Az évtized végére a hűtőenergia a 2024-es fogyasztás duplájára emelkedhet?
(2025 június)
A hűtéstechnika története
(https://www.hoszigetelesplaza.hu/blog/a-hutes-rovid-tortenete-avagy-miota-hideg-a-sor). A fűtés már ősidők óta létezik. Megoldották őseink tűzrakással, kemencével, kazánnal, a rómaiak falfűtéssel, találékonyan, különböző módokon. A hűtés azonban nem ilyen könnyen megoldható kérdés. Az első mesterséges hűtést William Cullen mutatta be a skóciai Glasgow-i Egyetemen 1748-ban. Bemutatója során Cullen egy szivattyú segítségével részleges vákuumot hozott létre egy tartály felett, amiben dietil-éter volt. A részleges vákuum miatt a folyadék forrni kezdett, elvonta a hőt a környezetéből. A kísérlet során megjelent némi jég, az eljárás gyakorlati alkalmazására nem került sor.
Oliver Evans 1805-ben leírt egy zárt gőzkompressziós hűtőfolyamatot. Egy hűtőközeget keringet egy zárt rendszerben, amely hőt vesz fel a környezetéből, amit máshol lead, majd Jacob Perkins 1834-ben meg is építette. John Gorrie is 1842-ben készített egy hasonló prototípust, Gorrie gépének nem lett piaca, de az ő nevéhez fűződik a légkondicionálás elmélete.
James Harrison étert, vagy ammóniát használt, az első kifizetődően áruba bocsátott gőzkompressziós hűtési rendszert James Harrison, egy brit mérnök, újságíró építette meg. Amikor kénes éter-rel tisztította a fém betűkészletet, az anyag eltávozása után a betűk lehűltek. 1854-ben szabadalmat szerzett, majd Londonba utazott 1856-ban, hogy ott is szabadalmaztassa. A szabadalom egy étert, alkoholt vagy ammóniát (Faraday rájött, hogy a sűrített, folyékony halmazállapotú ammónia hűti a környezetét) használó gőzkompressziós rendszerre vonatkozott. Felfedezése felhasználásával Harrison a Barwon-folyó partján megépítette az első jégkészítő gépet, amelyből a kereskedelmi célú változat 1854-ben született meg. A gép 5 m-es lendkereket használt, és 3 tonna jeget állított elő naponta. Harrison többek között sörfőzdék és húscsomagoló üzemek számára dobta piacra a berendezéseket, és 1861-ig több tucatot pénzzé is tett belőlük. Harrison egy sörfőzdével szerződött a sör hűtésére alkalmas szerkezetre.
J. Harrison jégmasinája
Von Linde nevéhez fűződik a mai modern hűtéstechnika alapjainak megteremtése, 1871-től foglalkozott a hűtés kérdésével. Az augsburgi gépgyárban kezdte el gyártatni az első hűtőgépét. Javított „második generációs” hűtőgépére 1876. március 1-én nyújtott be szabadalmi jogot. 1879-ben von Linde többedmagával megalapította a Linde-Eismaschinen részványtársaságot, de igazi áttörés csak 1883/1884 telén következett be, mert sokaknak komoly fenntartása volt az új technológiával szemben. 1883-ban a feljegyzések szerint annyira enyhe volt a téli időjárás, hogy a sörfőzők feladva ellenállásukat, hűtőgépeket vásároltak. A német Spaten, a holland Heineken, a dán Carlsberg sörfőzdék mellett sok tejgazdaság, hús- és édességüzem érdeklődött az új technika iránt, és a Linde részvénytársaság virágzásnak indult.
Léghűtés: Közel-Keleten, Iránban építettek először (i. e. 4. évezredben) széltornyokat az épületek hűtésére.
Széltorony Dubaiban. Forrás: http://www.hellodubai.hu/regi-dubai/#
Egy igazán jól megépített, jó hővezetési képességekkel rendelkező épület alsó szintje egész hideg hőmérsékletre is lehűthető, ahogy ezt sok arab épületnél, mecsetnél is tapasztalható.
Jadze széltorony, Forrás: http://www.hellodubai.hu/szelfogo-szeltornyok/
Az első, háztartásokban is használható jégszekrények fából készültek, fém béléssel ellátott szekrények voltaképpen hőszigetelt ládák voltak, amelyekben egy külön rekeszbe helyezték a jeget. A jég olvadása során keletkező hideg levegő áramlott az élelmiszerek tárolására szolgáló részbe, így biztosítva azok hosszabb eltarthatóságát. A jégszekrények forradalmasították az élelmiszer-tárolást, lehetővé téve a romlandó áruk, például a hús, tejtermékek és gyümölcsök hosszabb ideig történő megőrzését. Ugyanakkor hátrányokkal is jártak, mert a jég folyamatos pótlása költséges és körülményes volt, a jégárusok rendszeres látogatása pedig a háztartások mindennapjainak szerves részévé vált.
Első háztartási hűtőgép 1913-ban Chicagoban került piacra az első kisméretű háztartásokban használatos hűtőgép, de elterjedésére Amerikában is 27 évet kellett várni, Európában az 50-es években lett népszerű. Balesetveszélyes szerkezet volt, mert ha a hűtőgáz kiszabadult, akár halálos kimenetelű is lehetett. Egy ilyen baleset ösztönözte Einsteint, hogy foglalkozzon a problémával.
Einstein és Szilárd Leó magyar fizikus terveztek egy alkohollal (etanollal) működő, „utántöltős” hűtőgépet, ami ráadásul betonból lett volna. A tömege így elérte volna 400 kg-ot. Ez a verzió, érthető módon, nem terjedt el végül, de lényeges, hogy kompresszor nélkül működött, abszorpciós (párolgási hő) elven. (Az abszorpciós készülékek ideálisak olyan helyeken, ahol nem áll a rendelkezésre elektromos áram, mert elegendő gázpalack segítségével hőt előállítani.)
Willis Carrier a hűtésre 1921-ben dugattyús hajtású kompresszorokat használt. A hűtőközeg akkoriban a mérgező és tűzveszélyes ammónia volt. A következő fejlődési fok a centrifugális kompresszor volt, hasonlóan működésű mint a centrifugális vízszivattyú. Nem csak biztonságosabb, de hatékonyabb is.
1928-ban fedezték fel a freont, amely nem mérgező, nem gyúlékony, nem büdös. A kén-dioxidos és az ammóniás hűtő berendezésekben ekkotól freont használtak, de 1974-ben rájöttek, hogy a freon az ózont károsítja, ezért megpróbálták visszaszorítani a használatát. Az EU-ban csak 1995-ben tiltották be. A freon helyett manapság még szénhidrogén vegyületeket használnak folyadék formában.
1928-ban fedezték fel a freont, amely nem mérgező, nem gyúlékony, nem büdös. A kén-dioxidos és az ammóniás hűtő berendezésekben ekkotól freont használtak, de 1974-ben rájöttek, hogy a freon az ózont károsítja, ezért megpróbálták visszaszorítani a használatát. Az EU-ban csak 1995-ben tiltották be. A freon helyett manapság még szénhidrogén vegyületeket használnak folyadék formában.
2003-ban fedezték fel a mágneses hűtőt, a kompressziós hűtési eljárást talán ez válthatja fel. A magneto-kalorikus hatást már 1881-ben kimutatta E. Warburg német fizikus. Bizonyos anyagok felmelegednek, ha mágneses térbe helyezik őket, illetve lehűlnek, ha megszűnik a mágneses hatás. A jelenséget – amelyhez nem szükséges folyadék hűtőközeg – hűtésre egy négy fázisból álló körfolyamat ciklikus ismétlésével lehet felhasználni, egy magneto-kalorikus anyag mágnesezése és felmelegedéséve. A keletkezett hő elvezetése a szokásos módszerekkel történik, hőcserélővel történik. A mágnesezés megszűnésekor a keletkezett hideg felhasználását nevezik adiabatikus lemágnesezésnek is.
Mágneses hűtő, Forrás: https://icmagazin.hu/szemelygepjarmu/2020/09/villanymotor-magnetokalorikus-hutese/
Régen is voltak módszerek, hogy a romlandó élelmiszerek tartósítására: a hús füstölése, sózása, méz alatt tartása, egyes ételek erjesztése, vagy a zsírban sütés, miután a húst a zsír alatt hagyták, és a kihűlt zsírt tették hűvös helyre, kútba, kamrába, pincébe. A sajtokat textilbe tekerve a pincelépcsőn tárolták. Egyes hagyományőrző francia sajtgyártók még manapság sem teszik a sajtot a hűtőbe. A jeget egyes helyeken, pl. Tihanyban eltárolták nyárra, vermelték, és a kocsmárosok, hentesek és zöldségesek mellett a községek is létesítettek jégvermeket,. Régen, a 200-as évek elején Heliogabalus római császár hókupacokkal „klimatizált” kertjével ejtette bámulatba vendégeit, Nagy Sándor Perzsiából érkező jéggel hűttette a katonáinak szánt bort.
Jég a hűtőszekrényből (https://thehistoryinsider.com/the-ice-age-iceboxes-ice-delivery-and-the-rise-of-refrigerators/) Az 1950-es években elkezdték integrálni a jégkészítést a hűtőszekrényekbe, és 1965-ben a Frigidaire bemutatott egy modellt, amelynek jégadagolója közvetlenül az ajtóba volt beépítve, ami forradalmasította az amerikai konyhákat. A korai gépek félhold alakú kockákat gyártottak, később a gyártók kocka öntőformákat fejlesztettek ki. A technológia fejlődésével a jégkészítők elterjedtek, ma már szállodákban, éttermekben, kórházakban és még a vidámparkokban is megtalálhatóak, hatalmas ipari jégtömböket is gyártanak.
Folyamatosan működő jégkocka gyártó automata
A jelenleg használt légkondicionálók többsége úgynevezett osztott (split) klíma, ahol a kültéri egység (kondenzátor, kompresszor) és a beltéri egység (léghűtő, elpárologtató) két külön egységet képez. Az 1920-as évektől terjedtek el a lakásokban is. mikor kiderült, hogy a freon gáz fokozottan környezetszennyező, áttértek más gázok használatára. A kezdetben a készülék egy olyan jég készítő volt, melynek a hideg levegőjét hasznosították az orvosi kórtermek hűtésére. Akkoriban még szokásos volt a jégtáblák kereskedelme, így az jégüzletág vezetői nem hagyták érvényesülni a modern találmányt, ellehetetlenítették a tömeggyártását és elterjedését, a feltalálóját pedig ideg-összeroppanásba kergették. 50 évvel később, egy amerikai mérnök, egy nyomdának dolgozva fejlesztett ki egy olyan készüléket, ami eltüntette a párát, ami miatt a papír állandóan átnedvesedett, a festék pedig megfolyt. Az ötlete az volt, hogy a hidegebb levegő kevesebb nedvességet képes megtartani, ezért a nyomda levegőjét hűtött csöveken keringette, aminek a hatására a levegő lehűlt és a páratartalom egy része kicsapódott. A találmányt kezdetben boltok, mozik és színházak vették át majd a második világháború után már az otthonokba is bekerült.
Ma már fűtőtesteket is szerelnek a klíma-készülékekbe, és a használatuk a járművekben is általános. A klímaberendezések közé sorolhatjuk a párologtató léghűtőket, melyek legfeljebb a külső hőmérsékletnél 4-5 °C-kal alacsonyabb hőmérsékletet biztosítanak, de hűtőhatásuk jelentős. A párologtató/adiabatikus léghűtő kisebb elektromos teljesítményigényű (csak a ventilátort kell meghajtani). Közege víz és párologtatással hűt. Nem alkalmazható hatékonyan ott, ahol magas a külső páratartalom, például trópusi erdős övezetekben. Szellőzéssel együtt (hővisszanyerő szellőzéssel) és klímaberendezéssel együtt (előhűtőként) az iparban, kereskedelemben is, háztartási célra, ill. csarnokhűtés céljára is jól használható berendezés.
Az inverteres és a hagyományos (on-off) klímakészülékek közti legalapvetőbb eltérés a fordulatszám-szabályozás, mellyel kevesebb és fokozatosabb terhelés mellett jobb hűtési és fűtési hatékonyságot érhetünk el. A légkondicionálók fogyasztása csökken, és további előnye az inverteres gépeknek, hogy csendesebbek.
A Google központ szerverterme (https://hvg.hu/nagyitas/20121017_fotok_a_Google_adatkozpontjarol)
A számítógéptermek hűtése az 1950-es években kezdődött, és fontos volt a berendezések optimális működése és élettartama szempontjából. Különböző módszerek léteztek, mint a léghűtés, vízhűtés, folyadékhűtés, melyek közül a legmegfelelőbbet a terem mérete, a berendezések hőtermelése és ai időjárási jellemzők tényezők figyelembevételével lehet megválasztani. A számítógépházak egyedi hűtése a géptervezők feladata, a grafikuskártyáknál a jó hűtést nehéz biztosítani.
A termek léghűtése legegyszerűbben ventilátorokkal történt, megfelelő számú és elhelyezésű ventilátor szükséges a hatékony légáramlás biztosításához, a légmozgás irányát is figyelembe kell venni. Ma a vízhűtés, folyadékhűtés merítéssel: a szervereket folyadékba merítik, ami hatékonyabb hűtést biztosít, különösen a nagy szerverterekben. Az adatközpontokban és szervertermekben komoly probléma a nagy hőmennyiségek elvezetése a nagy terekben.
Hűtés az adatközpontokban, felhőközpontokban
A hűtőteljesítmény %-os arányára a globális összteljesítményben (fűtés, meleg víz, világítás, közlekedés, hűtés) ellentmondó adatok találhatóak az irodalomban https://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php?title=Energy_statistics_-_an_overview, ahol az energia eredetével, olaj, gáz, nap stb. foglalkoznak elsődlegesen. A hűtés a globális villamosenergia-felhasználás jelentős részét, a teljes globális villamosenergia-fogyasztás mintegy 10%-át teszi ki, és az épületek légkondicionálására és ventilátoraira fordítjuk. A szám talán háromszorosára fog nőni 2050-re, ha nem történik jelentős hatékonyságnövelés. Az épületekben a hűtés az áramfelhasználás közel 20%-át teszi ki, a hűtés a leggyorsabban növekvő rész. A növekedést a hőmérséklet emelkedése, a városiasodás és a légkondicionáláshoz való könnyű hozzáférés okozza. Ipari környezetben a hűtőrendszerek elengedhetetlenek a biztonságos és hatékony működés fenntartásához, különösen olyan ágazatokban, mint az élelmiszergyártás, az adatközpontok és a gyógyszeripar. Magyarországon a hűtő villamosenergia-felhasználás 2019-ben még a teljes energiafogyasztás 1%-ánál is kisebb volt, A 2024-es adat nem elérhető. A Nemzetközi Energiaügynökség (IEA) legújabb, a mesterséges intelligencia (AI) energetikai vonatkozásairól szóló jelentése szerint az AI-terjedésnek köszönhetően az évtized végére az adatközpontok villamosenergia fogyasztása a 2024-es szint duplájára emelkedhet. Bár az extra energiaszükségletet nagyrészt fedezi majd a megújulók termelése, és a növekvő akkumulátoros tárolókapacitás, az adatközpontok energiaigényének kielégítéséhez elengedhetetlen lesz a gáz- és szénalapú energiatermelés növelése (https://www.portfolio.hu/gazdasag/20250628/ez-az-uj-energiafalo-2030-ra-tobb-aramot-fogyaszt-majd-mint-egesz-japan-771069).
Az információtechnológiai eszközök (processzorok, chipek, tárolók stb.) üzemben tartása az adatközpontok teljes villamosenergia-fogyasztásának körülbelül 45%-át teszi ki? Ha nagyobb egy adatközpont internetes kapacitása, nagyobb az energiaigénye is. Az eszközök működésük közben jelentős mennyiségű hőt termelnek, ezért minden szerverterembe hűtőberendezéseket telepítenek a processzorok és szerverek hűtésére, megelőzve azok túlmelegedését és károsodását. A hűtőberendezések az adatközpont energiafogyasztásának átlagosan 38%-áért felelnek. A fogyasztás fennmaradó részét az eszközök védelmére szolgáló biztonsági rendszerek, a tartalék áramellátó rendszerek (Diesel aggregátorok), a villamos berendezések és a világítás teszik ki.
A processzorok, a szerverek hűtéséhez nagy mennyiségű víz is szükséges: egy nagyobb adatközpont naponta több mint 3,5 millió liter vizet használ el működése során. A mesterséges intelligenciát fejlesztő vagy alkalmazó létesítmények, melyek nagy mértékben használnak grafikus egységeket is, vízfogyasztása fokozott.
A kicsi, egy cég, kormányzati szerv vagy egy egyetem mellett létesített adatközpontok alacsony kihasználtsági rátával rendelkeznek, ezek kutatási-számítási és adathálózati célokat szolgálnak, és a teljes adatközponti terhelés körülbelül 10%-át jelentik. A nagyobb vállalati adatközpontok, amelyek a tulajdonos cégek, bankok kizárólagos használatát szolgálják, a teljes terhelés 20-30%-áért felelnek. A közös szerverek, a felhőszolgáltató adatközpontok olyan külső, önálló létesítmények, amelyeket a tulajdonos harmadik feleknek bérbe ad IT szervereik, hardvereik és adattároló eszközeik tárolására. Hasonlóak a felhőszolgáltatást nyújtó adatközpontok, melyek a fejlesztő tulajdonában vannak, így azok is csak bérelhetőek. Nagyobb méretük miatt több energiát fogyasztanak. A hiper-adatközpontok olyan hatalmas IT és CPU raktárak, amelyek ipari szintű felhőhasználatot tesznek lehetővé, ilyen adatközpontokat létesít és üzemeltet a Google (https://www.pcwplus.hu/vr/igy-nez-ki-360-fokban-a-google-adatkozpontja-175293.html), a Meta, a Microsoft és az Amazon Web Services is. A hiper-központok a teljes adatközponti terhelés 60-70%-áért felelnek.
A Google központ hütőterme, alatta egy hidegvízes medencével, mellette egy hűtőtorony van
Az adatközpontok jelentős energiafogyasztását fokozza, hogy világszerte gyorsan terjednek, különösen igaz ez az Egyesült Államokra, ahol gyorsan szaporodnak az adatközpontok. 2018-ban az országban mindössze 1000 adatközpont működött, amelyek energiafogyasztása 90 TWh körül mozgott. Ez az USA éves villamosenergia-fogyasztásának 1,9%-át jelentette. A következő három évben az adatközpontok száma megduplázódott (ekkor számuk elérte a 2600-at), 2021 és 2025 között pedig ismét kétszeresére nőtt. 2025 márciusában már 5426 adatközpont működött az USA-ban. Ezzel párhuzamosan azok villamosenergia-fogyasztása is emelkedett: 2023-ban 176 TWh-ra nőtt, így az USA áramfelhasználásának 4,4%-áért és 105 millió tonna kibocsátásért felelt. Ez az ország teljes kibocsátásának 2%-át jelentette, amely a 2018-as szinthez képest háromszoros növekedés. Késéssel, de a fejlett országok követni fogják az USA-t. Globális szinten az adatközpontok villamosenergia-fogyasztása 2030-ra a duplájára nőhet, elérheti a 945 TWh-t, ami meghaladja Japán jelenlegi teljes villamosenergia-felhasználását.
Az adatközpontok várhatóan több mint 20%-kal fognak hozzájárulni a villamos energia iránti kereslet növekedéséhez. A növekedés fő hajtóereje az AI: a mesterséges intelligencia adatközpontok energiaigénye az évtized végéig várhatóan négyszeresére nő. A Bloomberg-NEF jelentése szerint az adatközpontok energiafogyasztásának aránya a teljes villamosenergia-felhasználásban 2035-re várhatóan eléri a 4,5%-ot, majd 2050-re csaknem megduplázódva 8,7%-ra nő. Ami alacsonyabb az elektromos járművek által felhasznált energia (11,2% 2050-re), de meghaladja a légkondicionálók és hőszivattyúk együttes fogyasztását (7,1%). 2030-ra az amerikai adatközpontok éves energiaigénye akár 1050 TWh-ra is nőhet, az USA éves villamosenergia-szükségletének közel 12%-át kitéve. Ekkorra az adatközpontok energiafogyasztása önmagában a villamos energia iránti kereslet növekedésének majdnem felét fogja kitenni.
Az évtized végére az USA több villamos energiát fog adatközpontokra fordítani, mint az alumínium, acél, cement és vegyi anyagok gyártására együttesen. A Bloomberg-NEF szerint az AI-alapú adatközpontokat fejlesztő és működtető vállalatok „aránytalanul nagy hatással” lesznek az Egyesült Államok jövőbeni villamosenergia-piacára.
A fosszilis ésa kis nukleáris erőművek szerepe növekvő
A jelenlegi iparági trendek alapján az új adatközpontok energiaigényének kielégítésére elsősorban nap-, nukleáris és szélenergiát fognak használnak, mert gyorsabban és egyszerűbben építhetőek. Azonban Donald Trump amerikai elnök 2025. áprilisi 8-i rendelete szerint fel kell térképezni az Egyesült Államok azon régióit, ahol a meglévő szénalapú infrastruktúra támogatni tudná az AI működtetésére szolgáló adatközpontokat. Az amerikai adatközpontok által felhasznált villamos energiának már most több mint fele (56%) fosszilisekből származik.
A jelenlegi iparági trendek alapján az új adatközpontok energiaigényének kielégítésére elsősorban nap-, nukleáris és szélenergiát fognak használnak, mert gyorsabban és egyszerűbben építhetőek. Azonban Donald Trump amerikai elnök 2025. áprilisi 8-i rendelete szerint fel kell térképezni az Egyesült Államok azon régióit, ahol a meglévő szénalapú infrastruktúra támogatni tudná az AI működtetésére szolgáló adatközpontokat. Az amerikai adatközpontok által felhasznált villamos energiának már most több mint fele (56%) fosszilisekből származik.
Az új adatközpontok jelentette extra energiaigényt a Bloomberg-NEF szerint főként a földgáz elégítheti ki. Az Egyesült Államokban már több új fosszilis erőművet is bejelentettek, amelyeket adatközpontok mellé terveznek építeni. Louisiana államban a Meta új adatközpontja mellé egy nagyméretű gázerőmű építését tervezik. A vállalat eddigi legnagyobb, 10 milliárd dolláros, közel 400 ezer négyzetméteres adatközpontját tervezetten 2030-ban fejezik be. A villamosenergia-ellátást három gázturbinás erőmű biztosítja majd, összesen 2300 MW kapacitással. A Cloudburst nevű AI-startup és az Energy Transfer földgázvezetékekkel foglalkozó iparági óriás közös projektet tervez Texasban: egy adatközpontot és egy, annak közvetlen ellátását szolgáló, 1200 MW kapacitású gázerőművet építenek. Az Environment Integrity Project jelentése szerint Texas államban összesen 108 új gázerőmű építésére, valamint 17 meglévő kapacitásbővítésére nyújtottak be kérelmet, elsősorban az adatközpontok miatt növekvő energiaigény kielégítésére.