数据机房废热回收与利用

2018-01-08 13:00 来源：本站

姚镝

摘要：本文阐述了利用热泵式机组将数据机房的废热作为冬季空调系统热源的可行性，其节能效果显著，该系统具有创新性，并且具有很好的推广应用前景。

关键词：数据机房、热泵、耦合空调系统

一、节能减排的必要性、紧迫性

1.1《巴黎协定》是2015年12月12日在巴黎气候变化大会上通过、2016年4月22日在纽约签署的气候变化协定，《巴黎协定》主要目标是将本世纪全球平均气温上升幅度控制在2摄氏度以内，并将全球气温上升控制在前工业化时期水平之上1.5摄氏度以内。我国于2016年9月加入《巴黎协定》，因此需要承担相应的节能减排措施，承担起一个负责任大国的责任与义务。

1.2节能减排与发展的矛盾

2018年我国总碳排风量约为115亿吨，为实现《巴黎协定》的目标，就要求我国在2050年的碳排放量降到目前的1/3；但随着现代化建设进程的不断加快与推进，我国的用能量却不断上升。

1.3建筑与数据机房的能耗

据统计2017年我国建筑总运行能耗为9.6亿吨标准煤，占全社会总能耗的20%[1]；数据机房的能耗也十分惊人，据工信部统计，2015年我国的数据机房耗电量就高达1000亿度，超过三峡水电站一年的发电总量，相当于4000万标准煤[2]，并且数据机房还在迅速发展。

如何降低建筑和数据机房的能耗是一个非常重要而紧迫的问题，如何解决节能减排与发展的矛盾，需要各行各业的人，不断创新与实践，为全人类共有的家园，做出自己的努力。

二、建筑的节能与数据机房废热回收利用耦合策略

2.1空调负荷特点分析

目前随着对数据依赖，办公楼中也都设置了各种规模的企业级数据机房；办公建筑中，有大量的用热需求，如冬季的空调热负荷、生活热水的加热负荷等等；同时数据机房又有大量的废热需要排除，以满足数据机房设备的正常运行，其废热量大且常年基本稳定。

2.2耦合节能策略

以往一般是建筑师和工程师以及数据机房工程师分别将办公与数据机房各自设置一套独立的运行系统，在各自的系统内，通过提升建筑的热工性能、改善设备的效率与气流组织形式等方式，实现节能目标。很少采用系统论的思维方式，考虑将办公与数据机房的空调系统作为一个整体，将数据机房的废热，通过热泵耦合方式，转移给办公部分加以利用。

下面本文将以中移动国际信息港二期工程为例，介绍这种新型的耦合模式的可行性与节能效果，希望更多的人能够认识和了解到这种系统。

三、耦合空调系统简介

3.1项目概况

本项目位于北京市昌平区沙河镇“中关村国家工程技术创新基地”西南部的C35地块，总建筑面积147500m2，其中1、2#楼地上9层，地下两层，建筑高度44.3米；3#楼地上3层，地下二层；1#楼地上为研发办公楼，地上建筑面积46224.5m2，地下建筑面积21811m2，2#楼地上为研发办公楼和数据机房，地上建筑面积46425.5m2，地下建筑面积20707m2；3#楼地上为配套商业、餐饮和企业文化展示，地上建筑面积6200m2，地下建筑面积5613m2；

图1 中移动国际信息港二期工程效果图

3.2空调耦合系统

2#数据机房的废热量为322.7kw，相当于本项目冬季总空调热负荷的40%，如果采用空调耦合系统，则可以节省4.5吨锅炉的安装容量，并且可以相应节省设备投资好机房建设费用，对于业主也具有很大的吸引力。经过反复的推敲与论证，最终本工程采用了空调耦合系统，系统原理图见图2、图3。

图2 空调系统原理图一

图3 空调系统原理图二

这套系统在充分节能同时，还具有非常大的运行调节灵活性，包括常规供热、耦合供热和联合供热三种供热模式，可以满足各种工况下供热需求。

A、常规供热模式

开启板式换热器HR-1-B1-1\HR-2-B1-1前电动调节阀至最大开度；关闭阀门V11、V13、V15\V17，开启阀门V12、V14\V16\V18。温度传感器T6\T9的温度高于50℃时，降低相对应的热水循环泵BR-1-B1-1~3以及BR-2-B1-1~3的转速；当两台水泵的流量低于额定流量的50%时，停开一台水泵；当一台水泵采用最低转速运行时，T6\T9的温度仍高于50℃，则调节HR-1-B1-1\HR-2-B1-1前电动调节阀开度。温度传感器T6\T9的温度低于50℃时，提高相对应的热水循环泵BR-1-B1-1~3以及BR-2-B1-1~3的转速；两台水泵全开时，T6\T9的温度仍低于50℃，则加大HR-1-B1-1\HR-2-B1-1前电动调节阀开度。

B、制冷机热泵供热模式

在联合工作模式下，以满足通信设备区环境要求的负荷为优先原则，将通信设备区制冷机房的冷却水作为研发办公楼冬季及过渡季空调供热的低品味热源，研发办公楼制冷机房内的制冷机组采用热泵方式运行，供给空调供热需要。关闭阀门V2\V6a\V9\V11、V12\V13、V14\V15\V17，开启阀门V1\V5\V7\V8\V10\V16\V18。温度传感器T15＞35℃时，减少制冷机出力，同时降低水泵转速，当制冷机出力与额定出力相差为一台制冷机容量时，停开一台制冷机及相关的冷冻水泵和冷却水泵。反之，温度传感器T15＜35℃时，则应加大制冷机容量和水泵转速，当制冷机全部满负荷运行时，温度传感器T15仍低于35℃，则转换至与板式换热器联合供热模式。

C、联合供热模式

制冷机热泵供热模式不能满足过渡季或冬季室内热舒适环境要求时，采用热泵与板式换热器联合供热模式。联合供热模式的控制要求参见常规供热模式控制要求。

采用年供热负荷延续图计算方法，详见表1，冬季的供热负荷需求为42073391.7MJ，数据机房在冬季供热总量为35966851.2MJ,占冬季供热总负荷的85.5%,也就是说三栋办公楼在冬季绝大部分的供热负荷可以由数据机房的废热供给。相当于节省了1228.9吨标准煤，减少3219.7吨CO2排放。按此推算，如果全国的数据机房的废热，PUE按照2.5选取，都采用耦合空调系统进行利用，仅此一项措施，就可以节省492.0万吨标准煤，减少1289.0万吨CO2排放，可见该系统具有巨大的节能减排潜力和推广价值。

表1 年热负荷计算表结论：