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
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:
- 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».
- 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.
- Конденсационные котлы. Эксплуатация теплоты от вентиляционных выбросов для работы котла и производства горячей воды.
- 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.
Список литературы
- M. Wahlroos, Future views on waste heat utilization – Case of data centers in Northern Europe /M. Pärssinen, S. Rinne // Renewable and Sustainable Energy Reviews Т. 82, февраль 2018. С. 1749-1764
- Яковлев И.В., Авдокунин Н.В. Утилизация теплоты вентиляционных выбросов центров обработки данных. Энергосбережение теория и практика. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://etp.mpei.ru/abstracts/Documents/2020-etip.pdf. Дата доступа: 14.04.21