Los centros de datos modernos funcionan de forma ininterrumpida -24 horas al día, 7 días a la semana, 365 días al año- para dar soporte informático y de almacenamiento esencial a empresas, gobiernos y particulares. Toda esta actividad computacional produce un calor considerable, que debe eliminarse para mantener los equipos a temperaturas óptimas. En lugar de tratar esta producción térmica estrictamente como un residuo, la reutilización del calor del centro de datos (a menudo denominada "recuperación de calor") busca capturar, reutilizar y distribuir esta energía térmica para que sirva a otros fines beneficiosos. De este modo, los operadores pueden mejorar la eficiencia energética global, como se describe en nuestro sostenibilidad de los centros de datos artículo, reducir la huella de carbono y, potencialmente, disminuir los costes de explotación.
Por qué los centros de datos generan tanto calor
Los centros de datos albergan bastidores de servidores y hardware relacionado que procesan enormes cantidades de información. Estos servidores consumen grandes cantidades de energía eléctrica; prácticamente toda esa energía se acaba convirtiendo en calor.
La infraestructura de refrigeración -enfriadoras, aires acondicionados o circuitos de refrigeración- transfiere este calor para mantener temperaturas de funcionamiento estables. En muchos sistemas convencionales diseños de centros de datosEste calor capturado simplemente se expulsa al exterior.
Sin embargo, si se redirige, el calor residual puede servir como fuente de energía térmica, especialmente para instalaciones con necesidades de calefacción grandes y predecibles, como universidades, procesos industriales, municipios o sistemas de calefacción urbana.
Definición de reutilización o recuperación de calor
La reutilización o recuperación del calor en los centros de datos es el proceso de capturar el calor residual de los equipos (servidores, fuentes de alimentación, etc.) y redirigirlo a aplicaciones productivas. Algunos ejemplos son:
- Calefacción para edificios residenciales o comerciales
- Calentamiento de agua doméstico o urbano
- Calor de proceso para operaciones industriales ligeras o agrícolas
- Derretimiento de nieve y calefacción de piscinas exteriores/interiores, circulación de agua caliente a través de tuberías empotradas para eliminar el hielo de las aceras/carreteras y mantener una temperatura agradable en las piscinas.
- Integración de bombas de calor, que mejoran la temperatura de las redes de distrito al tiempo que proporcionan agua fría a los bastidores informáticos (tri-generación).
El enfriamiento por absorción directa o la generación de calor a partir de la energía es, por lo general, poco práctico a estas temperaturas con la tecnología y las tendencias actuales, por lo que se excluye de la lista de casos de uso recomendados. Sin embargo, los flujos a temperaturas más bajas pueden alimentar los sistemas existentes de recuperación de energía o economizadores para aumentar la eficiencia global.
Un sistema de reutilización del calor bien diseñado, además de ahorrar recursos, fomenta una mayor eficiencia energética. eficiencia energética de datos, lo que podría reducir los costes de los servicios públicos y reportar beneficios económicos y medioambientales.
Creciente demanda europea y escala potencial
Se prevé que la demanda europea de calor siga aumentando debido al crecimiento demográfico y a la expansión de las necesidades industriales. Según diversas perspectivas energéticas, la demanda total de calor en las principales economías podría superar los 2.000 millones de euros. 2236 TWh/año para 2030, haciendo cada vez más hincapié en las fuentes de calor recuperadas o con bajas emisiones de carbono.
Los sistemas de reutilización del calor de los centros de datos -especialmente los integrados en redes de calefacción urbana- ofrecen la oportunidad de satisfacer una parte de esta demanda de forma sostenible.
Requisitos de uso del calor en la UE, 2025 → 2030 (energía final, TWh / año)
* Demanda de calefacción y Demanda de agua caliente son los energía final requisitos para todos los países de la UE-28 más CH, IS y NO en virtud de la "política-actual" escenario desarrollado para la UE Cartografía y análisis de la demanda actual y futura de calefacción y refrigeración estudiar. Los valores de 2030 y 2020 se dan explícitamente en el estudio; los años intermedios se calculan por interpolación lineal de la tendencia 2020→2030, de modo que cada fila entre 2025 y 2029 es factual en primer orden, pero sigue siendo una estimación.
** El Edificios Total Estos dos usos representan la mayor parte de la demanda de calor de baja temperatura en los sectores residencial y de servicios de Europa.
Significado de las cifras
- La calefacción sigue siendo, con diferencia, el uso final dominante en los edificios europeos, pero el aumento de la eficiencia impulsado por las políticas reducirá la demanda en ≈ 150 TWh (-7 %) entre 2025 y 2030.
- La demanda de calefacción por agua es comparativamente plana, con un deslizamiento de sólo -6 TWh (-1 %) en el mismo periodo.
- El uso combinado de calor en los edificios aún superará los 2,2 PWh al año en 2030, una reserva de demanda de baja calidad a la que pueden dirigirse los proyectos de calor residual de los centros de datos.
Aunque el estudio original se elaboró antes de la actual crisis de los precios de la energía, sigue siendo el el conjunto de datos públicos más completo que ofrece proyecciones de demanda de calor en unidades absolutas de energía (TWh). Su escenario ya tiene en cuenta la Directiva de eficiencia energética de la UE, la normativa de diseño ecológico y los programas nacionales de renovación de edificios, por lo que la trayectoria descendente que se ve más arriba refleja las adaptaciones impulsadas por las políticas y los sistemas de agua caliente sanitaria más eficientes.
Demanda de calor para procesos industriales en Europa (UE-28 + CH, IS, NO)
* Calor de procesos industriales (TWh) corresponde al Calentamiento por procesos columna del estudio de la Comisión Europea Cartografía y análisis del despliegue actual y futuro (2020-2030) de combustibles para calefacción y refrigeración (paquete de trabajo 3).
Las cifras de 2025-2029 son interpolaciones lineales de la tendencia 2020→2030 del estudio.
- El calor de proceso ya es el mayor uso final del calor en el sector industrial europeo y se prevé que aumentará ligeramente (≈ +1,8 %) entre 2020 y 2030 a pesar de los aumentos de eficiencia, impulsados por una mayor producción en los subsectores alimentario, químico y papelero.
- En 2030, el calor de los procesos industriales representará ~36 % de todo el consumo de calor de la UE (frente a los 31 % de 2012).
- En ~2,2 PWhEl calor industrial es comparable en escala a todo el sector de los edificios, lo que subraya por qué incluso una parte modesta de la recuperación de calor de los centros de datos puede tener un impacto a nivel de sistema.
- Casi la mitad de esta demanda industrial está por debajo de los 200 °C, técnicamente compatible con grandes bombas de calor alimentadas por el calor residual de los centros de datos.
Estas cifras proporcionan una base objetiva para adaptar los proyectos de recuperación de calor de los centros de datos a la creciente demanda de calor industrial de baja y media temperatura en Europa hasta 2030.
Posibles aplicaciones
- Calefacción urbana o de locales - En climas fríos, el calor recuperado del centro de datos puede canalizarse a edificios residenciales o comerciales cercanos, reduciendo así la dependencia de la calefacción de combustibles fósiles. Este modelo suele estar vinculado a redes de calefacción urbana, que generan o recogen agua caliente/vapor de forma centralizada y lo distribuyen a barrios enteros.
- Transformación industrial - Algunos procesos de fabricación requieren calor de grado bajo a medio, lo que los convierte en receptores ideales del agua caliente que sale de un centro de datos.
- Calentamiento de agua doméstico o urbano - El exceso de calor puede elevar la temperatura del agua fría que entra en cocinas, baños o bloques de viviendas enteros.
- Instalaciones agrícolas o ganaderas - Los invernaderos, las granjas hidropónicas, los criaderos o las explotaciones ganaderas suelen beneficiarse de entornos de calefacción estables, lo que convierte la calefacción de centros de datos en una opción atractiva.
- Se utiliza como precalentamiento
Cómo recuperar el calor de un centro de datos
Intercambio de calor y circuitos de refrigeración
Uso estratégico de las bombas de calor
Las bombas de calor pueden elevar la temperatura de un calor que, de otro modo, sería de baja calidad, haciéndolo más adecuado para demandas de alta temperatura como la generación de vapor o una calefacción urbana robusta. Como se explica en "Colocación estratégica de bombas de calor en centros de datos: Equilibrio entre las métricas PUE y ERF,"La colocación óptima de las bombas equilibra la efectividad global del uso de la energía (PUE) con el factor de reutilización de la energía (ERF), garantizando que se captura el máximo calor sin aumentar significativamente el consumo de energía propio del centro de datos.
Almacenamiento de energía térmica
Si la demanda de calor en tiempo real no coincide con la producción del centro de datos, tanques de almacenamiento de energía térmica (TES) pueden almacenar el calor recuperado y liberarlo más tarde para ajustarlo a los picos de demanda. Los depósitos y difusores de TES bien diseñados ayudan a regular el caudal, la capacidad de almacenamiento y la temperatura.
Criterios para el éxito de un sistema de recuperación de calor
- Adaptación de la oferta y la demanda de calor
Los centros de datos suelen generar una producción de calor constante y constante, mientras que los patrones de demanda de calor varían según la ubicación y la estación del año. Los operadores deben alinear la capacidad y la programación para garantizar un uso constante, o combinar el centro de datos con un sistema de almacenamiento adecuado para amortiguar las fluctuaciones. - Distancia e infraestructura
Las distancias más largas entre el centro de datos y los receptores de calor pueden reducir la viabilidad económica, porque la infraestructura de tuberías es cara y las pérdidas de calor aumentan con la distancia de transporte. - Costes de aplicación
Captar el calor residual y distribuirlo (o mejorar las temperaturas con bombas de calor) requiere inversiones de capital en equipos, tuberías, controles y posibles modificaciones de la infraestructura existente. - Criterios reglamentarios y medioambientales
Los códigos de construcción locales, las normativas medioambientales y las políticas de calefacción urbana pueden facilitar o dificultar la reutilización del calor de los centros de datos. Algunas regiones ofrecen incentivos o autorizaciones simplificadas para la ejecución de proyectos de calor residual. - Métricas de los sistemas de recuperación de calor
Además de la PUE (Eficacia del Uso de la Energía), los operadores de centros de datos controlan cada vez más el ERF (Factor de Reutilización de la Energía) para cuantificar cuánta energía total se destina a usos productivos. Equilibrar eficazmente ambas métricas es clave para lograr la sostenibilidad global.
Métricas de los sistemas de reutilización del calor relevantes para los centros de datos
Lograr una reutilización eficaz del calor en los centros de datos requiere métricas cuantificables que registran cuánta energía se conserva, se reutiliza y, en última instancia, se ahorra. En Eficacia del uso de la energía (PUE) sigue siendo la medida más común de la eficiencia global de los centros de datos, han surgido métricas adicionales para captar la eficacia de la captación y reutilización del calor residual.
Eficacia del uso de la energía (PUE)
- Definición: PUE = (Potencia total de las instalaciones) / (Potencia de los equipos informáticos)
- Relevancia: Eficacia del uso de la energía PUE indica la eficacia con la que se utiliza la energía total del centro de datos, pero no tiene en cuenta explícitamente la reutilización del calor. Un PUE más bajo significa menos gastos generales no relacionados con TI (como la refrigeración). No obstante, los cambios en las estrategias de recuperación de calor pueden afectar ligeramente al consumo de energía de las instalaciones y, por tanto, al PUE.
Factor de reutilización de la energía (ERF)
- Definición: ERF = (Energía reutilizable) / (Energía total importada al centro de datos)
- Relevancia: Este parámetro mide la cantidad de energía total consumida por el centro de datos que se capta y se aprovecha, por ejemplo, para calentar un campus cercano. Cuanto más se acerque el ERF a 1,0, más eficaz será la recuperación de calor.
Nota: Como se describe en "Colocación estratégica de bombas de calor en centros de datos: Equilibrio entre las métricas PUE y ERFUn sistema optimizado de reutilización del calor puede aumentar el ERF con un impacto marginal en el PUE.
Eficacia de la reutilización de la energía (ERE)
- Definición: ERE = (Energía total de las instalaciones - Energía de reutilización) / Energía de los equipos informáticos
- Relevancia: Una variante de la métrica recomendada por The Green Grid, el ERE intenta incorporar el beneficio de la reutilización del calor a una medida similar al PUE. Si un centro de datos reutiliza una cantidad sustancial de energía (por ejemplo, a través de la calefacción urbana), el ERE puede caer por debajo de 1,0 en teoría, lo que demuestra un impacto medioambiental neto positivo.
Eficacia del uso del carbono (CUE)
- Definición: CUE = (Emisiones totales de CO₂ causadas por el centro de datos) / Energía de los equipos informáticos.
- Relevancia: Aunque no es estrictamente una métrica de reutilización del calor, Eficacia del uso del carbono (CUE) ayuda a cuantificar las reducciones de emisiones derivadas del calor residual que compensa la calefacción fósil. Un centro de datos con una sólida reutilización del calor reduce potencialmente el impacto global del CO₂ para sí mismo y para los usuarios intermedios.
Eficacia del uso del agua (WUE)
- Definición: Eficacia del uso del agua (WUE) = (Consumo anual de agua en litros) / (Energía de los equipos informáticos en kWh)
- Relevancia: Algunos sistemas de reutilización del calor integran sistemas avanzados de refrigeración y humidificación o aprovechan el agua. Cualquier cambio en el uso del agua debido a diseños de refrigeración alternativos (para una mejor captura del calor) podría influir en el WUE.
Retorno de la inversión (ROI) / Plazo de amortización
- Definición: Medida económica que capta el tiempo que tarda el ahorro de costes del sistema de reutilización del calor en compensar su inversión inicial.
- Relevancia: Aunque no es una métrica técnica en sí, el ROI es esencial para validar el argumento comercial a favor de la instalación o mejora de los equipos de recuperación de calor.
Equilibrio entre eficiencia y reutilización
En la práctica, los operadores de centros de datos pueden necesitar saldo métricas de eficiencia convencionales (como el PUE) con nuevas medidas de reutilización del calor (como ERF o ERE). La adición de equipos adicionales (por ejemplo, intercambiadores de calor, bombas de calor) puede elevar ligeramente la sobrecarga energética del centro de datos, lo que podría aumentar el PUE. Sin embargo, si grandes cantidades de energía se exportan productivamente a otros procesos, los beneficios medioambientales y económicos globales pueden compensar con creces la penalización por PUE interno. Seleccionar el sistema mezcla de métricas -PUE para la eficiencia, ERF/ERE para la reutilización del calor y, posiblemente, CUE para el seguimiento de las emisiones- ofrece una imagen más completa de la sostenibilidad de los centros de datos.
Políticas y normativas
Unión Europea (UE)
- Mandatos e incentivos: La UE cuenta con varias directivas que fomentan la eficiencia energética y las soluciones renovables de calefacción y refrigeración. Los proyectos de recuperación de calor residual -como la reutilización del calor de los centros de datos- suelen recibir ayudas públicas.
- Redes de calefacción urbana: Muchos países europeos cuentan con amplios sistemas de calefacción urbana, lo que facilita la integración del calor en los centros de datos.
- Objetivos de carbono: Las políticas de la UE hacen especial hincapié en las reducciones de CO₂ y pueden exigir a los grandes consumidores de energía que demuestren medidas de eficiencia.
Estados Unidos
- Normativa estatal: Las políticas e incentivos energéticos varían mucho de un estado a otro. Algunos fomentan la integración de la energía en los distritos y ofrecen subvenciones o desgravaciones fiscales; otros tienen menos incentivos.
- Enfoques orientados al mercado: Más que los amplios mandatos federales, las iniciativas privadas y locales impulsan la recuperación del calor de los centros de datos. Las principales empresas tecnológicas suelen abogar por la sostenibilidad para cumplir sus objetivos de responsabilidad corporativa.
- Retos infraestructurales: La infraestructura de calefacción urbana es menos común que en Europa, aunque existe en algunos municipios y universidades.
Comparación
- El entorno normativo de la UE ofrece marcos más directos y ayudas financieras para la reutilización del calor, en parte debido a la mayor difusión de las redes de calefacción urbana.
- El enfoque estadounidense es más fragmentario: existen oportunidades significativas, pero a menudo dependen de las condiciones locales, las estructuras de los servicios públicos y los compromisos de sostenibilidad de las empresas.
Sostenibilidad y futuro
Tecnología actual
Los operadores de centros de datos utilizan cada vez más sofisticados diseños de refrigeración (por ejemplo, refrigeración líquida) que producen un calor residual más uniforme y a mayor temperatura, lo que simplifica su reutilización. Las bombas de calor y los controles avanzados perfeccionan aún más la temperatura y el caudal de suministro.
- Integración de la energía urbana: Más centros de datos se ubicarán cerca de ciudades o polígonos industriales que puedan absorber grandes volúmenes de calor.
- Evolución política: Es probable que tanto la UE como varios estados de EE.UU. mejoren o creen incentivos, agilizando el proceso de concesión de permisos para proyectos de calor residual.
- Tecnologías emergentes: La generación directa de electricidad in situ a partir del calor (mediante ciclos Rankine orgánicos) o sistemas termoeléctricos avanzados puede expandirse.
- Despliegues modulares: Los módulos prefabricados de centros de datos diseñados con capacidad de recuperación de calor incorporada podrían acelerar su adopción, sobre todo en los centros de datos periféricos más pequeños.
Centros de datos preparados para la reutilización obligatoria del calor
Liberación de calor de alto grado con refrigeración líquida
Conclusión
La reutilización del calor de los centros de datos se sitúa en el nexo entre eficiencia, sostenibilidad y oportunidad económica. Cuando se alinean con consumidores de energía térmica bien adaptados -ya sean redes de calefacción urbana, procesos industriales o instalaciones agrícolas-, los operadores de centros de datos pueden reducir significativamente los residuos, mejorar las métricas PUE y ERF (o ERE) y disminuir la dependencia de la generación de calor a partir de combustibles fósiles.
Aunque su aplicación requiere una cuidadosa coordinación de la distancia, la infraestructura, la adecuación entre la oferta y la demanda y el cumplimiento de la normativa, los beneficios son sustanciales: menor huella de carbono, reducción de los costes de explotación y soluciones energéticas limpias alineadas con la comunidad.
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Para los equipos de diseño interesados en una visión técnica más profunda, artículos como "Colocación estratégica de bombas de calor en centros de datos: Equilibrio entre las métricas PUE y ERF" destacan la interacción entre la refrigeración eficiente y la captura del calor, mientras que "Tanques de almacenamiento de energía térmica"(y referencias de diseño relacionadas) describen métodos para amortiguar la producción de calor para su uso posterior.
Tanto en la UE como en EE.UU., la reutilización del calor de los centros de datos está llamada a convertirse en un componente cada vez más importante de las estrategias energéticas sostenibles, allanando el camino hacia infraestructuras más ecológicas e interconectadas.
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