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数据中心水蓄冷技术

发布时间:2021-05-14 03:22:17浏览次数:

当今世界数据量爆发性增长和云计算的兴起推动了IDC产业的发展,其用电规模和占电网供电比例越来越大,并成为季节性冲击电网负荷供需平衡的主要因素。电力生产企业为缓解高峰用电紧张和低谷用电过剩的矛盾,制定峰、平、谷阶梯电价政策,引导IDC企业采用新科技、新技术、新方法错峰用电,降低电费成本。水蓄冷技术既响应了电力生产企业错峰用电需求,缓解了电网负荷负担。又能够为IDC企业大大节省空调电费,提高企业的经济效益。
通常情况下,蓄冷罐设计容量能保证系统正常运行15min,当系统前期运行时设备负荷只有设计负荷的10%~20%时,蓄冷灌可以保证系统运行75min~150min,在此基础上若采用夜间蓄冷,用电高峰时段使用蓄存的冷量,不仅可以减少冷机开启的时间,还能进一步节省系统运行费用。以北京地区为例,高低峰电价差比在4倍左右(通常该值超过3就认为适合采用蓄冷方式),即高峰时段使用1度电的费用可以在夜间低谷段使用4度,降低运行成本效果更佳明显。
黄庆河等学者对某数据机房进行实例分析,冷源配置3用1备,离心式冷水机组的容量为1300RT,设计供回水温度为10℃/16℃,夜间低谷电价时段开启备用冷机制备6℃的冷水储存在蓄冷罐内,白天用电高峰时段,冷水与冷冻水回水混合成10℃供给末端空调设备。分析表明采用蓄冷罐系统夜间蓄冷、白天放冷的节能运行设计,可以降低制冷系统运行费用,每年可节约9.03%的运行费用。
相关学者以福建地区某数据中心为例,蓄冷系统全年运行,该工程建筑面积约为19700m2,数据中心总冷负荷为16872kW。采用4台4219kW进出水温度(12/6℃)常用冷水机组及2台2110kW备用冷水机组,备用冷水机组兼用作蓄冷机组。按照每日23: 00~次日7: 00为电价低谷期,按8h计算,2台2110kW备用冷水机组满负荷运行8h,故蓄冷罐体积为5088m3。福建地区高低峰电价差比为2.78,经过计算,因采用蓄冷罐及运行费用增加的初投资回收期为1.96年。
又有一些学者在上海对某互联网公司机房进行了实例分析,建筑面积约28790m2,单独配置闭式蓄冷灌4350 m3作15min应急备用冷源。该项目夏季尖峰空调冷负荷约11000 kW,如此大的空调负荷,对电网的负载冲击很大,且每天空调电费巨大,于是提出在本项目采用水蓄冷空调技术。夜间谷时备用冷机和蓄冷冷机并联满负载循环工作两圈制备7℃冷水,储存在室外蓄冷罐内。第一圈进出水温19/13℃,第二圈进出水温13/7℃,蓄冷温差12℃,其最大制冷能力为61160kWh,蓄冷量60430kWh,其中210 m3冷水(2930kWh)作为应急备用冷源,其余4140 m3冷水(约57500 kWh)作为白天放冷使用。结论如下:
1)水蓄冷比常规电制冷空调方案初投资增加492.9万元。
2)水蓄冷比常规电制冷空调方案年运行费用减少230.2万元,机房10 年全寿命运行周期内,水蓄冷比电制冷空调方案共节省电费2302万元。
3)采用水蓄冷空调方案的静态投资回收期则为2.2年。
综上,采用水蓄冷技术不可避免会增加项目的初投资,但长远来看,节省的运行费用可在较短周期内回收增加的初投资,因此我们在相关项目的设计中,可参考这种做法。
目前还有一种技术发展趋势,将蓄冷罐耦合相变材料,加入相变材料后相同体积蓄冷罐可蓄存更多的冷量,或蓄存相同冷量所需的蓄冷罐体积减小。目前在办公建筑中已经有些地方采用了这种措施,有效减低了系统的运行能耗,但是否能应用在数据中心中,仍需研究确定。