Free cooling potential for data centers in Brazil

Abstract

O consumo de energia de data centers cresce à taxas alarmantes em todo o mundo, ao passo que sistemas de refrigeração são responsáveis por cerca de 40% da demanda elétrica destas edificações. Neste contexto, o resfriamento natural (free cooling) surge como uma solução eficaz a fim de reduzir o consumo de energia nestas instalações. Este trabalho propõe critérios para avaliar o potencial de resfriamento natural para data centers no Brasil, considerando economizadores à ar e à água, baseando-se em revisões da literatura e nos limites térmicos de operação propostos pelas normas da ASHRAE. Os critérios propostos foram aplicados à quatorze importantes cidades brasileiras, representando todas as regiões do país, por meio do uso de arquivos do Ano Climático de Referência destas cidades. Os resultados mostraram que cidades como Curitiba, São Paulo, Porto Alegre e Brasília possuem potencial para operar tanto com economizadores à ar como à água por mais de 3000 horas em um ano, mesmo considerando limites térmicos conservadores para a operação de um data center. Cidades das regiões Norte e Nordeste do país somente apresentaram potencial para operar em resfriamento natural quando considerados limites de operação mais flexíveis. Resultados apontaram que economizadores indiretos possuem um potencial maior no Brasil, considerando os atuais limites recomendados pela ASHRAE, devido ao alto nível de umidade das cidades estudadas. Por fim, um panorama geral foi fornecido sobre os principais tipos de economizadores à ar e à água para data centers, apresentando vantagens e desvantagens sobre suas aplicações e seus desempenhos.

Data centers energy consumption has been increasing in alarming rates all around the world, and the refrigeration system is responsible for about 40% of the building electricity demand. In this context, free cooling appears as an effective solution to achieve energy savings in these facilities. The present work proposed criteria to assess the free cooling potential for data centers in Brazil considering airside and waterside economizers based on literature review and on ASHRAE thermal guidelines operating limits. The proposed criteria were applied to fourteen Brazilian key cities, which represented all of the country regions, with the aid of the cities Test Reference Year weather data. Results showed that cities such as Curitiba, São Paulo, Porto Alegre and Brasília have potential to operate in both airside and waterside economizers mode for more than 3000 hours in a year, even considering conservative data center thermal operating limits. Cities from the North and Northeast region of the country only presented potential to operate in free cooling while considering more flexible operating limits. It was shown that indirect economizers have a higher potential in Brazil, considering the current data center operating limits recommended by ASHRAE, due to the cities high humidity levels. Finally, an overview of the main types of airside and waterside economizers was provided, presenting advantages and disadvantages regarding their application and performance.