二十年來，數據中心的能源效率一直在提高，不斷在尋找降低能源消耗、更有效冷卻並降低運營成本的方法，這一永無休止的探索的最新前沿，就是對廢熱的獲取和再利用。
隨著AI應用的增加和更多液體冷卻的使用，數據中心的廢熱只會增加而不會減少，這個趨勢突顯數據中心採用廢熱再利用解決方案的必要性，不僅可以提高能源效率，還可以減輕對環境的影響和運營成本。
ARPA-E COOLERCHIPS項目總監Peter de Bock表示：「從晶片到設施的散熱仍然是具有挑戰性的。」
雖然將廢熱排出設施是一種方法，但利用廢熱來發電、蒸汽、供暖甚至製冷要高效得多、環保得多，這是一個充滿活力的研究領域。
「通過尋找利用廢熱的方法，各種設施可以減少成本負擔和碳足跡，」負責阿默斯特學院科學中心所有實驗室和機械系統的Kyle Mangini說。
多功能園區
SmithGroup關鍵任務負責人Brian Rener認為，當數據中心位於多功能建築或園區環境的時候，在可持續性和效率方面可以帶來很多機會。由於數據中心需要持續冷卻，因此會從伺服器和其他設備中排出大量廢熱，可以通過多種方式利用這些廢熱來減少總體能源消耗並進一步降低電力使用效率（PUE）。
Rener表示：「我們預計未來幾年數據中心的耗電量將翻一番，大多數數據中心無法選擇搬到更北部的地方以便利用涼爽的室外空氣提高可持續性。或者，這些數據中心可以通過園區混合環境產生的廢熱中獲得價值，或者更加融入當地社區。」
打造智能
在電影《夢想之地》中，Ray Kinsella被告知：「建造它，他們就會到來。」他這樣做了——在愛荷華州的一片玉米地中間，這在電影中可能有效，但Rener並不認為這是數據中心的最佳場所，這樣的位置使得廢熱的價值難以最大化。相反，他的建議是尋找更大型的社區，讓數據中心成為更廣泛的能源解決方案中的一個組成部分。
Rener引用了美國能源資訊管理局（EIA）的一些數據來支持他的說法，數據顯示，空間供暖是商業建築中最大的單一能源最終用途，占比32%。降溫僅占9%，但在美國南部各州，這一數字要高得多。一座大型建築的供暖耗電量為1兆瓦。25個城市街區需要10兆瓦，而占地850萬平方英尺的商業地產僅用於供暖就需要100兆瓦。
現在考慮以下數據中心密度。高性能計算和人工智慧正在將機架密度推向100 kW甚至更高，機架中容納的都是比以前更為強大的處理器。
Omdia首席分析師Shen Wang表示：「所有處理器都變得越來越大、越來越熱。自2000年以來，處理器的功耗增加了4.6倍。」
這無疑在電力和冷卻方面帶來了嚴重的問題。但由於晶片和伺服器產生的廢熱溫度更高，因此也帶來了一些機會。
大學校園冷卻
美國密爾沃基工程學院提供了一個廢熱再利用方面的有用案例。該學院新建了一座電腦科學大樓，裡面有一台名為Rosie的超級電腦。這款利用Nvidia GPU加速的超級電腦可以幫助學生學習人工智慧、無人機、機器人和自動駕駛汽車，雖然它在65000平方英尺的建築中僅占1500平方英尺的空間，但卻消耗了超過60%的能源。因此，該系統需要無縫集成到建築和機械/電氣/管道基礎設施中。該數據中心採用了N 1冗餘的設計，藉助多個備用發電機和冷卻裝置，即使在單個組件發生故障的情況下也能保持正常運行。
工程團隊在學術建築能源系統和超級電腦系統之間建立了共生關係。例如，電腦房和教學樓在夏季使用相同的冷卻系統，此時數據中心的冷水回水管線用於供水。通過提高冷水回流，提高了整個建築的冷卻效率。在冬季，當大樓不再需要機械冷卻時，電腦房通過專用的風冷屋頂冷凝器和集成的自然冷卻電路以利用外部冷空氣。
「餘熱的利用是提高數據中心和建築效率的關鍵，」史密斯集團首席機械工程師Jamison Caldwell這樣表示。
他指出，除了尋找利用熱通道廢熱的方法外，液體冷卻設備也會散發輻射熱。他正在研究能源再利用係數，該係數是根據再利用能源與總能源消耗的函數來計算的。
「校園內有很多利用餘熱的機會，」他說。
NREL能量回收循環
美國國家可再生能源實驗室(NREL)建造了一個能源系統集成設施(ESIF)，旨在滿足實驗室和辦公室的供暖需求以及承載了超級電腦的數據中心，從而使整個建築更加節能，其PUE達到1.04，是世界上最高效的數據中心之一。
Caldwell表示：「辦公室供暖100%是通過廢熱再利用完成的，用水量也減少了一半，如果突然需要更多熱量的話，可以利用園區蒸汽。」
這是通過能量回收水循環實現的，這個循環跨越了園區供暖和冷卻系統、超級計算系統和傳統IT系統，收集液體和空氣冷卻系統的廢熱，Caldwell將其描述為建築級的能量交換。
「液體冷卻可以實現更高級別的液體循環熱回收，」他說。
更多收益
液體冷卻可能會導致數據中心冷卻效率發生重大轉變，並大幅降低PUE，或者至少防止PUE隨著機架密度飆升而上升。但Iceotope客戶解決方案架構副總裁Jason Matteson指出，液體冷卻的潛在收益可能會因各種浪費而被浪費掉，包括缺乏熱空氣遏制、缺少消隱面板、未更換風扇等耗電設備，等等。
「大多數數據中心都存在大量我們可以消除的浪費，」Matteson說。
