Les besoins en puissance informatique augmentent constamment. Et avec eux la chaleur résiduelle. Un projet de recherche tente de découvrir comment celle-ci pourrait être utilisée le plus efficacement possible pour servir de chauffage et de quelle manière la chaleur résiduelle serait la moins nocive pour l’environnement.
Der Bedarf an Computerleistung wächst immens. Und damit die Abwärme, die dadurch entsteht. Ein Forschungsprojekt will herausfinden, wie diese am effizientesten zum Heizen genutzt werden könnte und die Abwärme der Umwelt am wenigsten schadet.
Imaginez le scénario suivant: dans la cave de votre maison se trouve un petit centre de calcul – une douzaine de serveurs, le tout pas plus volumineux que votre chauffage au mazout. Chez votre voisin comme dans d’autres bâtiments du quartier, il y a la même installation. Les serveurs tournent à plein régime, reçoivent et fournissent des données. De la chaleur se dégage.
Stell dir folgendes Szenario vor: Im Keller deines Hauses steht ein kleines Rechenzentrum – ein Dutzend Server, alles zusammen nicht grösser als die Ölheizung des Hauses. Bei deinem Nachbarn steht dasselbe, ebenso in weiteren Gebäuden des Quartiers. Die Server laufen auf Hochtouren, empfangen und liefern Daten. Abwärme entsteht.
Changement de décor. Avec la connectivité des objets, la conduite autonome, la blockchain, l’intelligence artificielle, les besoins en puissance informatique augmentent de manière disproportionnée dans le monde entier. Or, puissance de calcul rime avec consommation d’électricité et chaleur. Les puces peuvent en effet atteindre une température de 100 degrés; elles doivent donc être refroidies et leur chaleur être évacuée.
Dans la plupart des cas, aujourd’hui, la chaleur s’évapore dans l’air – et réchauffe encore un peu plus le climat. Pourquoi ne pas l’utiliser? Par exemple pour chauffer en même temps une maison et l’eau chaude qui y est utilisée? Ou même un quartier entier? Une utopie? Pas du tout, puisqu’un premier projet pilote existe déjà.
Mais de nombreuses questions demeurent. C’est à elles que s’intéresse le projet «ECO-Qube», que l’on doit à l’Institut de recherche Empa, à Dübendorf (ZH), en collaboration avec une équipe de recherche européenne. Trois sites du Vieux Continent abritent ce que l’on appelle des «edge data centers» – de petits centres de calcul locaux, comme ceux que vous pourrez peut-être un jour avoir dans votre cave. L’un d’eux se trouve en Turquie, l’autre aux Pays-Bas et le troisième dans le bâtiment d’innovation NEST, à Dübendorf.
Ces trois centres de données sont directement intégrés dans les systèmes énergétiques des quartiers environnants et doivent être alimentés, autant que possible, par des énergies renouvelables. L’objectif: combiner les composants matériels et logiciels à l’aide de l’intelligence artificielle de sorte à utiliser l’énergie et la chaleur résiduelle le plus efficacement possible.
«Un «edge data center» produit environ 20 kW de puissance thermique», explique Philipp Heer, responsable de l’Energy Hub de l’Empa. À l’aide d’un échangeur de chaleur, cela suffirait à chauffer un petit immeuble collectif. «À partir des serveurs, on peut obtenir une chaleur pouvant monter jusqu’à 60 degrés», note-t-il. Seule condition: les serveurs doivent être exploités et refroidis de manière intelligente.
«La chaleur n’est toutefois pas toujours utilisée là où elle est produite, souligne-t-il. Ou alors le centre de données est à l’arrêt.» C’est pour cette raison que les bâtiments et les centres de données doivent communiquer entre eux grâce à des technologies adéquates. «Il ne s’agit pas seulement d’obtenir le plus grand bénéfice pour le système énergétique, mais aussi le plus petit dommage pour l’environnement», souligne Philipp Heer. Que faire, par exemple, de la chaleur perdue en été? Une solution serait le stockage thermique. «Le problème du stockage saisonnier de l’énergie n’est toutefois pas encore résolu», déplore le spécialiste.
Peut-être qu’«ECO-Qube» apportera des solutions. Le projet, qui se déroulera sur trois ans, est soutenu par le programme de financement de l’Union Européenne «Horizon 2020». Les résultats de cette recherche seront ensuite mis à la disposition des planificateurs et des exploitants de bâtiments. Qui sait, peut-être vivrons-nous un jour dans une maison chauffée à l’aide du traitement des données.
Szenenwechsel. Das Internet of Things. Autonomes Fahren. Blockchain. Künstliche Intelligenz. Weltweit wächst der Bedarf an Computerpower ins Unermessliche. Rechenleistung bedeutet jedoch Strombedarf und Hitze: Chips können bis zu 100 Grad heiss werden. Sie müssen gekühlt werden, die Wärme muss weg.
In den meisten Fällen verpufft sie heute in die Luft – und erhitzt das Klima zusätzlich. Wieso sie also nicht nutzen? Zum Beispiel, um ein Haus zu heizen und das Warmwasser gleich mit dazu? Oder ein ganzes Quartier? Eine Utopie? Keineswegs – ein erstes Pilotprojekt existiert schon.
Doch noch sind viele Fragen offen. Ihnen widmet sich das Forschungsprojekt «ECO-Qube» des Forschungsinstituts Empa in Dübendorf zusammen mit einem europäischen Forschungsteam. An drei Standorten in Europa stehen sogenannte Edge-Datenzentren – kleine lokale Rechenzentren, wie sie bei dir zuhause im Keller stehen könnten. Eins in der Türkei, eins in den Niederlanden und eins im Forschungsgebäude NEST in Dübendorf.
Die drei Rechenzentren sind direkt in die Energiesysteme der umliegenden Quartiere integriert und sollen möglichst mit erneuerbarer Energie gespeist werden. Das Ziel: Hardware- und Softwarekomponenten mit Hilfe von künstlicher Intelligenz so zu kombinieren, dass die Energie und die Abwärme möglichst effizient genutzt werden.
«Ein Edge-Datencenter produziert etwa 20 kW thermische Leistung», sagt Philipp Heer, Leiter des «Energy Hub» der Empa. Das würde genügen, um mit Hilfe eines Wärmetauschers ein kleines Mehrfamilienhaus zu heizen. «Aus den Servern lässt sich bis zu 60 Grad Hitze gewinnen.» Die Bedingung: Die Server müssen intelligent betrieben und gekühlt werden.
«Allerdings wird die Wärme nicht immer dort gebraucht, wo sie entsteht. Oder das Rechenzentrum steht gerade still», sagt er. Deshalb müssten die Gebäude und Datenzentren miteinander kommunizieren und dafür brauche es die entsprechenden Technologien. «Es geht nicht nur um den höchsten Nutzen für das Energiesystem, sondern auch um den kleinsten Schaden für die Umwelt», sagt Heer. Was soll beispielsweise mit der Abwärme im Sommer geschehen? Eine Lösung wäre die thermische Speicherung. Heer: «Das Problem der saisonalen Energiespeicherung ist noch nicht gelöst.»
Vielleich liefert ECO-Qube Antworten dazu. Das Projekt ist auf drei Jahre angelegt und wird vom EU-Förderprogramm «Horizon 2020» unterstützt. Die Forschungsresultate sollen anschliessend Planenden und Gebäudebetreibenden zur Verfügung stehen. Wer weiss: Vielleicht wohnst du eines Tages in einem Haus, das mit Hilfe von Datenverarbeitung geheizt wird.
