Computing heater: uso de computadores para aquecimento sustentável de salas e escritórios

Enquanto meu artigo anterior não foi excepcional, este aqui me deu certo orgulho.  Para compor a segunda nota de Globalização e Desenvolvimento Sustentável, a professora Laira nos propôs que procurássemos por uma tecnologia considerada sustentável baseando-se na sustentabilidade ambiental, social e econômica. Depois de pensar um pouco, me lembrei que tinha visto algo como um aquecedor que "minera bitcoin" e que seria interessante falar sobre, afinal juntaria diversos temas nas quais me atrai. Tirando o fato que as criptomoedas tiveram uma certa queda (uma terrível queda :/) nos últimos tempos, é visível que a tecnologia pode ter futuro - nos países com temperaturas mais frias. Depois de pesquisar (e muito) na nossa amada internet, "minerando" para achar informações para esse tema tão novo, deixo-os com o artigo, espero que gostem :v

GLOBALIZAÇÃO E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL

COMPUTING HEATER: USO DE COMPUTADORES PARA AQUECIMENTO SUSTENTÁVEL DE SALAS E ESCRITÓRIOS

Autores

Giovana Marchesin

Jean Mezzalira

João Marcos Santos

Renner Belo de Souza

Itatiba

2018

GLOBALIZAÇÃO E DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL 

Seminário de Pesquisa apresentado à disciplina de Globalização e Desenvolvimento Sustentável, dos Cursos de Engenharia Civil e Engenharia da Computação da Universidade São Francisco, sob a orientação metodológica da Profa Laira Lucia Damasceno de Oliveira, como exigência parcial para obtenção da nota referente à N2.

Prof(a). orientador(a) do seminário de Graduação: Laira Lucia Damasceno de Oliveira.

RESUMO

            Neste artigo é apresentado uma nova tecnologia que promete a substituição de aquecedores convencionais, através dos chamados aquecedores inteligentes, capazes de aquecer o ambiente e ainda executar processos computacionais.

            Desenvolvido por uma startup francesa, Qarnot, o QH-1 é um dos primeiros aquecedores que se utiliza do calor gerado pelos processamentos pesados de um computador, podendo minerar criptomoedas, gerando lucro para seu usuário e ainda gastando menos energia que um aquecedor comum.

         Além de sua função econômica, o QH-1 apresenta grandes impactos no âmbito social e ambiental, uma vez que pode ser integrado na sociedade de uma forma menos custosa para os integrantes de escolas e hospitais, e ainda substitui o uso de outros recursos naturais como madeira e carvão para o aquecimento do ambiente.

            Contudo, por ainda ser uma tecnologia que está começando a ser implementada, seu custo é elevado, mas as possibilidades de sua aplicação na sociedade como um todo, configura uma melhoria significativa no campo sustentável.  

         

PALAVRAS-CHAVE:  Aquecedor, Computador, Sustentabilidade e Calor.

INTRODUÇÃO

Aquecimento livre e verde. A empresa francesa Qarnot desenvolveu um aquecedor que aproveita o calor residual gerado pelo aquecimento do processador para entregá-lo diretamente aos ambientes, projetando o QH-1, o primeiro aquecedor de computação que incorpora microprocessadores como fonte de calor e conectado à Internet.
            O QH-1 é um aquecedor digital inteligente e conectado, fusão de um aquecedor elétrico e um servidor de computação de alto desempenho. (1) O calor é gerado através de computadores, onde o mesmo é um subproduto do processamento da carga de trabalho. A proposta do QH-1 é evitar o uso de sistemas de refrigeração buscando uma solução de aquecimento 100% sustentável. “O QH-1 é um sistema com alta inércia e produz um calor “suave” de alta qualidade, ao contrário dos convectores elétricos. O calor produzido é homogêneo e estável, distribuído uniformemente por toda a sala, garantindo o máximo conforto e um sentimento suave comparável ao do aquecimento central.’- Dizem o criadores Miroslav Sviezeny e Paul Benoit.

Dessa maneira, o produto pode realizar atividades computacionais pesadas, como hospedagem de serviços e mineração de criptomoedas, e a energia dissipada é reaproveitada. Além disso, apresenta um consumo de energia muito menor que outros aquecedores convencionais e é totalmente silencioso e discreto, como mostrado na figura 1.

Figura 1. Design do QH-1. Reprodução Qarnot, 2018.

OBJETIVOS

Este seminário tem como objetivo apresentar e “vender” um produto que seja sustentável e ao mesmo tempo tecnológico, abordando as questões da sustentabilidade social, econômica e ambiental, enfatizando a importância do equilíbrio entre esses temas para fornecer um modo de vida global mais sustentável. Constata-se também os benefícios e as dificuldades apresentadas pelo produto, onde e porque deve ser instalado, e as possibilidades dessas implementações tecnológicas para um futuro melhor.             

CARACTERÍSTICAS DA TECNOLOGIA

A criação do QH-1 foi impulsionada por uma visão exigente dos mais altos padrões de aquecimento e engenharia, de acordo com a Qarnot, um único modelo é capaz de aquecer uma sala de 150 a 300 pés quadrados em um prédio que atende aos padrões modernos de isolamento. Além dessas tecnologias, o aquecedor inteligente conta com diversas funções para incrementar a experiência do usuário.

Estrutura

A montagem do QH-1 tem como base um dissipador monobloco de alumínio preto puro que incorpora o calor suave de alta qualidade, sendo complementado por uma prateleira exclusiva disponível em diferentes materiais de alta qualidade (madeira, Corian®, concreto). Seu peso é de cerca de 33 kg e apresenta dimensões de 65 x 62,5 x 15 cm.

            Em sua construção computacional, o QH-1 conta com 3 unidades de processadores (Intel Core i7 @ 4GHz ou AMD Ryzen 7) além de de duas placas gráficas Sapphire Nitro+ Radeon RX 580. Segue a tabela 1 com as especificações técnicas:

Tabela 1.Tabela de especificações do QH-1. Reprodução Qarnot , 2018.

Recursos inteligentes
            Monitoramento da casa com seu aplicativo móvel Home by Qarnot, como exposto na figura 2, podendo gerenciar seu sistema de aquecimento e modificando cada temperatura QH-1 individualmente. Seu aplicativo permite que o usuário centralize e controle remotamente outros equipamentos, como lâmpadas inteligentes ou medidores conectados, sensores e switches.

Figura 2. Aplicativo “Home por Qarnot”. Reprodução Qarnot  2018

Com o aplicativo móvel ‘Home por Qarnot’ os usuários do QH-1 são capazes de:
 

●       Monitorar seu sistema de aquecimento em movimento e ajuste a temperatura correta de cada QH-1 individualmente

●       Acesso em tempo real aos consumos de eletricidade e água

●       Monitorar as indicações de qualidade do ar: onde enviará uma notificação quando a sala precisar de ar fresco.

●       Detectar presença desconhecida em casa enquanto estiverem fora, com o “modo de segurança”, através de seus aquecedores de computação

●       Acesso a Internet através de Wi-Fi

●       Carregar seu telefone apenas colocando-o na prateleira QH-1 com o carregamento sem fio.
Esses recursos podem ser personalizados sob demanda.

Pontos positivos e negativos de se adquirir um QH-1

            Pontos positivos

●       Sistema de aquecimento verde

●       Manutenção e substituição gratuitas a cada 5 anos

●       Plataforma aberta, compatível com as soluções Smart Home mais utilizadas (Homekit, Nest, EnOcean…)

●       Integração com o seu sistema de gerenciamento predial

●       Conectividade sem fio

●       Totalmente silencioso

●       Recursos inteligentes acessíveis por meio de um aplicativo móvel

○       Home by Qarnot para habitantes (edifícios residenciais)

○       Aplicativos específicos sob demanda para hotéis, hospitais,…etc.

Pontos negativos

●       Alto valor, custando em torno de €2900 euros.

●       Focado apenas em regiões com baixas temperaturas

Sustentabilidade Ambiental

A proposta do QH-1 é evitar o uso de sistemas de refrigeração buscando uma solução de aquecimento 100 % sustentável. Isso ocorre uma vez que o calor que antes seria perdido é canalizado por dissipadores ao ambiente, de maneira parecida com o exposto pela patente US20180004175A1 de Thomas Halikias intitulada “Heating Device Utilizing Computational or Processing Components”, divergindo apenas nas disposições das unidades de processamento centrais e gráficas e sistema de método de dissipação.

Ao se utilizar esse tipo de aquecedor pode-se contribuir ao meio ambiente uma vez que é integrado dois dispositivos em um único, fazendo assim uma economia de recursos naturais ao ser produzido apenas um dispositivo. Além disso, como será discutido posteriormente, aquecedores como o Qarnot QH-1 são muito mais econômicos que aquecedores convencionais baseados em uso de resistências.

Além dos pontos colocados, esse tipo de tecnologia pode impactar positivamente na preservação de florestas e diminuição do uso de outros recursos naturais. No gráfico 1 é mostrado as fontes de recursos para geração de calor na Finlândia.

Gráfico 1. Fontes para geração de calor na Finlândia.Statistic Finland 2017

Em uma situação hipotética onde se é utilizado em alta escala esse tipo de tecnologia de aquecimento, pode-se deduzir que haverá grande diminuição de uso de recursos naturais quando comparado com o mundo real atual. Desta forma grandes montantes de madeira, por exemplo, podem deixar de serem extraídas do meio ambiente.

Sustentabilidade Econômica

O QH-1 é muito mais econômico que um aquecedor convencional, e isso se deve ao remover os resistores, que geralmente integram esse tipo de dispositivo e consomem muito, e se fazer uso de unidades de processamento, estes muito mais eficientes e versáteis.

Na tabela 2, é mostrado os 10 primeiros resultados para aquecedores elétricos na amazon.fr enfatizando seu consumo de eletricidade (em Watts) e seu preço (em euros):

Nome do produto	Consumo (em Watts)	Preço (em Euros)
Rowenta SO2320F2	2000	38,49
AEG RA5521	2000	83,11
Clatronic Kh 3077	2000	37,60
Honeywell HZ445E	1800	71,67
KEYNICE Réchauffeur	950	42,99
Klarstein Datscha Digital	2200	134,99
Duronic HV101	2500	94,99
DH-QN05	950	41,99
Pro Breeze Mini	2000	42,99
Tristar KA-5039	2000	20,97

Tabela 2 - Consumo de aquecedores e seus preços. Dados extraídos pelos autores em 06/11/2048 em amazon.fr

                Ao observar os dados desta amostra de aquecedores é possível notar que o consumo médio x = 1840W (com seu desvio-padrão de s = 503, 21) é bem superior aos 650W do QH-1.

No gráfico 2 a seguir é mostrado a projeção linear dos custos de eletricidade pela Électricité de France (EDF), maior concessionária de eletricidade da França, em um domicílio com um contrato de eletricidade de 9 kVA em Tarif Bleu (Tarifa Azul) - resultando em € 0,1467 por kWh. Foi escolhido uma concessionária francesa uma vez que a startup que desenvolveu a tecnologia tema deste artigo também tem essa nacionalidade.

Gráfico 2 - Pelos autores

Analisando o gráfico 2, é visível a diferença entre o aquecedor inteligente e os demais aquecedores. Comparando com a média dos aquecedores convencionais (1840W), o QH-1 é cerca de €0,18 mais barato por hora.

Mineração de criptomoedas

            Criptomoeda é o termo utilizado para designar as moedas virtuais descentralizadas, tais como Bitcoin, Ethereum, Monero e EOS. O valor em reais dessas criptomoedas são determinados da mesma forma que funcionam as taxas de câmbio das moedas mundiais (MENDES, 2017) e também não é mantido por nenhuma organização governamental, desta forma, não ocorre incidência de inflação, pois não há emissão de novas moedas. O Bitcoin (BTC), por exemplo é limitado em 21 milhões de unidades (King, Williams, Yanofsky, 2013).

            Em 11 de novembro de 2018 o capital de mercado das 10 primeiras criptomoedas somavam R$ 676.426.706.023 de acordo com o CoinMaketCap.com (figura 3). Esse valor expressivo, comparado com o Produto Interno Bruto (PIB) de Portugal com dados do Banco Mundial, equivale aproximadamente a 83,57 % do PIB do país europeu.

Figura 3. Captura de tela pelos autores. CoinMarketCap,2018

Para o seu funcionamento e prevenção de fraudes, todas as operações de transferências são realizadas em blockchain e após concluída, é pago uma pequena taxa - simbolizando uma recompensa àqueles que auxiliaram a operação.

Essas recompensas são pagas pois todo o processo depende de um extensivo uso de poder computacional para solucionar e realizar as transações, que de acordo com os autores de BlockChain Technology: Beyond Bitcoin, se valem para:

1. Validar as entradas

2. Guardar as entradas

3. Preservar o histórico de registros

Na figura 4 a seguir, é mostrado as etapas necessárias para que uma transação seja efetivada.

           

Figura 4. Etapas para transferência de valores por blockchain. Reprodução BlockChain Technology: Beyond Bitcoin, 2016

Quando “A” envia dinheiro em criptomoeda para “B” (1), a transação é representada por um bloco (2) que é compartilhado por toda a rede (3) para ser validada (4). Se a transação é aprovada, o bloco é adicionado ao histórico de registros (5) e o valor é movido para a carteira de “B”.

            Assim, para que se tenha certo incentivo, é oferecido uma pequena  quantia de criptomoeda aqueles que queiram cooperar com o processo.

Relacionando com a tecnologia tema deste artigo, além de ser mais econômico, cerca de 65,37%, que um aquecedor convencional de resistências, já que consome apenas 650 watts, o dispositivo desenvolvido pela Qarnot pode minerar criptomoedas para se “auto pagar”, reduzindo e muito o valor mensal de energia gasta pelo aparelho e os demais equipamentos eletrônicos da casa. O aquecedor possui duas placas gráficas AMD Radeon RX 580 que podem minerar até 60 MH/s, o que, segundo as contas da TechCrunch deverá ser suficiente para fazer cerca de €100 euros por mês com o atual preço de Ethereum. (3)

Esse é um ponto interessante uma vez que coopera com as transações financeiras da rede (blockchain) validando e ajudando a torná-las mais seguras e também ao receber recompensas que podem contribuir na conta de eletricidade.

Sustentabilidade Social

            Atualmente, é estudado a possibilidade da disseminação de aquecedores inteligentes como o QH-1 pelos setores comunitários. Em países onde a condição climática é deverasmente baixa e a população necessita de aquecedores em quase todos os lugares fechados, a aplicação geral do QH-1 é algo que além de gerar serviços computacionais diversos para o âmbito social, ainda serve o propósito de aquecer o ambiente.

Por parte do governo, a possibilidade de um investimento para a substituição de aquecedores convencionais pelo QH-1 em lugares como escolas, setores públicos e hospitais, se torna viável apesar do alto custo, pois o retorno do investimento seria feito em longo prazo, e depois, haveria geração de lucro para o investimento social, além da diminuição de gastos de energia e de manutenção.

Já por parte das empresas que visão a mineração de criptomoedas ou a utilização de servidores em grande escala, acabariam em carência de espaço, pois seria incabível grande quantidade de QH-1 em um determinado espaço, já que o calor produzido alcançaria níveis muito altos, portanto, distribuindo pelos setores sociais, o objetivo da empresa seria atingido e ainda forneceria aquecimento para a população por um menor custo.

Na Finlândia, por exemplo, apresenta cerca de 64% do seu gasto de energia elétrica em aquecimento residencial, como mostrado no gráfico abaixo:

 

Gráfico 3. Energy Consumption in households by energy source in 2016 (Statistic Finland 2017)

Observando tal problema, dois engenheiros, Tri Nguyen e Anh Hoang, iniciaram um projeto para implementar um sistema de aquecedor inteligente em uma antiga escola, localizada na cidade Lohja, Finlândia (Figura 5) construída em 1905, com intuito de validar o uso da nova tecnologia. 

      Ao fazer uma simulação para medir a necessidade de aquecimento em relação a capacidade computacional no edifício (Figura 6) os resultados mostraram um menor consumo de energia, ainda somados com a aplicação na mineração de criptomoedas, confirmando ser um projeto completamente sustentável (Hoang, Nguyen, 2018).

                                       

Figura 5. Escola Hyrsylä em Lohja,Finlândia                           Figura 6..Simulação da escola Hyrsylä. Hoang, Nguyen, 2018 

RESULTADOS OBTIDOS

A proposta deste seminário foi “pesquisar e apresentar produtos que sejam completamente sustentáveis ”, com a finalidade de estudar e entender um pouco mais sobre a sustentabilidade de alguns artefatos.

●       Desenvolvimento

Através de pesquisas realizadas, pode-se dizer que o aquecedor  QH-1, foi desenvolvido com o propósito de ajudar a reduzir os gastos de energia com aquecedores residenciais e comerciais, uma vez que os comuns gastam cerca de R$ 111 mensais (consumindo no mínimo 8h diariamente numa frequência de 30 dias) . Além do benefício de custo, o QH-1 é um aquecedor completamente ecológico, onde reutiliza a energia gasta por processadores de computador para aquecer o ambiente.

É claro que apesar de tantos benefícios, existem também os contraditórios, onde o aparelho pode ser adquirido somente em determinadas regiões e o pior, o preço, custando em média 2900 euros.

Apesar de termos apenas dois pontos ruins a serem analisados, o aquecedor possui uma série de benefícios que acaba “compensando” o valor elevado e disponibilidade limitada, proporcionando mais qualidade de vida para seus usuários e o meio ambiente.

Contudo, podemos dizer que a empresa Qarnot, desenvolveu um produto viável e ecológico, onde podemos desfrutar de um aparelho completamente sustentável e funcional.

           

CONCLUSÃO

A partir do que foi exposto, acredita-se que essa tecnologia pode ter grande impacto no sistema de aquecimento mundial, assim como na mineração de criptomoedas. Contudo, é necessário uma evolução em termos de implementação e marketing,uma vez que a tecnologia ainda está em fase de crescimento, mas por enquanto apresenta resultados positivos em tudo que se propõe, sendo sustentavelmente econômico, ambiental e social._

PERSPECTIVAS FUTURAS

            Para o futuro, o desempenho dessa tecnologia dependerá de alguns fatores. Para sua aplicação em residências, uma estabilização dos preços das criptomoedas e também a sua difusão pode deixá lo mais atrativo aos consumidores. Para empresas que se localizam em regiões frias e que trabalham com animação 3D (maiores usuários desse tipo de tecnologia de aquecimento atualmente, de acordo com a Qarnot), desenvolvimento de software,  ou outras atividades que exigem processamento de dados de forma mais rápida, terão o retorno do investimento muito mais rápido, fazendo assim, que seu crescimento dependa apenas de tempo e marketing.

REFERÊNCIAS

Agora é possível minerar criptomoedas e aquecer a casa com um só dispositivo. Disponível em<engenhariae.com.br/tecnologia/agora-e-possivel-minerar-criptomoedas-e-aquecer-a-casa-com-um-so-dispositivo/>. (3) Acesso em 05/11/2018 às 12:45;

Amazon.fr -  Acesso em 06/11/2018 às 13:35

CoinMarketCap. Crypto-Currency                Market            Capitalizations . Disponível em: <http://coinmarketcap.com/> Acesso em: 8/11/2018

Computing Heater QH-1 | Qarnot Disponível em <qarnot.com/computing-heater_qh-1/> (2) Acesso em 5/11/2018 às 9:22;

GROSBT M., NACHIAPPAN, PATTANAYAK P. VERMA S. e al. BlockChain Technology: Beyond Bitcoin, Berkekey, 2016

Grille de prix de l’offre de fourniture d’électricité OFFRE POUR LES CLIENTS PARTICULIERS. EDF. Aplicável em 1º de outubro de 2018

Heating Device Utilizing Computational or Processing Components, HALIKIAS T. (2016) US20180004175A1

MENDES, Ana Carolina Camargo. Moeda Eletrônica Bitcoin: Análise do Uso na Cidade de Brasília – DF. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Edição 03. Ano 02, Vol. 01. pp 37-73, Junho de 2017. ISSN:2448-0959

NGUYEN T., HOANG A. Reusing Waste Heat from Cryptocurrency Mining to Heat Multi-Family House, Metropolia, 2018

Portugal | Data. World Bank. Disponível em <https://data.worldbank.org/country/portugal?view=chart> Acesso em 11/11/2018

Ritchie S. King, Sam Williams, David Yanofsky. «By reading this article, you're mining bitcoins». qz.com. Atlantic Media Co.

Statistic Finland. Energy consumption in households 2016. Helsinki, Official Statistic of Finland; 2017.