Há uma causa e efeito simples nos Data Centers – eles produzem calor. Muito. E quanto mais poder de computação, mais calor é produzido. Com o advento de cargas cada vez maiores de novas aplicações, como inteligência artificial, veremos mais Data Centers produzindo mais calor.

Soluções mais antigas refrigeradas a ar não funcionam mais, os refrigerantes líquidos tradicionais estão sofrendo com a escassez de suprimentos (água, principalmente) e, no caso de alternativas de base química, podem infringir as regulamentações ambientais.

Há também outro dilema. Por que estamos deixando todo esse calor simplesmente se dissipar no ar, agravando os problemas do aquecimento global?

Felizmente, o momento era esperado. Desde 2001, a HiRef, especialista em refrigeração industrial e ar condicionado, com sede na Itália, tem estado na vanguarda da inovação, sejam novos fatores de forma de chillers, refrigerantes alternativos e, mais recentemente, o advento da reutilização de energia térmica acessível para aquecimento doméstico e comercial.

A DCD conversou com Wolfgang Fels, diretor comercial da HiRef, Annagiulia Debattisti, gerente sênior de produtos da Chillers & Heat Pumps, e Jaap-Jan Pethke, gerente internacional de contas de importância sobre as últimas inovações em refrigerantes ambientalmente corretos e os desafios associados à transformação de calor residual em um ativo útil.

O ano de 2023 foi marcado por ondas de calor recordes, com incêndios florestais devastadores em partes da Europa. Começamos perguntando se essas temperaturas, definidas para serem a forma das coisas que estão por vir, alteraram o roteiro do negócio. Fels nos diz:

“Nos últimos anos, houve um grande foco no reaproveitamento do calor residual dos Data Centers do setor, pelo aumento da temperatura global. Portanto, a abordagem do mercado mudou para muitos”.

“No entanto, ao contrário de nossos concorrentes, não mudamos muito nosso roteiro, puramente porque sempre colocamos a sustentabilidade na frente e no centro do desenvolvimento de produtos”.

À medida que o mundo continua a aquecer, a água tornou-se um recurso cada vez mais escasso em partes do mundo. No entanto, com o resfriamento a ar se mostrando insuficiente para tantos Data Centers de hiperescala, a necessidade de encontrar refrigerantes líquidos e gasosos alternativos foi acelerada. Isso não é um problema para a HiRef, no entanto, que vem desenvolvendo ativamente refrigerantes alternativos, muito antes de se tornarem um requisito.

“Decidimos explorar alternativas com refrigerantes naturais já em 2006, antes mesmo de sabermos que teríamos que cumprir os principais requisitos dos regulamentos mais recentes de gases fluorados (Fluorinated Greenhouse Gases Regulations 2015), que exigiam uma redução no uso de refrigerantes tradicionais para reduzir as emissões de gases de efeito estufa”.

“Em geral, em unidades externas, chillers e bombas de calor, o uso de gás novo é importante e tivemos que encontrar maneiras de contornar problemas relacionados à inflamabilidade, que é uma característica de muitos refrigerantes novos, tornando-os totalmente inadequados. Para as unidades internas, pode ser ainda mais vital porque esses são pontos críticos do Data Center. Isso levou ao desenvolvimento do CO2, que é um excelente refrigerante, mas que não é inflamável”.

As vantagens das alternativas, como o CO2, são evidentes, no entanto, só recentemente é que a precificação as tornou uma escolha financeira viável para as empresas, como explica Fels:

“Volta ao GWP – potencial de aquecimento global, que é uma medida dos fatores causadores do efeito estufa. É por isso que é tão importante reduzirmos a quantidade de refrigerante e, portanto, conter o efeito estufa, usando novos refrigerantes que reduzem as emissões de uma proporção de GWP 500-600, até um valor de GWP de seis, ou no caso do CO2, por exemplo, o valor de GWP é quase zero”.

“Em 2014, Annagiulia escreveu sua dissertação de mestrado sobre o uso de CO2 como refrigerante – então não é tão novo como conceito e, mesmo agora, ainda tem suas limitações, como custos mais altos em comparação com refrigerantes sintéticos. No entanto, o diferencial de preços está em tendência de queda desde quando Annagiulia escrevia sua tese, o que, por si só, representa um grande marco para nós. Foi quando vimos um grande futuro no CO2 como uma forma de reduzir o GWP de nossos produtos e isso moldou nosso roteiro nos últimos cinco anos”.

“Quando se trata de resfriamento de Data Center, o Turbocor e o resfriamento líquido são duas tecnologias muito interessantes. O Turbocor (um tipo de compressor centrífugo) é tipicamente uma solução muito eficaz para cargas parciais em Data Centers e naqueles com temperaturas ambientes mais baixas”.

“Os compressores Turbocor geralmente são mais usados em colocation em Data Centers tradicionais. O resfriamento líquido é uma abordagem completamente diferente, proporcionando uma eficiência muito alta, e o calor é muito mais fácil de dissipar e, em seguida, aproveitar o excesso para reutilização. O resfriamento líquido é geralmente mais utilizado em supercomputadores e soluções em que você precisa de uma enorme quantidade de capacidade de computação”.

“Dito isso, tradicionalmente, o resfriamento líquido estaria apenas no campo da possibilidade para hiperescalas e tipos semelhantes de clientes. Hoje em dia, o líquido se tornou mais acessível e seu uso também pode abranger universidades e indústrias onde eles precisam fazer muitos cálculos intensos, como para modelagem 3D”.

Bombas de calor no Data Center

Hoje, o foco está cada vez mais em encontrar maneiras de aproveitar a quantidade extraordinária de calor gerada por arrays de servidores. A HiRef está desenvolvendo tecnologias e otimizando-as, adicionando bombas de calor ao Data Center, o calor residual pode então ser retirado da fonte e redistribuído para instalações próximas, oferecendo uma alternativa barata e verde ao aquecimento a gás e elétrico. Debattisti conta mais:

“Parece um pouco estranho pensar em bombas de calor quando estamos falando de Data Centers e processos de resfriamento em geral, mas, neste caso, podemos pensar no calor residual não apenas como um subproduto da fonte, mas como uma oportunidade. Neste caso, a bomba não é a simples, mas uma versão projetada especificamente para aproveitar a recuperação de calor em temperaturas médias-altas e para produzir água de alta temperatura em um nível adequado para aquecimento industrial ou civil – por exemplo, aquecimento urbano”.

Mas como isso acontece, na prática?

“Em particular, falamos de temperaturas da água fria até 7°C, que é o mínimo, com produção contemporânea de água quente de até 90, ou até 120 com sistemas em cascata, que é o limite da tecnologia atual. Essas bombas de calor podem ser usadas diretamente como uma máquina de resfriamento para o Data Center e ao mesmo tempo como bombas de calor para produção de calor. Também podem ser acopladas à dissipação nas laterais do gerador de resfriamento principal, enquanto ainda fornece calor para uso geral (ou seja, aquecimento civil) no lado do usuário. Dependendo do nível de temperatura do Data Center, é possível ter uma bomba de calor de estágio único e um sistema em cascata. Em geral, a tendência de aumento de temperatura dos Data Centers ajuda a aumentar sua eficiência, reduzindo a lacuna entre a fonte e o lado do usuário da bomba de calor”.

Embora só recentemente tenhamos ouvido falar tanto sobre a ideia de reutilização de calor residual, a HiRef tem sido pioneira em esquemas que fazem exatamente isso, desde 2007, como Fels nos diz:

“Minha formação anterior, antes de começar na área de refrigeração de TI, foi na indústria de aquecimento, então quando me envolvi pela primeira vez em Data Centers no final dos anos 90, sempre me perguntei por que a carga de calor da sala era deixada para ser distribuída para o ambiente. Isso é um grande desperdício. Por que perder toda essa energia? Então eu tentei entender e percebi que não havia nenhuma razão real e, naquele momento, nenhuma intenção de combinar os dois. Fiquei um pouco decepcionado com isso, mas sempre foi em algum lugar na mentalidade da nossa empresa, desde quando fomos fundados, tentar resolver essa desconexão. O que fazer? Como podemos integrá-lo? Que tipo de oportunidades existem?”.

“Não chegamos ao extremo naquele momento, mas começamos a conversar com os clientes sobre onde estavam as oportunidades nesse campo. Então, em 2007, começamos um projeto com um pequeno Data Center para usar sua energia térmica para algumas bombas de calor menores e alguns edifícios de escritórios próximos, mas provou ser um processo prolongado para reunir os dois lados – um cliente se oferecendo para distribuir o calor residual e outro que precisa dele. Continuamos encontrando obstáculos, como se um lado não estivesse feliz que o outro pudesse estar 100% seguro da disponibilidade, o que paralisou as negociações, então demorou muito para se tornar realidade”.

Então, nos perguntamos, se a facilidade para reutilizar calor residual remonta a quase duas décadas, é a falta de compreensão por parte dos operadores de Data Centers que levou à lenta adoção de tais esquemas? É uma questão de educação?

“Não acho que seja necessariamente importante educar, acho que o assunto é amplamente conhecido na indústria. Acho que o que é necessário são mais incentivos localmente para participar em tais esquemas. Entendo que, em Frankfurt, eles agora estão tentando permitir apenas projetos que demonstrem o uso final do calor residual, pelo menos parcialmente, e esse é o tipo de esquema que precisamos mais”.

Um dos problemas que pode ser desagradável para os desenvolvedores é o equipamento extra necessário para aproveitar o calor residual, e nem todos os Data Centers são adequados para simplesmente conectar e jogar em fontes de calor domésticas. Debattisti nos conta o que está envolvido do lado do Data Center:

“Depende do projeto do Data Center. Alguns Data Centers mais antigos trabalham com temperaturas bastante baixas no lado da água, às vezes tão baixas quanto 12/7°C. Nesses casos, aplicar uma bomba de calor para gerar capacidade de resfriamento a essa temperatura e, em seguida, elevá-la para 80-90-100 graus para reutilização pode ser muito ineficiente. Nesse caso, a melhor solução poderia ser ter unidades de resfriamento que resfriam o Data Center diretamente enquanto a bomba de calor recupera o calor dessa unidade de resfriamento, gerando calor de alta temperatura”.

“Quando é possível ter calor dissipado no lado da água, é bastante simples aplicar bombas de calor, portanto, a bomba de calor também pode ser adicionada mais tarde, então não é algo que afeta diretamente o layout do Data Center, mas pode ser adicionada mais tarde como uma unidade lateral”.

Com um histórico comprovado de inovação, vem a expectativa de estar constantemente à frente da curva. À medida que a urgência por soluções para as mudanças climáticas aumentou por meio da regulamentação, bem como da conscientização do público, houve alguma pressão sobre a HiRef para continuar apresentando a “próxima grande coisa”? Quais são os principais obstáculos para a inovação? Pethke nos diz:

“Há muita discussão sobre refrigerantes e Annagiulia já falou sobre os regulamentos do F-Gas. Há uma falta de clareza nestes regulamentos, e vemos a velocidade da mudança nos refrigerantes a mover-se a um ritmo muito rápido”.

“Toda vez que um novo refrigerante sintético é introduzido, alguns anos depois, é detectado algo 'errado' com esse refrigerante, então estamos indo cada vez mais na direção dos refrigerantes naturais. Vemos o mercado sofrendo com essa falta de clareza e isso faz com que nossa indústria foque em muitas direções diferentes, implementando muitas soluções diferentes para os vários refrigerantes. Isso significa que não há um roteiro claro para o futuro da nossa indústria. Isso torna um pouco mais difícil”.

Quando o conceito é mais avançado que a tecnologia

A inovação é difícil de ignorar. Há algum projeto do qual você esteja particularmente orgulhoso?

“Recebemos muitas perguntas vindas do mercado e, recentemente, tivemos a feliz oportunidade de trabalhar com um cliente envolvido na Fórmula 1 e introduzimos os primeiros chillers de CO₂ de resfriamento livre para Data Centers nesse mercado. Até onde sabemos, provavelmente somos um dos primeiros a fornecer esse tipo de tecnologia”.

Um dos problemas da inovação é que, às vezes, você pode se deparar com ideias que o mercado simplesmente não está pronto para transformar em realidade, como resume Fels:

“O ritmo de solicitações do mercado de Data Centers está chegando muito mais rápido do que no passado, o que significa que os desafios para reagir também estão chegando mais rápido, sem dúvida. Como estamos acostumados a aplicar as mais novas tecnologias em termos de energia, refrigerantes e o que for solicitado, vimos uma tendência futura no mercado. Lembre-se, introduzimos nosso primeiro chiller com amônia em 2006, quando ninguém falava de refrigerantes naturais. Só que o mercado não estava preparado para pagar a diferença em termos de preços, mas mostrou que estávamos sempre à frente da concorrência e da tendência do mercado”.

“Agora o ritmo de desenvolvimento é muito mais rápido, mas os requisitos e regulamentos dos governos também estão sendo introduzidos muito mais rápido, o que cria dificuldades para nós como fabricante, porque se você tem um novo refrigerante chegando ao mercado, então você precisa ter novos compressores, novos componentes de refrigerante e assim por diante – mas as empresas de componentes precisam de tempo para o desenvolvimento de seus produtos. Portanto, somos limitados, não do nosso lado, mas somos limitados pela disponibilidade de componentes atualizados de nossos fornecedores”.

Frustração regulatória

Isso nos sugere que a sua atitude em relação à regulamentação é muitas vezes de frustração.

“Acredito que os regulamentos que temos, pelo menos da UE, podem ser mais confusos do que úteis para a indústria. Com as instruções que temos, você precisa reduzir como prioridade número um, mas ninguém considera que existem certos prazos, que precisaremos aceitar e que precisam ser respeitados”.

“O mesmo acontece com as discussões sobre PFAs (Perfluoroalquil e Polyfluoroalkyl Substances). Temos de interpretar os regulamentos da UE que simplesmente dizem: “Bem, tem de fazer isto”. Eles não pensam nas consequências ou dificuldades e no impacto que isso tem no setor. Por isso, na minha opinião, as instituições devem procurar obter contribuições de peritos que conheçam a indústria e estejam a par das decisões da EU”.

O obstáculo óbvio aqui é a rede de suprimentos, que foi severamente afetada pela pandemia de Covid-19. No entanto, na realidade, as barreiras para realizar a inovação são mais fundamentais:

“Não está relacionado apenas à rede de suprimentos, houve uma dificuldade após a pandemia. Grandes empresas têm um certo padrão de qualidade, por isso são forçadas a seguir certas diretrizes de qualidade. Isso significa testar uma variedade de compressores para encontrar a solução certa, o que leva tempo. Tudo se resume ao tempo. Por essa razão, podemos fornecer soluções para um determinado tipo de peça de produto, não para toda a gama, por exemplo, para qualquer tipo de componente que seja necessário. E, portanto, isso está desacelerando nosso processo, em vez do ritmo esperado”.

Então, refletimos, o que seria necessário para mitigar esses obstáculos?

“Está além da nossa capacidade de influência, mas é claro que a indústria precisa se desenvolver muito mais rápido. Não sei o quão realista é pensar nisso. Se você desenvolve um produto, leva de um a três anos – temos que garantir que ele seja testado diversas vezes através do processo de qualidade. Portanto, há uma limitação natural do tempo de comercialização. Se conseguíssemos reduzir o tempo de comercialização com os fabricantes, isso ajudaria muito – mas isso simplesmente ainda não é realista”.

A sabedoria da juventude

Em conversas anteriores com a HiRef, aprendemos que uma de suas “armas secretas” para se manter à frente da concorrência vem de uma extensa parceria com instituições de ensino locais, que traz uma força de trabalho em constante evolução de novas mentes e novas perspectivas. A HiRef vê isso como um fator importante em seu histórico contínuo de previsão de tendências do setor? Pethke fala sobre esse aspecto que tem se mostrado tão bem-sucedido para a HiRef:

“Os jovens estudantes chegam à nossa empresa, sem mentalidades antiquadas, graças à escola e às práticas de ensino que experimentaram, já há uma mentalidade diferente em termos de processo de sensibilidade e sustentabilidade. Não muda os rumos da empresa. Estávamos sempre preparados para as mais novas tecnologias devido à estreita colaboração que temos com as universidades. Isso nos deu uma visão sobre o que vai acontecer e “o que é o quê”, de onde vem a demanda e que tipos de tendências e tecnologias estão surgindo no futuro, porque normalmente essas são as primeiras pessoas a se envolver nesse tipo de discussão”.

“É por isso que apreciamos tanto os alunos que nos procuram – eles são completamente limpos em termos de abordagem de negócios e mentalidade de negócios. Em uma certa idade, você se torna de alguma forma orientado para os negócios, com uma mentalidade de negócios, ao contrário de um estudante que está vindo para você, recém-saído da universidade. Eles são mais propensos a dizer 'Eu vejo o que você está fazendo. Por que você não faz assim?' e às vezes você pensa 'Uau! Porque sempre fizemos assim e não é a resposta certa”. Isso nos faz pensar e apreciamos esse tipo de insumo”.

Pethke acrescenta: “O que podemos fazer como empresa é criar uma atmosfera para que os jovens pensem e ajam dessa forma que lhes permita compartilhar seus pensamentos, e assim damos a eles espaço, por causa de nossa consciência do que eles podem trazer para a mesa”.

É claro que uma coisa é inovar, mas empresas na vanguarda, como a HiRef, também precisam garantir que suas inovações também sejam as mais eficientes possíveis, como explica Debattisti:

“Estamos constantemente trabalhando para encontrar tecnologias novas e mais eficientes, em particular, colaborando com nossos fornecedores de componentes. Queremos ser não apenas um fornecedor de produtos finais, mas em geral, gostamos de ser um parceiro com nossos clientes para projetar soluções inovadoras, por isso é realmente importante encontrar o máximo de maneiras possíveis de integrar os fluxos, aquecimento e resfriamento”.

“A outra é focar em um ambiente mais amplo, e no conceito de cidades inteligentes, em que o importante é convencer e depois trabalhar com as instituições locais para pensar e desenvolver soluções, para depois criá-las da forma mais fácil e rápida possível – integrando não apenas os fluxos de um único edifício em uma única indústria, mas de uma cidade, tanto quanto possível”.