Способы утилизации теплоты вентиляционных выбросов ЦОД

Удаление сбросной теплоты центров обработки данных имеет очень весомое значение. В помещениях подобного типа важно правильно удалять излишки тёплого воздуха.

Безусловно, тепло можно выбрасывать в окружающую среду, но это будет иметь очень малую эффективность, ведь его можно использовать разными способами, которые принесут огромную пользу, и важный энергоресурс не будет утерян впустую. Это всё обозначается, учитывая то, что ЦОД бывают больших размеров и вмешают в себя крупные машины, выделяющие больше теплоты, чем центры поменьше.

Оценка энергоэффективности реальных ЦОД и анализ потенциала улавливания отработанного тепла были проведены в Финляндии. Результатами исследования  стало то, что 97% потребляемой электроэнергии может быть использовано в качестве отработанного тепла. Из этого был сделан вывод, что теплота, удаляемая из ЦОД мощностью 1 МВт, работающего на половине номинальной нагрузки, способна закрыть потребность в тепле для 30 000 м² не жилых зданий в год. Также изучение повторного использования сбросной теплоты ЦОД для отопления спа-салонов и коттеджей Северной Финляндии показало, что отработанное тепло почти полностью удовлетворяет потребность в тепле на площади в 60 000 м² [1].

Сравнив два различных варианта охлаждения ЦОД в здании Futura в Ювяскюля в Центральной Финляндии, пришли к заключению, что использование  сочетания автономного охлаждения с тепловыми насосами привело к экономии 280 тыс. евро за 20 лет по сравнению с использованием установок естественного охлаждения и холодильных машин [1].

Можно выделить несколько способов утилизации теплоты вентиляционных выбросов:

1. Использование тепловых насосов. С их помощью можно использовать теплоту вентиляционных выбросов для обогрева помещений и подогрева воды. Максимально эффективно их использовать, когда температура выбросов достаточно высока. На ЦОД часто используют тепловые насосы типа «антифриз-вода».
2. Применение теплообменников. Происходит передача тепла от вентиляционных выбросов на воздух, поступающий в систему вентиляции. К этому методу можно прибегать для подогрева воздуха без дополнительных затрат в вентиляционных системах.
3. Конденсационные котлы. Эксплуатация теплоты от вентиляционных выбросов для работы котла и производства горячей воды.
4. Передача теплоты вытяжного воздуха к приточному с применением схемы с промежуточным контуром и теплообменником с выпадением влаги.

В теплообменниках-теплоутилизаторах утилизация теплоты вытяжного воздуха позволяет использовать эту теплоту для подогрева воздуха, поступающего с улицы в охлаждаемое помещение. Нельзя подавать воздух напрямую при слишком низках температура, поэтому обязательно должен присутствовать промежуточный подогрев.

Рисунок 1 - Принципиальная схема утилизации теплоты вытяжного воздуха при помощи теплонасосной установки.
1 – теплообменник-утилизатор, 2 – тепловой насос типа «антифриз-вода», 3 – калорифер подогрева наружного воздуха, 4 – камера смешения, 5 – бак-аккумулятор, 6 – воздушная регулирующая заслонка, 7 – приточный вентилятор, 8 – циркуляционный насос, 9 – воздушный фильтр, 10 – воздухоохладитель. 

Рисунок 2 - Принципиальная схема утилизации теплоты вытяжного воздуха при помощи теплообменника утилизатора.
1 – теплообменник – утилизатор, 2 – калорифер подогрева наружного воздуха.

В тепловых насосах эта проблема обычно отсутствует, так как наружный воздух подогревает промежуточный теплоноситель (антифриз). Но и у этих аппаратов есть один нюанс. При использовании теплового насоса нужно учитывать длительность периода, за который рассчитывается экономия. Он ограничен температурой наружного воздуха 8 ℃ (длительностью отопительного периода). Его можно расширить на весь год с учётом того, что в летнее время тепловой насос будет работать в режиме охлаждения воздуха [2].

Применять утилизируемую теплоту можно разными способами. Всё обычно зависит от конкретных ситуаций, но зачастую эта теплота используется для обогрева помещений и подогрева воды. Это помогает уменьшить затраты на отопление и повысить энергоэффективность здания.