lub rosnącymi cenami wody operatorzy stoją przed wyzwaniem, jakim jest zaprojektowanie obiegów chłodniczych w sposób bardziej zrównoważony i oszczędzający zasoby.
Rozbudowa centrów danych i ośrodków przetwarzania danych opartych na sztucznej inteligencji powoduje ogromny wzrost zapotrzebowania na wodę
Obecnie na całym świecie obserwuje się gwałtowny wzrost liczby centrów danych. W szczególności aplikacje oparte na sztucznej inteligencji podnoszą wymagania dotyczące wydajności nowoczesnych centrów danych na zupełnie nowy poziom.
Potrzebne są klastry procesorów graficznych do uczenia maszynowego i wnioskowania:
- niezwykle duża moc obliczeniowa
- wysoka gęstość zabudowy szaf
- wydajne systemy chłodzenia
- trwale stabilne warunki termiczne
W rezultacie wzrasta zarówno:
- zapotrzebowanie na energię
- jak również zapotrzebowanie na wodę chłodzącą
znacznie.
Nowoczesne centra danych oparte na sztucznej inteligencji osiągają niekiedy gęstość mocy przekraczającą 50–100 kW na szafę. Tradycyjne chłodzenie powietrzem coraz częściej napotyka w tym przypadku ograniczenia fizyczne i ekonomiczne.
W rezultacie:
Rozwiązania chłodnicze na bazie wody zyskują na znaczeniu.
Obejmuje to:
- Systemy wież chłodniczych
- Chłodzenie wyparne
- systemy chłodzenia adiabatycznego
- Systemy chłodzenia hybrydowego
- systemy chłodzenia powrotnego chłodzone wodą
- Chłodzenie cieczą bezpośrednio na chipie
- Chłodzenie zanurzeniowe
Jednak wraz ze wzrostem wydajności chłodniczej wzrasta również zużycie wody przez te instalacje.
Ile wody faktycznie zużywa centrum danych?
Zużycie wody w centrum danych zależy w dużym stopniu od:
- obciążenie informatyczne
- Klimat
- Układ chłodzenia
- Tryb działania
- recykling
- Jakość wody
- Strategia spuszczania osadu
W inżynierii coraz częściej stosuje się następujący wskaźnik:
Wskaźnik efektywności wykorzystania wody (WUE)
Wzór brzmi:
WUE = zużycie wody / energia zużywana przez sprzęt IT
Typowe rzędy wielkości:
| Układ chłodzenia | Typowe zużycie wody |
|---|---|
| Wyłącznie chłodzenie powietrzem | ≈ 0 l/kWh |
| Chłodzenie hybrydowe | ≈ 0,2–0,7 l/kWh |
| Chłodzenie wyparne / Wieża chłodnicza | ≈ 0,8–2,0 l/kWh |
Przykładowe obliczenia: zużycie wody w centrum danych o mocy 10 MW
Centrum danych wyposażone w:
- Obciążenie IT o mocy 10 MW
- Działanie przez całą dobę, siedem dni w tygodniu
- Chłodzenie wyparne
roczna produkcja:
10 MW × 8 760 godz. = 87,6 mln kWh energii na potrzeby IT
Przy zużyciu wody wynoszącym:
0,8–2,0 l/kWh
wynika z tego, że roczne zapotrzebowanie na wodę wynosi:
ok. 70 000–175 000 m³ wody rocznie
Odpowiada to:
- miliony litrów wody dziennie
- znaczne zapotrzebowanie na wodę świeżą
- duże ilości ścieków
- rosnące koszty eksploatacji
Wraz z globalną rozbudową centrów danych wykorzystujących sztuczną inteligencję ilości te będą w przyszłości nadal gwałtownie rosnąć.
Dlaczego dochodzi do strat wody chłodzącej w centrach danych
W konwencjonalnych układach chłodniczych straty wody wynikają przede wszystkim z:
Odparowanie
W systemach wież chłodniczych woda nieustannie odparowuje w celu odprowadzenia ciepła.
Odpływ (blowdown)
Aby ograniczyć stężenie soli, należy regularnie spuszczać zanieczyszczoną wodę obiegową.
Zanieczyszczenia i skażenia
Ciała stałe, korozja, porosty wodne i substancje rozpuszczone pogarszają jakość wody.
Zanieczyszczenie chemiczne
W tradycyjnych systemach uzdatniania wody chłodzącej stosuje się niekiedy środki chemiczne, które mogą stanowić problem dla nowoczesnych systemów membranowych lub nie spełniają wymogów regulacyjnych.
Zdjęcie: Ponowne wykorzystanie wody chłodzącej stanowi najbardziej zrównoważony obszar optymalizacji w centrach danych. Dzięki instalacjom do recyklingu wody chłodzącej zużycie wody w centrach danych można zmniejszyć nawet o 90%.
Inteligentny system recyklingu wody chłodzącej dla centrów danych: zmniejszenie zużycia wody, zwiększenie bezpieczeństwa eksploatacji i realizacja celów ESG
Wraz z globalnym rozwojem infrastruktur chmurowych, centrów danych wykorzystujących sztuczną inteligencję oraz systemów obliczeniowych o wysokiej wydajności gwałtownie rośnie zapotrzebowanie na wydajne systemy chłodzenia. Nowoczesne centra danych osiągają obecnie gęstość mocy rzędu kilkudziesięciu kilowatów na szafę i wymagają niezwykle stabilnych infrastruktur chłodniczych, aby zapewnić nieprzerwaną pracę przez całą dobę.
W tym kontekście, obok efektywności energetycznej, coraz większą uwagę przyciąga kolejny kluczowy czynnik: zużycie wody przez systemy chłodnicze.
W szczególności systemy chłodzenia wyparnego, wieże chłodnicze oraz hybrydowe systemy chłodzenia zużywają duże ilości wody. Jednocześnie rosnące ceny wody, zaostrzające się wymogi regulacyjne oraz wytyczne ESG sprawiają, że operatorzy muszą znacznie zwiększyć wydajność swoich obiegów chłodniczych.
Właśnie w tym miejscu do akcji wkracza unikalny system recyklingu wody chłodzącej firmy ALMAWATECH.
Recykling wody chłodzącej w centrach danych: maksymalny stopień recyrkulacji przy minimalnym zużyciu wody
Firma ALMAWATECH opracowuje zintegrowane rozwiązania dla:
- Uzdatnianie wody chłodzącej
- Recykling wody
- Uzdatnianie wody chłodzącej
- Technika pomiarowa i sterująca
- cyfrowy monitoring obiegów chłodniczych
Celem jest maksymalne ponowne wykorzystanie zużytej wody chłodzącej przy jednoczesnym zachowaniu stabilnej jakości wody i wysokiego poziomu bezpieczeństwa eksploatacji.
W konwencjonalnych układach chłodniczych dochodzi do znacznych strat wody w wyniku parowania, a przede wszystkim w wyniku tzw. spuszczania (blowdown). Jest to konieczne w celu kontrolowania rosnącego stężenia soli, składników powodujących twardość oraz zanieczyszczeń w obiegu chłodzącym.
W związku z tym, bez odpowiedniego uzdatniania wody, konieczne jest ciągłe odprowadzanie dużych ilości zanieczyszczonej wody i zastępowanie jej wodą świeżą.
Prowadzi to do:
- duże zużycie wody
- rosnące koszty eksploatacji
- zwiększone ilości ścieków
- dodatkowego obciążenia chemicznego
- rosnącej presji regulacyjnej
Wiodące na rynku systemy recyklingu wody chłodzącej firmy ALMAWATECH oczyszczają tę wodę i ponownie wprowadzają ją do obiegu chłodzenia. Dzięki inteligentnym technologiom uzdatniania można wydłużyć cykle zagęszczania i znacznie zmniejszyć częstotliwość spuszczania wody.
Dzięki temu można:
- zmniejszyć ilość wody spustowej nawet o 90%
- Znaczne zmniejszenie zapotrzebowania na wodę pitną
- Znaczne zmniejszenie ilości ścieków
- Ograniczenie strat wody
Zwłaszcza w przypadku dużych centrów danych o wydajności chłodniczej rzędu kilku megawatów stwarza to ogromny potencjał oszczędności zarówno pod względem ekonomicznym, jak i ekologicznym.
Uzdatnianie wody w centrach danych: stabilność i ochrona kluczowej infrastruktury chłodniczej
Stała, stabilna jakość wody ma zasadnicze znaczenie dla bezpiecznej pracy nowoczesnych systemów chłodniczych.
Niekontrolowany skład chemiczny wody może prowadzić do poważnych problemów:
- Korozja w rurociągach i wymiennikach ciepła
- Osadzanie się kamienia i osady wapienne
- Zanieczyszczenia biologiczne i zanieczyszczenia mikrobiologiczne
- ograniczone przenoszenie ciepła
- rosnące zużycie energii
- Ryzyko awarii infrastruktury krytycznej
Systemy firmy ALMAWATECH zapewniają stałą stabilizację jakości wody, chroniąc w ten sposób całą infrastrukturę chłodniczą centrum danych.
Stosowane są skoordynowane procedury mające na celu:
- Usuwanie cząstek stałych
- Zmniejszenie stężenia substancji rozpuszczonych
- Stabilizacja składu chemicznego wody
- Optymalizacja obiegu
Dzięki temu poprawia się:
- Przenikanie ciepła
- Efektywność energetyczna
- Okres użytkowania
- Bezpieczeństwo operacyjne
- Częstotliwość przeglądów
W szczególności w przypadku centrów danych wykorzystujących sztuczną inteligencję, charakteryzujących się wyjątkowo wysokim obciążeniem cieplnym, jakość wody staje się tym samym decydującym czynnikiem dla stabilności funkcjonowania całego centrum danych.
Inteligentna technika pomiarowa i sterująca do nowoczesnych obiegów chłodniczych
Wysokie wskaźniki recyklingu i stabilne warunki pracy są możliwe wyłącznie dzięki precyzyjnemu monitorowaniu i inteligentnemu sterowaniu.
W tym celu firma ALMAWATECH wdraża nowoczesne technologie pomiarowe, regulacyjne i automatyzacyjne w całym obiegu wody chłodzącej.
Wśród elementów podlegających ciągłemu monitorowaniu znajdują się między innymi:
- Przewodność
- Wartość pH
- Twardość wody
- zawartość soli
- Temperatura
- Parametry korozji
- Ryzyko związane z porastaniem biologicznym
- Straty wody
Monitoring cyfrowy umożliwia dynamiczne dostosowywanie:
- Współczynniki spłukiwania
- dopasowanie mocy
- Dozowanie środków chemicznych do kondycjonowania
- Parametry eksploatacyjne układu chłodzenia
Dzięki temu można na bieżąco optymalizować zużycie wody, stosowanie środków chemicznych oraz zapotrzebowanie na energię.
Jednocześnie znacznie wzrasta bezpieczeństwo eksploatacji całego centrum danych, ponieważ krytyczne zmiany można wcześnie wykrywać i automatycznie regulować.
Uzdatnianie wody chłodzącej bez substancji szkodliwych dla membran
Kluczowym elementem nowoczesnych systemów recyklingu wody jest odpowiednia uzdatnianie wody chłodzącej.
Firma ALMAWATECH opracowuje specjalnie dostosowane programy uzdatniania wody chłodzącej dla nowoczesnych systemów recyklingowych i membranowych. W tym procesie celowo rezygnuje się ze stosowania substancji szkodliwych dla membran.
Daje to istotne korzyści:
- dłuższa żywotność membran
- mniejsze nakłady związane z czyszczeniem
- sprawne procesy recyklingu
- wyższa dostępność urządzeń
- pewne spełnienie wymogów regulacyjnych
Zrównoważone połączenie uzdatniania wody, środków chemicznych do kondycjonowania oraz inteligentnego systemu sterowania zapewnia wysoce stabilny i zrównoważony obieg wody chłodzącej – wszystko z jednej ręki.
Zrównoważone centra danych dzięki inteligentnemu recyklingowi wody chłodzącej
Zużycie wody w centrach danych staje się coraz ważniejszym wskaźnikiem ESG. Operatorzy znajdują się pod rosnącą presją, by efektywnie wykorzystywać zasoby i w sposób weryfikowalny realizować cele w zakresie zrównoważonego rozwoju.
Inteligentny system recyklingu wody chłodzą cej nie tylko znacznie zmniejsza zużycie wody, ale jednocześnie poprawia:
- Wyniki ESG
- Efektywne wykorzystanie zasobów
- pewność regulacyjna na przyszłość
- Struktura kosztów operacyjnych
- Wskaźniki zrównoważonego rozwoju
W przypadku nowoczesnych centrów danych woda staje się zatem kwestią o znaczeniu strategicznym dla infrastruktury.
Inteligentne ponowne wykorzystanie wody chłodzącej pozwala nie tylko obniżyć koszty i zmniejszyć wpływ na środowisko, ale także stworzyć infrastrukturę centrum danych, która w dłuższej perspektywie będzie odporna, zrównoważona i przyszłościowa.
Zdjęcie: Instalacja recyklingu wody chłodzącej firmy ALMAWATECH. Widoczny jest ostatni etap instalacji uzdatniania wody, czyli instalacja do odwróconej osmozy
Wszystko z jednej ręki: zrównoważone rozwiązania wodne dla nowoczesnych centrów danych
Rosnące zużycie wody w nowoczesnych centrach danych staje się coraz większym wyzwaniem dla operatorów infrastruktur chmury obliczeniowej, sztucznej inteligencji oraz obliczeń o wysokiej wydajności. Jednocześnie rosną wymagania dotyczące zrównoważonego rozwoju, wyników w zakresie ESG, zgodności z przepisami oraz bezpieczeństwa eksploatacji.
Aby trwale zmniejszyć zużycie wody chłodzącej, a jednocześnie zapewnić stabilność procesów chłodzenia, nie wystarczy optymalizować poszczególne elementy w oderwaniu od siebie. Kluczowe znaczenie ma całościowo skoordynowany obieg wody chłodzącej.
Właśnie w tym miejscu wkracza firma ALMAWATECH.
ALMAWATECH łączy:
- Uzdatnianie wody
- Recykling wody chłodzącej
- Technika pomiarowa i sterująca
- Automatyzacja
- Uzdatnianie wody chłodzącej
- Inżynieria
- Optymalizacja procesu
w zakresie zintegrowanych kompleksowych rozwiązań dla nowoczesnych centrów danych i centrów obliczeniowych AI.
Dzięki inteligentnemu połączeniu tych technologii powstają wysoce stabilne i zrównoważone systemy wody chłodzącej, które mogą znacznie ograniczyć zużycie wody, ilość spuszczanej wody oraz koszty eksploatacji.
Jednocześnie poprawia się bezpieczeństwo eksploatacji całej infrastruktury chłodniczej. Czynniki krytyczne, takie jak korozja, osadzanie się kamienia, biofouling czy niestabilna jakość wody, są stale monitorowane i aktywnie regulowane.
Wyniki są następujące:
- znacznie zmniejszone zużycie świeżej wody
- mniejsze ilości ścieków
- stała jakość wody w obiegu chłodzenia
- niższe koszty eksploatacji i utylizacji
- wyższa dostępność urządzeń
- lepsze wskaźniki ESG i zrównoważonego rozwoju
W szczególności w przypadku dużych centrów danych i ośrodków obliczeniowych wykorzystujących sztuczną inteligencję przynosi to ogromne korzyści ekologiczne i ekonomiczne.
Wniosek: Przyszłość zrównoważonych centrów danych zaczyna się od zużycia wody
Nowa generacja nowoczesnych centrów danych nie będzie już oceniana wyłącznie pod kątem efektywności energetycznej i wskaźników PUE. Wraz z globalnym rozwojem infrastruktur sztucznej inteligencji, chmury obliczeniowej i obliczeń o wysokiej wydajności (HPC) zużycie wody staje się również kluczowym wskaźnikiem zrównoważonej infrastruktury centrów danych.
Operatorzy coraz częściej stają przed następującym wyzwaniem:
- bardziej efektywne wykorzystanie zasobów wodnych
- przestrzegać wymogów regulacyjnych
- Osiągnięcie celów ESG
- Długoterminowe obniżenie kosztów eksploatacji
Inteligentny recykling wody chłodzącej staje się tym samym kluczowym elementem zrównoważonych centrów danych.
Dzięki ponownemu wykorzystaniu znacznej części zużytej wody chłodzącej można nie tylko radykalnie zmniejszyć zużycie wody, ale jednocześnie znacznie poprawić bilans środowiskowy i efektywność ekonomiczną nowoczesnych systemów chłodniczych.
Dzięki zintegrowanym rozwiązaniom firmy ALMAWATECH centra danych mogą:
- odzyskiwanie do 90% wody chłodzącej
- Znaczne ograniczenie strat wody
- działać w sposób bardziej zrównoważony
- zapewnić sobie stabilną pozycję pod względem regulacyjnym na przyszłość
W ten sposób uzdatnianie wody staje się nie tylko kwestią techniczną, ale także strategiczną przewagą konkurencyjną dla nowoczesnych centrów danych.
Proszę już teraz przeanalizować możliwości oszczędności w Państwa centrum danych!
Często dopiero szczegółowa analiza techniczna obiegu wody chłodzącej pozwala określić rzeczywisty potencjał oszczędności Państwa systemu chłodzenia.
ALMAWATECH wspiera operatorów centrów danych w ograniczaniu zużycia wody, optymalizacji obiegów chłodniczych oraz tworzeniu zrównoważonej infrastruktury dla systemów cyfrowych nowej generacji.
Więcej informacji na temat naszych rozwiązań w zakresie recyklingu i uzdatniania wody chłodzącej dla centrów danych można znaleźć pod adresem:
Zdjęcie: Zdjęcie jednej z naszych instalacji do recyklingu wody chłodzącej w elektrowni. Nie tylko centra danych czerpią korzyści z oszczędności wody!
Państwa eksperci w dziedzinie recyklingu wież chłodniczych – bezpośrednio dostępni
Frank Kuntze
Starszy ekspert ds. uzdatniania wody chłodzącej
Maksim Neubauer
Kierownik ds. ponownego wykorzystania wody
