Datacenters kunnen hun restwarmte al leveren, maar wie komt het halen?

Datacenters produceren het hele jaar door grote hoeveelheden warmte. Door de opkomst van AI en liquid cooling komt die warmte bovendien op steeds hogere temperaturen beschikbaar. Veel moderne datacenters zijn technisch al voorbereid om die warmte af te staan. Toch verdwijnt deze warmte nog vaak via koelers naar de buitenlucht. “Er is zat warmte op te halen”, stelt Bowie Zegers van Haskoning. De uitdaging zit vooral aan de andere kant van de warmtewisselaar.

Datacenters worden vaak genoemd als mogelijke warmtebron voor woningen en bedrijven, maar het daadwerkelijk benutten van die restwarmte komt nog maar beperkt van de grond. Dat ligt volgens mechanical engineer Bowie Zegers en mechanical lead engineer William Heesbeen van Haskoning niet aan een gebrek aan aandacht bij het ontwerp van datacenters.

“Wij nemen echt al jarenlang voorzieningen op om restwarmte uit te wisselen”, vertelt Heesbeen. In de projecten waar Haskoning aan werkt, worden bijvoorbeeld aansluitingen en ruimte gereserveerd voor warmtewisselaars en pompen. “In alles wat wij zeker de laatste vijf, maar misschien wel de laatste tien jaar hebben bedacht, zit die voorziening al in.”

De apparatuur hoeft nog niet volledig te worden geplaatst wanneer er geen afnemer is. “De aansluitingen zitten er”, legt Heesbeen uit. “En de apparatuur die nodig is om het uit te wisselen, wordt weggelaten totdat de behoefte er is.”
Het probleem begint daarmee steeds vaker niet bij het datacenter, maar bij de vraag wie de warmte daadwerkelijk komt ophalen.

Van lucht naar vloeistof

Tegelijkertijd verandert de warmte die datacenters kunnen leveren. Traditioneel worden servers voornamelijk met lucht gekoeld. Daarbij kan volgens Zegers bijvoorbeeld water van ongeveer 20 graden het koelsysteem ingaan en er rond de 30 graden weer uitkomen. Voor veel toepassingen is die temperatuur te laag. “Dan kan met een warmtepomp die temperatuur efficient verhoogd worden”, legt hij uit.

De opkomst van AI verandert dat systeem. De krachtige chips die nodig zijn voor AI-toepassingen hebben een veel hogere vermogensdichtheid. Daardoor wordt steeds vaker direct met vloeistof gekoeld, ookwel liquid cooling genoemd.

“Je ziet nu dat liquid cooling steeds meer wordt gebruikt”, zegt Zegers. “Over het algemeen zijn dat hogere temperaturen. Dat maakt het natuurlijk ook gunstiger om warmte uit te wisselen.” Bij sommige systemen noemt hij als voorbeeld water dat met ongeveer 40 graden naar de chips gaat en rond de 50 graden terugkomt. De precieze temperaturen verschillen per gebruiker en ontwerp.

Dat betekent niet dat water eerst wordt verwarmd om de servers te koelen. Het gaat om een gesloten circuit. De chips warmen de vloeistof op, waarna de warmte weer moet worden afgevoerd. Hoe hoger die temperatuur ligt, hoe eenvoudiger het bovendien wordt om warmte via de buitenlucht kwijt te raken of aan een extern warmtesysteem over te dragen.

In de praktijk zijn meerdere circuits van elkaar gescheiden door warmtewisselaars. Het koelmedium met een schone vloeistof rond de servers blijft daardoor gescheiden van het koelcircuit van het datacenter. Vanuit dat tweede gesloten circuit kan vervolgens een vertakking worden gemaakt naar opnieuw een warmtewisselaar waarmee de warmte buiten het datacenter beschikbaar komt. Deze extra warmtewisselaar is nodig om het kritieke koelsysteem te beschermen tegen invloed van het warmte system.

Het datacenter mag nooit afhankelijk worden

Daarbij geldt één harde ontwerpvoorwaarde: het datacenter moet altijd zijn warmte kwijt kunnen ook zonder aansluiting aan een warmtenet. “Wij moeten er niet afhankelijk van zijn”, benadrukt Heesbeen. “We moeten altijd onze eigen broek op kunnen houden als datacenter.” Valt de externe warmteafname weg, dan moeten bijvoorbeeld droge koelers de volledige warmteproductie alsnog kunnen afvoeren. Zegers noemt onder meer sensoren en afsluiters met een bypass waarmee de warmte-uitwisseling van het kritieke koelsysteem kan worden geïsoleerd.

Dat levert een opmerkelijke paradox op. Een datacenter produceert het hele jaar warmte. Woningen hebben die warmte juist vooral in de winter nodig. Maar precies dan kan het datacenter zijn warmte door de lage buitentemperatuur relatief eenvoudig zelf afvoeren, terwijl het datacenter in de zomer juist zijn warmte kwijt moet.

“De uitdaging voor het datacenter ligt juist in die zomerperiode, als het heel warm is”, zegt Heesbeen. “En dan is er geen afname.” Voor het datacenter neemt een warmtenet daardoor niet noodzakelijk de koelcapaciteit weg die voor de warmste momenten moet worden geïnstalleerd.
Een interessante toepassing vraagt daarom niet alleen om een grote warmteafnemer, maar idealiter ook om afname buiten het stookseizoen. Industrie, zwembaden, kassen of lokale warmte-koudenetten kunnen daardoor interessante combinaties vormen. RVO noemt inmiddels verschillende Nederlandse voorbeelden waarbij datacenterwarmte aan gebouwen of lokale warmte-koude-infrastructuur wordt geleverd.

Europese regels sturen richting benutting

Ook de regelgeving beweegt richting meer benutting. Datacenters met minimaal 500 kilowatt geïnstalleerd IT-vermogen moeten in Nederland jaarlijks gegevens rapporteren over hun energie-efficiëntie. Daarbij wordt onder meer gekeken naar energie- en watergebruik en het hergebruik van energie. Daarnaast geldt sinds 2023 de energiebesparingsplicht voor datacenters.

De herziene Europese Energie-efficiëntierichtlijn gaat verder. Die schrijft lidstaten voor dat datacenters met meer dan 1 megawatt totale nominale energie-input restwarmte moeten benutten, tenzij kan worden aangetoond dat dit technisch of economisch niet haalbaar is. Bij nieuwe of ingrijpend gerenoveerde datacenters moet daarbij expliciet worden gekeken naar onder meer lokale warmtevraag en seizoensvariaties. De Nederlandse implementatiewet lag eind september nog bij de Eerste Kamer.

Ook de Wet collectieve warmte, die naar verwachting op 1 januari 2027 grotendeels in werking treedt, grijpt aan op de andere kant van het probleem. Wanneer restwarmte anders ongebruikt in lucht of water terechtkomt, moet een producent deze op verzoek beschikbaar stellen als een warmtebedrijf de afname en het transport mogelijk maakt. De producent mag daarbij wel aantoonbare kosten voor noodzakelijke aanpassingen en infrastructuur doorberekenen.

Daarmee wordt ook juridisch steeds duidelijker waar de uitdaging ligt. Datacenters kunnen de warmte beschikbaar maken, maar daarmee ligt er nog geen warmtenet naar een woonwijk.

“De warmte is er en de ambitie is er om uit te wisselen”, vat Heesbeen samen. “Alleen, denk mee om het efficiënt op te halen en, als het kan, ook nog in de zomer.” Zegers beaamt deze conclusie: “Er is zat warmte op te halen. Dat is het probleem niet.”