As the energy usage of data centers is anticipated to keep rising, concerns regarding environmental impact and energy use are raised. This issue can be addressed by developing Net Zero Energy Data Centers (NZEDCs)—facilities that combine innovative design, smart energy management, and external heat consumers.

This thesis explores strategies for developing an NZEDC that conforms to ASHRAE standards. The study focuses on reducing energy consumption and integrating renewable energy sources by designing the facility with energy-efficient integrated HVAC systems featuring free cooling from outdoor air, combined with heat recovery to the district heating network and a rooftop PV system.

Three cooling technologies were evaluated: air cooling, liquid-to-chip cooling, and dielectric fluid immersion cooling. Among these, immersion cooling achieves the highest COPSHC and lowest PUE, followed by liquid-to-chip and air cooling. Higher supply temperature improves free cooling availability and reduces the temperature lift required for integration with district heating networks, further enhancing system efficiency.

The proposed systems performed well across KPIs and complied with ASHRAE standards. The scenario without heat recovery showed the highest COPSHC and lowest PUE, yet achieved only 1% of the NZEDC target. In contrast, the scenario with full heat recovery reached 88% of the target. A strategy combining free cooling and heat recovery achieved 24% of the NZEDC target, highlighting the importance of optimizing both strategies to support NZEDC goals.

The main challenge in achieving full NZEDC target is the high and irreducible energy demand of IT equipment. Meeting the full NZEDC target would require an additional 5–24 MWp of ground-mounted PV capacity, depending on the scenario.

I takt med att energianvändningen i datacenter förväntas öka, växer också oron kring deras miljöpåverkan och energiförbrukning. En möjlig lösningär att utveckla Netto-nollenergiklassade datacenter (NZEDC) –anläggningar som kombinerar innovativ design, smart energihantering och effektiva värmeåtervinningssystem.

Detta examensarbete undersöker strategier för att utveckla ett NZEDC i enlighet med ASHRAEs standarder. Studien fokuserar på att minska energianvändningen och integrera förnybara energikällor genom att utforma anläggningen med energieffektiva, integrerade VVS-system med frikyla från utomhusluft, i kombination med värmeåtervinning till fjärrvärmenätet ochett takmonterat solcellssystem.

Tre kyltekniker utvärderades: luftkylning, vätskekylning till chip, samt nedsänkning i dielektrisk vätska. Bland dessa uppnådde immersionkylning högst COPSHC och lägst PUE, följt av vätskekylning och därefter luftkylning. Högre tilloppstemperaturer i vätske- och immersionkylning förbättrar möjligheten till frikyla och minskar temperaturliften som krävs för integration med fjärrvärmenät, vilket ytterligare ökar systemets effektivitet.

De föreslagna systemen presterade väl i förhållande till nyckeltal (KPI:er) och uppfyllde ASHRAEs krav. Scenariot utan värmeåtervinning uppvisade högst COPSHC och lägst PUE, men nådde endast 1% av NZEDC-målet. I kontrast nådde scenariot med full värmeåtervinning 88% av målet. En strategi som kombinerar frikyla och värmeåtervinning uppnådde 24% av NZEDC-målet, vilket understryker vikten av att optimera båda strategierna för att nå netto-nollenergimål.

Den största utmaningen för att uppnå full NZEDC-status är den höga och i stort sett oundvikliga energiförbrukningen från IT-utrustningen. För att nå hela NZEDC-målet krävs ytterligare 5–24 MWp markmonterad solcellskapacitet, beroende på scenario.