Moderne datacenters werken continu 24 uur per dag, 7 dagen per week, 365 dagen per jaar om essentiële reken- en opslagcapaciteit voor bedrijven, overheden en particulieren te ondersteunen. Al deze rekenactiviteiten produceren een aanzienlijke hoeveelheid warmte die moet worden afgevoerd om de apparatuur op een optimale temperatuur te houden. In plaats van deze warmte-output strikt als afval te behandelen, probeert datacenterwarmtehergebruik (vaak "warmteterugwinning" genoemd) deze thermische energie op te vangen, opnieuw te gebruiken en te distribueren om elders nuttig te gebruiken. Door dit te doen, kunnen operators de algehele energie-efficiëntie verbeteren, zoals beschreven in onze duurzaamheid van datacenters artikel, vermindert de koolstofvoetafdruk en kan de bedrijfskosten verlagen.
Waarom datacenters zoveel warmte produceren
Datacenters bevatten rekken met servers en aanverwante hardware die enorme hoeveelheden informatie verwerken. Deze servers verbruiken grote hoeveelheden elektrische energie; vrijwel al deze energie wordt uiteindelijk omgezet in warmte.
De koelinfrastructuur - koelmachines, airconditioners of koelcircuits - voert deze warmte af om de bedrijfstemperaturen stabiel te houden. In veel conventionele datacenter ontwerpenDeze opgevangen warmte wordt gewoon naar buiten afgevoerd.
Als de afvalwarmte echter wordt omgeleid, kan deze dienen als bron van thermische energie - vooral voor faciliteiten met grote, voorspelbare verwarmingsbehoeften, zoals universiteiten, industriële processen, gemeenten of stadsverwarmingssystemen.
Warmtehergebruik of warmteterugwinning definiëren
Warmtehergebruik of warmteterugwinning in datacenters is het proces waarbij de afvalwarmte van apparatuur (servers, voedingen, enz.) wordt opgevangen en omgeleid voor productieve toepassingen. Enkele voorbeelden zijn:
- Ruimteverwarming voor residentiële of commerciële gebouwen
- Huishoudelijke of stadsverwarming
- Proceswarmte voor lichte industriële of agrarische toepassingen
- Sneeuwsmelting en buiten/binnenzwembadverwarming, circulatie van verwarmd water door ingesloten leidingen om ijs van trottoirs/wegen te verwijderen en comfortabele zwembadtemperaturen te handhaven
- Integratie van warmtepompen, die de temperatuur voor wijknetwerken verhogen en tegelijkertijd gekoeld water leveren aan de IT-racks (tri-generatie)
Directe absorptiekoeling of opwekking van warmte naar elektriciteit is met de huidige technologie en trends over het algemeen onpraktisch bij deze temperaturen en is daarom uitgesloten van de aanbevolen lijst met gebruikscases. Stromen met een lagere temperatuur kunnen echter nog steeds worden toegevoerd aan bestaande energieterugwinnings- of economizersystemen om de algehele efficiëntie te verhogen.
Een goed ontworpen systeem voor hergebruik van warmte is niet alleen vindingrijk, maar bevordert ook een beter rendement. energiezuinig datacenters, waardoor de kosten voor nutsvoorzieningen kunnen dalen en zowel economische als milieuvoordelen kunnen worden behaald.
Groeiende Europese vraag en potentiële schaalgrootte
De Europese vraag naar warmte zal naar verwachting blijven stijgen door de bevolkingsgroei en de groeiende industriële behoeften. Volgens verschillende energievooruitzichten zou de totale vraag naar warmte in grote economieën meer kunnen bedragen dan 2236 TWh/jaar tegen 2030, met een toenemende nadruk op koolstofarme of teruggewonnen warmtebronnen.
Regelingen voor hergebruik van datacentrawarmte - vooral wanneer deze geïntegreerd zijn in stadsverwarmingsnetwerken - bieden een kans om op duurzame wijze aan een deel van deze vraag te voldoen.
EU-vereisten voor warmtegebruik, 2025 → 2030 (eindenergie, TWh / jaar)
* Vraag naar ruimteverwarming en Vraag naar waterverwarming zijn de eindenergie vereisten voor alle EU-28 landen plus CH, IS & NO onder de "huidig beleid" scenario ontwikkeld voor de EU De huidige en toekomstige vraag naar verwarming en koeling in kaart brengen en analyseren onderzoek. De waarden voor 2030 en 2020 worden expliciet gegeven in de studie; de tussenliggende jaren worden berekend door lineaire interpolatie van de trend 2020→2030, zodat elke rij tussen 2025 en 2029 feitelijk van de eerste orde is, maar nog steeds een schatting.
** De Gebouwen Totaal In de kolom worden de behoeften aan ruimte- en waterverwarming samengeteld; deze twee toepassingen vertegenwoordigen het grootste deel van de vraag naar lagetemperatuurwarmte in de Europese woon- en dienstensector.
Wat de cijfers betekenen
- Ruimteverwarming blijft veruit het dominante eindgebruik in Europese gebouwen, maar door beleidsgedreven efficiëntiewinsten wordt de vraag tussen 2025 en 2030 met ≈ 150 TWh (-7 %) verlaagd.
- De vraag naar waterverwarming is relatief vlak en verschuift slechts -6 TWh (-1 %) over dezelfde periode.
- Gecombineerd warmtegebruik in gebouwen is nog steeds meer dan 2,2 PWh per jaar in 2030 - een reservoir van laagwaardige vraag waarop projecten voor afvalwarmte van datacentra zich kunnen richten.
Hoewel de oorspronkelijke studie werd opgesteld vóór de huidige crisis in de energieprijzen, blijft het de meest volledige openbare dataset met prognoses voor de warmtevraag in absolute energie-eenheden (TWh). Het scenario houdt al rekening met de EU-richtlijn voor energie-efficiëntie, de regelgeving voor ecologisch ontwerp en nationale renovatieprogramma's voor gebouwen, dus het neerwaartse traject dat u hierboven ziet, weerspiegelt beleidsgestuurde aanpassingen en efficiëntere huishoudelijke warmwatersystemen.
Vraag naar industriële proceswarmte in Europa (EU-28 + CH, IS, NO)
* Industriële proceswarmte (TWh) komt overeen met de Procesverwarming column in de studie van de Europese Commissie In kaart brengen en analyseren van de huidige en toekomstige (2020-2030) inzet van verwarmings- en koelbrandstoffen (Werkpakket 3).Â
De bovenstaande cijfers voor 2025-2029 zijn lineaire interpolaties van de trend voor 2020→2030 uit de studie.
- Proceswarmte is al de grootste eindgebruik van warmte in de industriële sector van Europa en zal naar verwachting licht stijgen (≈ +1,8 %) tussen 2020 en 2030 ondanks efficiëntiewinsten, dankzij een grotere productie in de subsectoren voeding, chemie en papier.
- Tegen 2030 zal industriële proceswarmte goed zijn voor ~36 % van alle warmteverbruik in de EU (tegenover 31 % in 2012).
- Op ~2,2 PWhindustriële warmte is qua schaal vergelijkbaar met de hele gebouwensector, wat onderstreept waarom zelfs een bescheiden aandeel van warmteterugwinning uit datacenters een impact kan hebben op systeemniveau.
- Bijna de helft van deze industriële vraag is lager dan 200 °C, wat technisch compatibel is met grote warmtepompen die worden gevoed door afvalwarmte van datacenters.
Deze cijfers bieden een feitelijke basis voor het afstemmen van projecten voor warmteterugwinning in datacentra op de groeiende vraag naar industriële warmte bij lage en middelhoge temperaturen in Europa tot 2030.
Potentiële toepassingen
- Wijk- of ruimteverwarming - In koude klimaten kan de teruggewonnen warmte van het datacenter naar nabijgelegen woonhuizen of commerciële gebouwen worden geleid, waardoor de afhankelijkheid van verwarming met fossiele brandstoffen afneemt. Dit model is vaak gekoppeld aan stadsverwarmingsnetwerken, die centraal warm water/stoom opwekken of verzamelen en distribueren naar hele wijken.
- Industriële verwerking - Sommige productieprocessen vereisen laag tot middelmatige warmte, waardoor ze ideale ontvangers zijn voor het warme water dat een datacenter verlaat.
- Huishoudelijke of stadswaterverwarming - Overtollige warmte kan de temperatuur van binnenkomend koud water verhogen voor keukens, badkamers of hele woonblokken.
- Faciliteiten voor landbouw of veeteelt - Kassen, hydrocultuurboerderijen, broederijen of veeteeltbedrijven hebben vaak baat bij een stabiele verwarmingsomgeving, waardoor datacenterwarmte een aantrekkelijke optie is.
- Gebruikt als voorverwarming
Hoe warmte terugwinnen uit een datacenter
Warmte-uitwisseling en koeling
Strategisch gebruik van warmtepompen
Warmtepompen kunnen de temperatuur van anders laagwaardige warmte verhogen, waardoor deze beter geschikt is voor hoge temperatuurseisen zoals stoomopwekking of robuuste stadsverwarming. Zoals besproken in "Strategische plaatsing van warmtepompen in datacenters: PUE- en ERF-metingen in evenwicht brengen,"De optimale plaatsing van de pompen brengt de totale effectiviteit van het stroomverbruik (PUE) in evenwicht met de energiehergebruiksfactor (ERF), zodat maximale warmte wordt opgevangen zonder het eigen stroomverbruik van het datacenter aanzienlijk te verhogen.
Thermische energieopslag
Als de real-time warmtevraag niet overeenkomt met de output van het datacenter, tanks voor de opslag van thermische energie kunnen de teruggewonnen warmte opslaan en later weer afgeven bij piekvraag. Goed ontworpen TES-tanks en -diffusers helpen bij het reguleren van het debiet, de opslagcapaciteit en de temperatuur.
Criteria voor een succesvol warmteterugwinningssysteem
- Warmtevraag en -aanbod op elkaar afstemmen
Datacenters produceren doorgaans een constante, consistente warmteafgifte, terwijl de vraag naar warmte varieert per locatie en seizoen. Exploitanten moeten capaciteit en planning op elkaar afstemmen om een consistent gebruik te garanderen, of het datacenter koppelen aan een geschikt opslagsysteem om schommelingen op te vangen. - Afstand en infrastructuur
Grotere afstanden tussen het datacenter en de ontvangers van warmte kunnen de economische levensvatbaarheid verminderen, omdat de infrastructuur van leidingen duur is en warmteverliezen toenemen met de transportafstand. - Implementatiekosten
Het opvangen en distribueren van afvalwarmte (of het opwaarderen van temperaturen met warmtepompen) vereist kapitaalinvesteringen in apparatuur, leidingen, regelingen en mogelijke aanpassingen aan bestaande infrastructuur. - Regelgeving en milieucriteria
Lokale bouwverordeningen, milieuregelgeving en stadsverwarmingsbeleid kunnen hergebruik van warmte van datacenters vergemakkelijken of belemmeren. Sommige regio's bieden stimulansen of gestroomlijnde goedkeuringen voor het implementeren van projecten voor afvalwarmte. - Metriek voor warmteterugwinningssystemen
Naast de PUE (Power Usage Effectiveness) houden datacenterbeheerders steeds vaker de ERF (Energy Reuse Factor) bij om te kwantificeren hoeveel van de totale energie-output productief wordt gebruikt. Het effectief in balans brengen van beide meetgegevens is de sleutel tot algehele duurzaamheid.
Metrieken voor warmtehergebruiksystemen die relevant zijn voor datacenters
Om effectief warmtehergebruik in datacenters te bereiken, is het volgende nodig kwantificeerbare statistieken die bijhouden hoeveel energie wordt bespaard, hergebruikt en uiteindelijk bespaard. Terwijl Energieverbruikseffectiviteit (PUE) blijft de meest gebruikelijke maatstaf voor de algehele efficiëntie van datacenters, maar er zijn aanvullende maatstaven ontwikkeld om de effectiviteit van het opvangen en hergebruiken van afvalwarmte vastleggen.
Energieverbruikseffectiviteit (PUE)
- Definitie: PUE = (totaal faciliteitvermogen) / (IT-apparatuurvermogen)
- Relevantie: Energieverbruik efficiëntie PUE geeft aan hoe effectief de totale energie van het datacenter wordt gebruikt, maar houdt niet expliciet rekening met hergebruik van warmte. Een lagere PUE betekent minder niet-IT overhead (zoals koeling). Veranderingen in strategieën voor warmteterugwinning kunnen echter een kleine invloed hebben op het stroomverbruik van de faciliteit en dus op de PUE.
Energie Hergebruik Factor (ERF)
- Definitie: ERF = (Herbruikbare energie) / (Totale energie geïmporteerd naar het datacenter)
- Relevantie: Deze metriek meet hoeveel van de totale energie-inname van het datacenter wordt opgevangen en nuttig gebruikt, bijvoorbeeld voor het verwarmen van een nabijgelegen campus. Hoe dichter de ERF bij 1,0 komt, hoe effectiever de warmteterugwinning.
Opmerking: Zoals beschreven in "Strategische plaatsing van warmtepompen in datacenters: Balanceren tussen PUE en ERFEen geoptimaliseerd systeem voor warmtehergebruik kan de ERF verhogen terwijl de PUE slechts marginaal wordt beïnvloed.
Energie Hergebruik Doeltreffendheid (ERE)
- Definitie: ERE = (totale faciliteitsenergie - energie voor hergebruik) / IT-apparatuurenergie
- Relevantie: Een variant van de meetmethode die wordt aanbevolen door The Green Grid, ERE, probeert het voordeel van hergebruik van warmte in te passen in een PUE-achtige meting. Als een datacenter een aanzienlijke hoeveelheid energie hergebruikt (bijvoorbeeld door stadsverwarming), kan de ERE in theorie onder de 1,0 zakken, wat een netto positieve invloed op het milieu aantoont.
Doeltreffendheid koolstofgebruik (CUE)
- Definitie: CUE = (Totale COâ‚‚-uitstoot veroorzaakt door het datacenter) / Energie van IT-apparatuur
- Relevantie: Hoewel het strikt genomen geen metriek voor warmtehergebruik is, Doeltreffendheid koolstofgebruik (CUE) helpt bij het kwantificeren van emissiereducties die voortkomen uit afvalwarmte die fossiele verwarming compenseert. Een datacenter met robuust warmtehergebruik verlaagt mogelijk de totale COâ‚‚-impact voor zichzelf en downstreamgebruikers.
Effectiviteit watergebruik (WUE)
- Definitie: Effectiviteit watergebruik (WUE) = (Jaarlijks Site Waterverbruik in liter) / (Energie voor IT-apparatuur in kWh)
- Relevantie: Sommige systemen voor hergebruik van warmte integreren geavanceerde koeling en bevochtiging of maken gebruik van watersystemen. Een verschuiving in het watergebruik door alternatieve koelontwerpen (voor een betere warmteopvang) kan het WUE beïnvloeden.
Rendement op investering (ROI) / Terugverdientijd
- Definitie: Economische maatstaf die aangeeft hoe lang het duurt voordat de kostenbesparingen van het warmteterugwinningssysteem de initiële investering compenseren.
- Relevantie: Hoewel het niet per se een technische maatstaf is, is de ROI essentieel om de business case voor het installeren of upgraden van warmteterugwinningsapparatuur te valideren.
Evenwicht tussen efficiëntie en hergebruik
In de praktijk moeten datacenterbeheerders mogelijk balans conventionele efficiëntiecijfers (zoals PUE) met nieuwe maatregelen voor warmtehergebruik (zoals ERF of ERE). Het toevoegen van extra apparatuur (bijv. warmtewisselaars, warmtepompen) kan de eigen energie-overhead van het datacenter iets verhogen, waardoor de PUE omhoog kan gaan. Echter, als grote hoeveelheden energie productief worden geëxporteerd naar andere processen, kunnen de algemene voordelen voor het milieu en de economie veel zwaarder wegen dan de interne PUE-kosten. De juiste mix van meetgegevens - PUE voor efficiëntie, ERF/ERE voor hergebruik van warmte en mogelijk CUE om emissies bij te houden - biedt een completer beeld van de duurzaamheid van datacenters.
Beleid en regelgeving
Europese Unie (EU)
- Mandaten en stimulansen: De EU heeft verschillende richtlijnen die energie-efficiëntie en hernieuwbare oplossingen voor verwarming/koeling stimuleren. Projecten voor het terugwinnen van afvalwarmte, zoals het hergebruik van de warmte van datacenters, komen vaak in aanmerking voor overheidssteun.
- Netwerken voor stadsverwarming: Veel Europese landen hebben uitgebreide stadsverwarmingssystemen, waardoor de integratie van warmte in datacenters naadloos verloopt.
- Koolstofdoelstellingen: Het EU-beleid legt sterk de nadruk op CO₂-reductie en kan grote energieverbruikers verplichten om efficiëntiemaatregelen aan te tonen.
Verenigde Staten (VS)
- Regelgeving per staat: Het energiebeleid en de stimuleringsmaatregelen verschillen sterk per staat. Sommige staten stimuleren de integratie van wijkenergie en bieden subsidies of belastingvoordelen; andere hebben minder stimulansen.
- Marktgestuurde benaderingen: In plaats van brede federale mandaten zijn particuliere en lokale initiatieven de drijvende kracht achter warmteterugwinning in datacenters. Toonaangevende technologiebedrijven zetten zich vaak in voor duurzaamheid om hun doelstellingen op het gebied van maatschappelijk verantwoord ondernemen te halen.
- Infrastructurele uitdagingen: Infrastructuur voor stadsverwarming is minder gebruikelijk dan in Europa, hoewel het in bepaalde gemeenten en universiteiten bestaat.
Vergelijking
- Het regelgevingskader van de EU biedt meer directe kaders en financiële ondersteuning voor hergebruik van warmte, deels vanwege de meer wijdverspreide stadsverwarmingsnetwerken.
- De aanpak in de VS is gefragmenteerder: er bestaan aanzienlijke mogelijkheden, maar die hangen vaak af van lokale omstandigheden, structuren van nutsbedrijven en duurzaamheidsbeloften van bedrijven.
Duurzaamheid en toekomstige richtingen
Huidige technologie
Exploitanten van datacenters maken steeds meer gebruik van geavanceerde koelontwerpen (bijvoorbeeld vloeistofkoeling) die consistentere afvalwarmte met een hogere temperatuur produceren, waardoor hergebruik eenvoudiger wordt. Warmtepompen en geavanceerde regelaars verfijnen de temperatuur en het debiet van de toevoer nog verder.
- Integratie van wijkenergie: Meer datacenters zullen zich in de buurt van steden of industrieparken bevinden die grote hoeveelheden warmte kunnen absorberen.
- Beleidsevolutie: Zowel de EU als verschillende staten in de VS zullen waarschijnlijk stimuleringsmaatregelen nemen of creëren om het vergunningsproces voor afvalwarmteprojecten te stroomlijnen.
- Opkomende technologieën: Directe elektriciteitsproductie op locatie uit warmte (via organische Rankine-cycli) of geavanceerde thermo-elektrische systemen kan toenemen.
- Modulaire implementaties: Geprefabriceerde datacentermodules met ingebouwde warmteterugwinningsmogelijkheden kunnen de toepassing versnellen, met name voor kleinere datacenters aan de rand van de stad.
Toekomstbestendige datacenters voor verplicht hergebruik van warmte
Hogere kwaliteit warmte ontsluiten met vloeistofkoeling
Conclusie
Het hergebruik van warmte in datacenters staat op het kruispunt van efficiëntie, duurzaamheid en economische kansen. Wanneer ze worden afgestemd op goed afgestemde verbruikers van thermische energie - of het nu gaat om stadsverwarmingsnetwerken, industriële processen of landbouwfaciliteiten - kunnen beheerders van datacenters verspilling aanzienlijk verminderen, de PUE- en ERF-metriek (of ERE) verbeteren en de afhankelijkheid van warmteopwekking op basis van fossiele brandstoffen verminderen.Â
Hoewel de implementatie een zorgvuldige coördinatie vereist van afstand, infrastructuur, afstemming tussen vraag en aanbod en naleving van de regelgeving, zijn de voordelen aanzienlijk: een lagere koolstofvoetafdruk, lagere bedrijfskosten en op de gemeenschap afgestemde oplossingen voor schone energie.
Ontsluit de waarde die in uw serverruimte schuilt
Voor ontwerpteams die meer technisch inzicht willen, zijn er artikelen zoals "Strategische plaatsing van warmtepompen in datacenters: Balanceren tussen PUE en ERF" benadrukken de wisselwerking tussen efficiënte koeling en warmteopvang, terwijl "Tanks voor warmteopslag" (en verwante ontwerpreferenties) beschrijven methoden om warmteafgifte te bufferen voor later gebruik.Â
Zowel in de EU als in de VS zal het hergebruik van warmte in datacenters een steeds belangrijker onderdeel worden van duurzame energiestrategieën, waarmee de weg wordt vrijgemaakt voor een groenere, meer onderling verbonden infrastructuur.
Expertise in warmtepompen voor uw datacenter
Azura Consultancy is de partner die warmteterugwinning verandert van modewoord in winst. Onze erkende Tier-IV datacenterontwerpers, district-energie-ingenieurs en TES-specialisten werken als één team: ze brengen uw warmtestromen in kaart, optimaliseren PUE en ERF, zorgen voor stimuleringsmaatregelen en leveren volledig geïntegreerde warmteterugwinningsinstallaties die zichzelf terugbetalen. Van haalbaarheids- en CFD-modellering tot kant-en-klaar bouwtoezicht, we hebben hyperscalers, colo's en smart-city ontwikkelaars geholpen hun bedrijfskosten te verlagen, koolstof te reduceren en nieuwe inkomstenbronnen aan te boren door schone warmte te verkopen aan naburige netwerken. Als u een datacenter wilt dat verdient terwijl het koelt, praat dan met Azura - waar duurzaamheid en rotsvaste techniek samenkomen.
