Resfriamento sem uso de água da Microsoft: Lições para data centers
O novo sistema de resfriamento sem água da Microsoft pode economizar 33 milhões de galões de água por centro de dados anualmente.
Resfriamento direto para chip sem água da Munters e ZutaCore para data center
Resumo de valor:
A Microsoft desenvolveu um sistema de resfriamento sem água que elimina a evaporação da água usando resfriamento em nível de chip e tecnologia de circuito fechado. Essa abordagem conserva água, melhora a eficiência energética e reduz o impacto ambiental – especialmente em regiões com escassez de água, como o Arizona. Até 2027, a Microsoft pretende tornar este o método de resfriamento padrão em todos os seus centros de dados.
Principais benefícios:
- Conservação de Água: Economiza 33 milhões de galões de água por instalação a cada ano.
- Eficiência Energética: Reduz o consumo de energia em 15–20% ao longo da vida útil de um data center.
- Impacto Ambiental: Alivia a pressão sobre os recursos hídricos e reduz as emissões de gases de efeito estufa em até 21%.
- Implementação: Focado em novas instalações para equilibrar custos iniciais com economias de longo prazo.
Comparação rápida:
| Método de resfriamento | Uso de água | Eficiência Energética | Impacto Ambiental | Custo de implementação |
|---|---|---|---|---|
| Resfriamento sem água | Quase zero | Alto | Impacto mínimo na água | Alto |
| Resfriamento Evaporativo | Alto (0,48 gal/kWh) | Moderado | Tensão da água local | Moderado |
| Resfriamento em circuito fechado | Baixo (preenchimento inicial) | Consistente | Reduz o uso de produtos químicos | Mais adiantado |
Ponte:
O sistema de resfriamento sem uso de água da Microsoft estabelece um novo padrão para operações sustentáveis em data centers, mas como ele se compara a outros métodos de resfriamento? Vamos nos aprofundar nos detalhes.
1. Resfriamento sem água da Microsoft
A Microsoft introduziu uma tecnologia de resfriamento inovadora para seus data centers, chamada resfriamento sem água. Este sistema utiliza um design de circuito fechado que recicla água continuamente sem evaporação. Ao combinar o resfriamento no nível do chip com métodos avançados de resfriamento a líquido, ele mantém os servidores na temperatura ideal, eliminando completamente o desperdício de água.
Atualmente, a Microsoft está testando este sistema em novos canteiros de obras em Phoenix, Arizona, e Mt. Pleasant, Wisconsin, com início de operação previsto para 2026. Até o final de 2027, a empresa planeja tornar a evaporação zero de água o método de resfriamento padrão em seus data centers. A seguir, exploraremos seu impacto no consumo de água, na eficiência energética, nos benefícios ambientais e nos custos de implementação.
Uso de água
O sistema de resfriamento sem água recebe esse nome por eliminar completamente a necessidade de evaporação de água. Uma vez que o sistema é abastecido durante a construção, a mesma água circula indefinidamente entre os servidores e os chillers, sem necessidade de reposição.
Este projeto tem um impacto enorme na conservação da água. Cada data center que utiliza este sistema está projetado para economizar 33 milhões de galões de água anualmente – a mesma quantidade que os data centers da Microsoft consomem atualmente por instalação em um ano. Essencialmente, essa tecnologia poderia eliminar completamente o uso de água para fins de resfriamento.
Eficiência Energética
Além de economizar água, o sistema da Microsoft melhora a eficiência energética ao permitir que os data centers operem em temperaturas mais altas. Isso possibilita o uso de chillers mais eficientes em termos energéticos, reduzindo o consumo geral de energia.
A mudança dos métodos tradicionais de resfriamento a ar para métodos de resfriamento a líquido, como placas frias, pode reduzir o consumo de energia 15 a 20 por cento ao longo da vida útil de um centro de dados. Além disso, as emissões de gases com efeito de estufa podem cair em 15 a 21 por cento, tudo isso mantendo um desempenho de resfriamento consistente.
A Microsoft também está experimentando chillers economizadores de alta eficiência que operam em temperaturas elevadas da água. Esses chillers avançados ajudam a combater quaisquer potenciais aumentos na Eficiência no Uso de Energia (PUE) que possam ocorrer ao abandonar os sistemas de resfriamento evaporativo.
Impacto Ambiental
Os benefícios ambientais do resfriamento sem uso de água vão além da economia de água e energia. Essa tecnologia aborda preocupações sobre a pressão que os data centers exercem sobre o abastecimento de água local, especialmente em áreas como o Arizona, onde os recursos hídricos já são limitados.
"Proteger as bacias hidrográficas locais é uma parte importante do nosso compromisso com a comunidade de dados, e estamos comprometidos em causar um impacto positivo nas comunidades em que operamos", diz Steve Solomon.
A escala desses benefícios fica clara quando você considera que um único data center de hiperescala usando métodos de resfriamento tradicionais pode consumir até 396.000 galões de água por diaAo eliminar essa demanda, o sistema da Microsoft alivia significativamente a pressão sobre o abastecimento local de água. Comparado aos sistemas de resfriamento a ar, ele pode reduzir o consumo geral de água em 31 a 52 por cento, tornando-se um divisor de águas para regiões que enfrentam escassez de água.
Custo de implementação
A Microsoft não divulgou os custos exatos da implementação do seu sistema de resfriamento sem água, mas está claro que a tecnologia exige um investimento inicial substancial. Componentes-chave, como infraestrutura de resfriamento no nível do chip e sistemas de circuito fechado, aumentam a complexidade e o custo. O sistema envolve resfriamento líquido direto no nível do processador e mecanismos complexos de circulação de água, que exigem engenharia precisa.
Os desafios incluem garantir um resfriamento confiável no nível do chip, gerenciar riscos potenciais ao hardware do servidor decorrentes de sistemas líquidos e atender às necessidades energéticas da própria infraestrutura de resfriamento. No entanto, a economia a longo prazo com a redução do consumo de água e a melhoria da eficiência energética podem ajudar a compensar esses custos iniciais.
Para manter as despesas administráveis, a Microsoft está se concentrando em incorporar resfriamento sem água em centros de dados recém-construídos em vez de modernizar os existentes. Ao projetar instalações com este sistema desde o início, a empresa pode controlar melhor os custos, priorizando a sustentabilidade para operações futuras. Essa abordagem ressalta a importância de equilibrar os investimentos iniciais com economias de longo prazo e benefícios ambientais ao planejar soluções modernas de refrigeração para data centers.
2. Resfriamento evaporativo padrão
O resfriamento evaporativo padrão funciona reduzindo a temperatura da água por meio da evaporação dentro das torres de resfriamento. Veja como funciona: água aquecida é pulverizada sobre o material de enchimento enquanto ventiladores aspiram o ar pelo sistema. Esse processo faz com que parte da água evapore, resfriando a água restante, que é então recirculada.
"As torres de resfriamento evaporativo aproveitam o poder natural do resfriamento evaporativo para reduzir a temperatura da água usada em processos industriais e em sistemas comerciais de resfriamento de conforto HVAC."
Uso de água
Um dos maiores desafios do resfriamento evaporativo padrão é o alto consumo de água, que pode sobrecarregar os recursos hídricos locais. Data centers de hiperescala, por exemplo, podem consumir até 1,5 milhão de litros de água por dia. Mesmo instalações atacadistas menores podem consumir cerca de 18.000 galões (68.100 litros) por dia.
Como esse método de resfriamento depende do processo de evaporação para remover o calor, a água precisa ser continuamente reabastecida para manter o sistema funcionando com eficiência. Essa demanda constante se torna ainda mais problemática em áreas áridas, como o Arizona, onde empresas como a Microsoft estão explorando alternativas sem uso de água.
Eficiência Energética
Embora utilize muita água, o resfriamento evaporativo padrão é altamente eficiente em termos de energia quando comparado aos sistemas de resfriamento somente a ar. Este método pode rejeitar a mesma quantidade de calor com um consumo muito menor de eletricidade. Por exemplo, os sistemas de resfriamento evaporativo indireto (IEC) podem economizar até 281 TP3T da energia usada por sistemas de resfriamento livre e até 521 TP3T em comparação com o resfriamento a ar. No verão, esses sistemas podem reduzir a temperatura ambiente em 6 a 8 °C (10 a 15 °F), tornando-os especialmente eficazes em climas quentes.
Essa eficiência se deve em grande parte à capacidade superior da água de transferir calor em comparação ao ar. No entanto, em ambientes úmidos, o resfriamento evaporativo direto pode elevar a umidade relativa para cerca de 80%. Esse aumento de umidade pode levar à degradação do equipamento e criar condições que favorecem o crescimento de microrganismos, gerando desafios adicionais.
Impacto Ambiental
O resfriamento evaporativo padrão é um equilíbrio entre economia de energia e consumo de água. Por um lado, ele consome menos eletricidade do que os sistemas de resfriamento a ar, o que pode reduzir as emissões de gases de efeito estufa, especialmente em áreas que dependem de combustíveis fósseis para geração de energia. Por outro lado, a perda significativa de água por evaporação sobrecarrega o abastecimento local de água, especialmente em regiões com escassez hídrica. Nessas áreas, os data centers podem competir com as necessidades residenciais e agrícolas por esse recurso limitado. Uma vez que a água evapora, ela é removida permanentemente da bacia hidrográfica local, agravando as preocupações ambientais.
Custo de implementação
Do ponto de vista de custo, os sistemas de resfriamento evaporativo padrão são relativamente acessíveis em comparação com tecnologias de resfriamento mais avançadas. Eles contam com componentes conhecidos, como torres de resfriamento, bombas, ventiladores e sistemas de distribuição, amplamente disponíveis e familiares aos técnicos. Essa relação custo-benefício os tornou uma escolha popular para muitos operadores de data centers. Por exemplo, em 2023, a Equinix – uma das maiores operadoras de data centers do mundo – utiliza resfriamento evaporativo em 40% de suas instalações. Essa ampla adoção destaca o equilíbrio entre custos de implementação razoáveis e desempenho de resfriamento confiável.
A próxima seção se aprofundará nos sistemas de resfriamento de circuito fechado para fornecer uma comparação mais clara.
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3. Sistemas de resfriamento de circuito fechado
Os sistemas de resfriamento em circuito fechado estabelecem um equilíbrio entre os métodos tradicionais de resfriamento evaporativo e as inovações de resfriamento sem uso de água da Microsoft. Esses sistemas operam circulando continuamente um volume fixo de fluido em um circuito fechado. O fluido absorve o calor dos servidores e equipamentos e o libera por radiadores externos ou trocadores de calor. Ao contrário do resfriamento evaporativo, os sistemas em circuito fechado mantêm a água contida, eliminando a evaporação, a deriva e a descarga.
Em agosto de 2024, a Microsoft levou esse conceito adiante ao introduzir data centers projetados especificamente para cargas de trabalho de IA, com sistemas de resfriamento com evaporação zero de água.
Uso de água
Uma das características marcantes dos sistemas de circuito fechado é a capacidade de conservar água. Ao contrário dos sistemas evaporativos, que exigem um fornecimento constante de água, os projetos de circuito fechado precisam apenas de um abastecimento inicial durante a configuração. Ao manter a água dentro do sistema, esses projetos reduzem drasticamente o consumo de água. Os data centers da Microsoft destacam essa eficiência, alcançando uma Eficiência no Uso de Água (WUE) de 0,30 L/kWh no último ano fiscal. Isso representa uma melhoria de 391 TP3T em comparação com os 0,49 L/kWh relatados em 2021 e uma impressionante melhoria de 801 TP3T desde os primeiros modelos de data center.
Eficiência Energética
Os sistemas de circuito fechado não apenas economizam água; eles também otimizam o uso de energia. Ao reduzir a carga de bombeamento e manter as superfícies de transferência de calor limpas, esses sistemas garantem um desempenho energético consistente. Eles exigem menos energia para bombeamento e mantêm a transferência de calor eficiente ao longo do tempo, tornando-os uma escolha confiável para um uso previsível de energia.
No entanto, existem algumas desvantagens. Embora os sistemas de resfriamento a seco eliminem completamente o uso de água, eles tendem a consumir mais energia. A solução da Microsoft para esse desafio inclui chillers de alta eficiência e resfriamento no nível do chip, que ajudam a gerenciar potenciais aumentos na Eficiência no Uso de Energia (PUE).
Custo de implementação
Os custos iniciais dos sistemas de circuito fechado são maiores do que os dos sistemas tradicionais de resfriamento evaporativo, em grande parte devido à necessidade de trocadores de calor e bombas especializados. No entanto, esses custos são compensados por economias operacionais a longo prazo. Os custos de manutenção são menores e os sistemas oferecem flexibilidade na instalação. Por exemplo, o equipamento de rejeição de calor pode ser posicionado com mais liberdade nas instalações sem a necessidade de balanceamento hidráulico. Essa flexibilidade e a redução da manutenção contribuem para os benefícios operacionais do sistema a longo prazo.
Impacto Ambiental
As vantagens ambientais do resfriamento em circuito fechado vão muito além da conservação de água. Sistemas de resfriamento a líquido, incluindo projetos em circuito fechado, têm o potencial de reduzir as emissões de gases de efeito estufa em 15% a 82%, dependendo de como são implementados. Ao evitar a evaporação da água, esses sistemas aliviam a demanda por água no abastecimento local. Além disso, reduzem a necessidade de tratamentos químicos, o que reduz os riscos ambientais associados ao descarte e manuseio de produtos químicos. Embora esses benefícios sejam significativos, um planejamento cuidadoso é crucial. Fatores como a composição química dos fluidos de resfriamento, os métodos de descarte e a conformidade regulatória devem ser cuidadosamente avaliados para aproveitar ao máximo os benefícios ambientais desses sistemas.
Vantagens e desvantagens
Vamos analisar como os diferentes métodos de resfriamento se comparam em termos de benefícios e desafios. Cada abordagem apresenta suas próprias desvantagens, que influenciam a eficiência operacional, as considerações ambientais e as prioridades orçamentárias.
Resfriamento sem água da Microsoft destaca-se por eliminar o consumo de água doce por meio do resfriamento em nível de chip. Esse método é revolucionário para lidar com a escassez de água, especialmente porque alguns data centers consomem milhões de galões diariamente. No entanto, o problema reside nos altos custos iniciais e na necessidade de atualizações significativas de infraestrutura. Além disso, a eficiência energética do sistema depende fortemente da fonte de alimentação, e a complexidade do resfriamento em nível de chip pode levar a maiores demandas de manutenção e potencial tempo de inatividade.
Resfriamento evaporativo padrão tem sido uma opção confiável e econômica há muito tempo. Esses sistemas consomem de 60 a 75% a menos de eletricidade em comparação com o ar-condicionado tradicional à base de refrigerante. Mas há uma desvantagem: eles consomem cerca de 0,48 galões de água por quilowatt-hora, com 30 a 40% perdidos por evaporação. Em climas úmidos, sua eficiência diminui e eles podem sobrecarregar os recursos hídricos locais, além de potencialmente introduzir contaminantes no meio ambiente.
Sistemas de resfriamento de circuito fechado Oferecem um meio-termo, priorizando a conservação de água sem sacrificar a confiabilidade. Uma vez preenchidos, esses sistemas evitam perdas contínuas de água e mantêm uma eficiência energética consistente graças às superfícies de transferência de calor limpas. Além disso, apresentam custos de manutenção mais baixos em comparação com os sistemas evaporativos. No entanto, o investimento inicial em equipamentos especializados pode ser alto, e a otimização inadequada pode levar ao aumento do consumo de energia.
Vale ressaltar que a água é um condutor de calor incrivelmente eficaz — até 1.000 vezes mais eficiente que o ar — tornando os sistemas de resfriamento à base de líquido particularmente atraentes em certos cenários.
| Método de resfriamento | Uso de água | Eficiência Energética | Custo de implementação | Impacto Ambiental |
|---|---|---|---|---|
| Zero-Água da Microsoft | Eficácia do uso de água quase nula (WUE) | Alto (depende da fonte de energia) | Alto (resfriamento em nível de chip necessário) | Impacto mínimo nas bacias hidrográficas locais |
| Evaporativo Padrão | Alto (aprox. 0,48 gal/kWh) | 60–75% menos energia do que o AC tradicional | Investimento inicial moderado | Pode sobrecarregar os recursos hídricos locais |
| Circuito fechado | Baixo (preenchimento inicial apenas) | Desempenho consistente e previsível | Maior investimento inicial, menor manutenção | Redução da dependência de tratamentos químicos |
A escolha do sistema de resfriamento ideal depende de vários fatores, incluindo localização, disponibilidade de água, custos de energia e requisitos regulatórios. Por exemplo, data centers em áreas propensas à seca podem optar por sistemas de circuito fechado ou sem água, enquanto instalações em regiões com alto teor de água e menores gastos com energia podem preferir o resfriamento evaporativo.
Com a expectativa de que o mercado de refrigeração de data centers dos EUA atinja $3,5 bilhões até 2025, essas decisões estão se tornando mais críticas do que nunca. Provedores de hospedagem como Serverion deve avaliar cuidadosamente essas tecnologias de resfriamento para encontrar o equilíbrio certo entre desempenho, custo e responsabilidade ambiental, especialmente ao gerenciar uma rede global de instalações.
Conclusão
A tecnologia de resfriamento sem uso de água da Microsoft representa um grande avanço para o setor de data centers. Ao abordar a evaporação de água por meio de soluções de resfriamento em nível de chip, a Microsoft demonstrou que é possível atingir uma Eficiência no Uso de Água (EVA) próxima de zero, mantendo a eficiência das operações. Os próximos projetos-piloto em Phoenix e Mt. Pleasant, previstos para 2026, colocarão essa abordagem inovadora à prova.
Os resultados até agora são difíceis de ignorar. A redução da WUE de 0,49 L/kWh em 2021 para 0,30 L/kWh – uma queda de 39% – representa uma economia de 125 milhões de litros de água por instalação a cada ano. Esses números demonstram que a conservação de água em larga escala não precisa comprometer o desempenho. Esse progresso estabelece um forte exemplo de práticas sustentáveis nas operações de data centers.
Para data centers que estão repensando suas estratégias de resfriamento, a melhor escolha depende muito de necessidades e condições locaisEm áreas com escassez de água, como o Arizona, sistemas de ciclo fechado ou zero-água podem ser revolucionários, especialmente quando um único data center em hiperescala pode consumir até 1,5 milhão de litros de água por dia. Por outro lado, em regiões com recursos hídricos abundantes, o resfriamento evaporativo tradicional ainda pode fazer sentido por enquanto, embora o foco mais amplo do setor esteja claramente mudando para a conservação.
À medida que a busca pela eficiência hídrica cresce, fica claro que isso precisa se tornar uma prioridade fundamental no projeto. Fornecedores como a Serverion precisam considerar desempenho, custos e impacto ambiental ao adaptar os sistemas de resfriamento às condições hídricas locais e se preparar para regulamentações futuras.
O setor encontra-se numa encruzilhada onde pode atender à crescente demanda por poder computacional – especialmente para cargas de trabalho de IA – sem esgotar recursos hídricos vitais. A verdadeira questão não é se os sistemas de refrigeração que economizam água se tornarão a norma, mas sim a rapidez com que serão adotados para proteger as comunidades que dependem desses recursos.
Perguntas frequentes
Quais são os benefícios de economia de custos do sistema de resfriamento sem água da Microsoft em comparação ao resfriamento evaporativo tradicional?
Sistema de resfriamento sem água da Microsoft: uma revolução para data centers
O sistema de resfriamento sem uso de água da Microsoft está remodelando a maneira como os data centers gerenciam o resfriamento, oferecendo uma alternativa mais inteligente e econômica aos métodos tradicionais. Os data centers típicos dependem fortemente do resfriamento evaporativo, que pode consumir até 1,5 milhão de litros de água por diaIsso não só aumenta as contas de água, como também as despesas operacionais, principalmente em áreas onde a água é escassa e cara. O sistema de circuito fechado da Microsoft elimina completamente a necessidade de água potável, economizando potencialmente milhões de galões anualmente por centro de dados – uma grande vitória tanto para orçamentos quanto para recursos.
Mas os benefícios vão além da simples redução de custos. Este sistema inovador aumenta a eficiência ao reduzir a dependência de fontes externas de água, tornando-o mais resiliente e ecologicamente correto. Ele também apoia a ambiciosa meta da Microsoft de se tornar positiva em termos de consumo de água até 2030, abordando as pressões regulatórias e as preocupações com a reputação associadas ao uso excessivo de água. Ao adotar o resfriamento sem água, os data centers podem conservar recursos críticos e, ao mesmo tempo, garantir sua sustentabilidade financeira a longo prazo.
Quais obstáculos a Microsoft poderia encontrar ao introduzir resfriamento sem necessidade de água em seus data centers existentes?
Desafios na transição para sistemas de resfriamento sem água
A Microsoft está enfrentando diversos obstáculos enquanto trabalha para adaptar seus data centers a sistemas de resfriamento sem uso de água. Um dos maiores desafios reside na reformulação da infraestrutura existente. A transição do resfriamento tradicional à base de água para sistemas avançados de circuito fechado, em nível de chip, exige atualizações tecnológicas substanciais. Essas atualizações têm custos elevados e demandam um tempo considerável para serem implementadas.
Outra questão urgente é o potencial de superaquecimento, especialmente com a crescente demanda por cargas de trabalho de alta densidade, como a IA. Para garantir que esses novos sistemas de resfriamento funcionem de forma confiável e eficiente, testes rigorosos e aprimoramento contínuo são essenciais.
Além disso, a implantação de resfriamento sem uso de água em regiões com recursos hídricos limitados pode enfrentar barreiras regulatórias ou até mesmo resistência das comunidades locais. Data centers de grande porte às vezes são vistos como um peso sobre recursos já escassos, o que pode complicar os esforços para obter aprovação ou apoio da comunidade.
Mesmo com esses obstáculos, os sistemas de resfriamento sem uso de água representam um avanço significativo em direção a soluções de data center mais sustentáveis, principalmente em regiões onde a conservação de água é uma prioridade máxima.
Como o sistema de resfriamento sem uso de água da Microsoft ajuda o meio ambiente?
A Microsoft introduziu um sistema de resfriamento sem água que depende de um projeto de circuito fechado, que recircula a água dentro do sistema. Essa configuração evita a evaporação e elimina a necessidade de água doce, tornando-a incrivelmente eficiente. De fato, projeta-se que essa abordagem economize aproximadamente 125 milhões de litros de água a cada ano para cada centro de dados que utiliza o sistema.
Além da conservação da água, o sistema também impulsiona eficiência energética, que desempenha um papel fundamental na redução da pegada de carbono dos data centers. Ao lidar com o uso de água e energia, o método de resfriamento da Microsoft está estabelecendo um novo padrão para práticas ecologicamente conscientes no mundo da tecnologia.
