Czy Twoje centrum danych zużywa miejskie zasoby wody?

Sprawdzone przez: Yoan Guyon, Dyrektor Zarządzający w gbc engineers

W miarę jak rośnie moc treningowa AI, zwiększa się presja na lokalne zasoby wodne, co zaskakuje osoby spoza branży. Centrum danych jest obiektem obliczeniowym, a nie zakładem użyteczności publicznej.

Większość tradycyjnych centrów danych korzysta bezpośrednio z miejskiej wody pitnej do chłodzenia, a ilości są tak duże, że woda ma obecnie w wyborze lokalizacji i projektowaniu znaczenie porównywalne z energią.

W wielu regionach konkuruje ona jednak z zapotrzebowaniem szpitali, gospodarstw rolnych i domów na to samo źródło wody. W gbc engineers często obserwujemy ten sam wzorzec. Strategia chłodzenia ustalona w pierwszych tygodniach projektowania wyznacza wodny ślad obiektu na kolejne 20 lat.

Dlaczego zużycie wody przez centra danych jest teraz pod presją

2 rzeczy zmieniły się jednocześnie. Po pierwsze, serwery upakowano tak gęsto, że standardowe wentylatory i klimatyzacja nie były w stanie nadążyć, co skłoniło operatorów do chłodzenia opartego na wodzie. Po drugie, opinia publiczna zaczęła bliżej przyglądać się temu, ile wody i energii zużywają centra danych.

Regulatorzy zadają to samo pytanie na piśmie. Unijna dyrektywa o efektywności energetycznej oraz rozporządzenie delegowane Komisji (UE) 2024/1364 zobowiązują operatorów przekraczających określone progi do raportowania wskaźnika Water Usage Effectiveness (WUE) obok Power Usage Effectiveness (PUE).

Geografia deficytu wody dodatkowo zaostrza problem. Znaczna część obecnej rozbudowy hiperskalowej powstaje w regionach, gdzie wody było już niewiele – od południowego zachodu USA do części Azji Południowo-Wschodniej. Singapur napotkał ten sam problem i zasługuje na osobną analizę.

Czytaj więcej: Luftkühlung vs. Flüssigkeitskühlung für Rechenzentren

Jak projekt chłodzenia kształtuje wodny ślad centrum danych

Water Usage Effectiveness (WUE) działa jak wskaźnik zużycia paliwa, tylko dla wody, nie dla benzyny: im niższa wartość, tym mniej wody potrzeba do schłodzenia tej samej mocy obliczeniowej. To technologia chłodzenia decyduje o tej wartości:

• Chłodzenie wyparne zużywa najwięcej wody. Chłodzi, odparowując wodę bezpośrednio z sieci miejskiej, a obiekt średniej wielkości może zużywać do 400 000 m³ rocznie (czyli tyle, co około 1000 przeciętnych amerykańskich gospodarstw domowych).
• Chłodzenie cieczą w obiegu zamkniętym zużywa mniej niż połowę tej ilości wody. Wykorzystuje wielokrotnie tę samą wodę, zamiast ją odparowywać, choć jego budowa jest droższa i wymaga dodatkowego sprzętu (CDU, które krążą chłodziwem).
• Woda odzyskana lub szara całkowicie eliminuje zużycie wody pitnej, wykorzystując zamiast niej oczyszczone ścieki. Działa to tylko tam, gdzie lokalny dostawca już oczyszcza ścieki do wymaganego standardu.

Różnica między tymi opcjami wynika prawie wyłącznie z samej technologii chłodzenia, a nie z tego, jak dobrze zarządzany jest obiekt.

Czytaj więcej: Warum Bauprojekte für Rechenzentren das Budget überschreiten

Nowa budowa czy modernizacja: która strategia chłodzenia realnie oszczędza wodę?

Zależy to bardziej od tego, co już istnieje na miejscu, niż od tego, która technologia jest teoretycznie najlepsza. Nowa budowa może już od pierwszego dnia dążyć do konkretnego celu WUE.

Modernizacja dziedziczy takie instalacje i przestrzeń techniczną, jakie przewidziano w oryginalnym obiekcie. To często decyduje o tym, co jest realnie osiągalne.

Gęstość serwerów jest drugim czynnikiem decydującym. Standardowe szafy poniżej około 8 kW rzadko wymagają odejścia od chłodzenia powietrznego lub wyparnego. Szafy AI i HPC to inna historia: często przekraczają 30 kW, czyli znacznie więcej, niż zakładano projektując chłodzenie wyparne.

Konstrukcyjny wymiar chłodzenia opartego na wodzie

Systemy odzysku wody i obiegu zamkniętego wymagają instalacji rurowych i CDU, które trzeba poprowadzić i podeprzeć. Oryginalny budynek nie zawsze był do tego zaprojektowany.

Modernizacja pod odzysk wody zwykle wymaga nowych przebić w użytkowanej płycie stropowej. Pominięcie etapu koordynacji konstrukcyjnej zamienia rutynową modernizację w nieplanowany przegląd w połowie projektu.

Wieże chłodzące wyparne wprowadzają własne obciążenie konstrukcyjne, zwykle na dachu. Ten ciężar trzeba uwzględnić już na etapie koncepcji, a nie odkrywać go, gdy dostawca wieży przesyła kartę specyfikacji.

Zagrożenia wodne, które operatorzy odkrywają za późno

• Niedoszacowanie czasu uzyskania pozwoleń. Niektóre jurysdykcje traktują zużycie wody przez centrum danych jako przemysłowy pobór wody wymagający własnego pozwolenia, a ten proces może wykroczyć poza harmonogram budowy.
• Traktowanie raportowania WUE jako formalności. Gdy zaczyna obowiązywać wymóg raportowania z unijnej dyrektywy EED, słaby wynik WUE staje się liczbą publiczną, a nie wewnętrzną.
• Ograniczenia poboru wody wynikające z suszy. Miejskie ograniczenia w okresie suszy mogą dotyczyć centrów danych z niewielkim wyprzedzeniem. Obiekty bez zapasowego rozwiązania w postaci odzysku wody lub obiegu zamkniętego mają ograniczone możliwości.
• Niedoszacowanie kosztów uzdatniania wody. Systemy w obiegu zamkniętym wciąż wymagają uzdatniania, by kontrolować osadzanie się kamienia i korozję – koszt, który łatwo przeoczyć we wczesnym uzasadnieniu biznesowym.

Co sprawdzić przed wyborem strategii chłodzenia

• Zamówić ocenę dostępności wody przed sfinalizowaniem wyboru lokalizacji. Lokalne prawa wodne i historia susz powinny wpływać na listę wstępną, nie tylko koszt energii i gruntu.
• Modelować WUE i PUE razem, a nie w izolacji. Strategia, która poprawia jeden wskaźnik kosztem drugiego, nie rozwiązuje problemu zrównoważonego rozwoju. Ona go tylko przenosi.
• Zaangażować lokalnego dostawcę wody wcześnie, jeśli rozważana jest woda odzyskana. Zdolności oczyszczania i dostęp do sieci różnią się w zależności od rynku i nie można ich ustalić na późnym etapie.
• Sprawdzić nośność stropu pod wieże chłodzące lub CDU już na etapie koncepcji, aby zespół konstrukcyjny nie musiał rozwiązywać problemu z ciężarem po zamówieniu sprzętu.

Czytaj więcej: Der vollständige Leitfaden zur Rechenzentrumskühlung

Podsumowanie

Woda była dawniej niewidocznym elementem systemu chłodzenia centrum danych. Wzrost gęstości napędzany przez AI oraz publiczna uwaga to zmieniły.

Obiekty, które radzą sobie z tym dobrze, traktują wodę, energię i konstrukcję jako jedną, powiązaną decyzję projektową od samego początku. gbc engineers współpracuje z zespołami centrów danych właśnie na tym etapie.

Najczęściej zadawane pytania

Czy w branży centrów danych woda jest wykorzystywana do chłodzenia?

Tak. Większość centrów danych zbudowanych z wieżami chłodzącymi wyparnymi korzysta bezpośrednio z wody miejskiej do odprowadzania ciepła, i to pozostaje najczęstszym podejściem na świecie.

Czy systemy chłodzenia centrów danych recyklingują wodę?

Wiele tak, choć zależy to od systemu. Chłodzenie cieczą w obiegu zamkniętym wykorzystuje tę samą wodę wielokrotnie, z jedynie okazjonalnym dopełnianiem. Wieże chłodzące wyparne natomiast zużywają wodę, a nie ją recyklingują.

Czy chłodzenie cieczą jest przyjazne dla środowiska?

Ogólnie tak, pod względem zużycia wody, ponieważ chłodzenie w obiegu zamkniętym daje znacznie niższe wartości WUE niż systemy wyparne. Wymaga jednak więcej produkcji i materiałów na wstępnym etapie.

Czy centra danych można chłodzić bez użycia wody?

Tak, za pomocą systemów chłodzonych powietrzem wykorzystujących agregaty chłodnicze na czynnik chłodniczy zamiast wież wyparnych. Eliminuje to zużycie wody całkowicie, ale zwykle jest mniej energoefektywne przy wysokich gęstościach.