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简述地源热泵空调在数据中心应用趋势

发布日期:2017.09.28
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随着科技不断的发展,我们在享受科技带来便利的同时也开始注意环保和节能。现国家大力提倡和鼓励再生可持续能源的开发和利用,地源热泵作为绿色新型环保、可再生、可持续地源能的利用,国家也相继出台了一系列的法规和政策。

一、地源热泵的概念

地源热泵是陆地浅层能源通过输入少量的高品位能源(如电能)实现由低品位热能向高品位热能转移。地源热泵属于一种空调系统,可以供暖,也可以制冷,与其他空调系统不同的是,其冷热源为太阳能资源,不会对环境造成污染,属于一种清洁技术。该系统将土壤与水体当成一个集热器,用来收集太阳能并对其进行利用,这个巨型“集热器”中可以收集将进一半的太阳辐射能量,超过人类所能利用太阳能的500倍;我们可以将这个系统理解为一个能量平衡系统,土壤和水体保持能量平衡,一边会接收能量,一边又会发散能量,地源热泵技术就是要对这些将要发散出的能量加以利用,将该系统作为应用太阳能的一种途径。

地源热泵是利用大地(土壤,地层,地下水)作为冷热源。在较深的地层中,土壤的温度常年保持稳定,夏季时地下土壤的温度比室外空气的温度低,冬季时比室外温度高。在冬季时通过热泵把大地中的热量升高温度后为建筑供热,使大地的温度降低,蓄存了冷量;夏季时将建筑物中的热量排到大地中,使大地的温度升高,蓄存了热量,这样交替使用,提高了空调系统的能源利用率

二、地源热泵发展背景

1、国家层面颁布多部文件鼓励建设地源热泵系统

近期国家层面连续颁布了多部文件鼓励开发利用浅层地能,鼓励规模化建设地源热泵系统。

国家能源局、财政部、国土资源部、住房和城乡建设部等四部门于2013年发布关于促进地热能开发利用的指导意见【国能新能(201348号】,其中明确提出要积极推广浅层地热能开发利用,提高浅层地温能在城镇建筑用能中的比例。重点在地热能资源丰富、建筑利用条件优越、建筑用能需求旺盛的地区,规模化推广利用浅层地温能。鼓励政府投资的公益性建筑及大型公共建筑优先采用热泵系统,鼓励既有燃煤、燃油锅炉供热制冷等传统能源系统,改用热泵系统或与热泵系统复合应用。

2项目建设是落实国家可持续发展战略的需要

建设资源节约型和环境友好型社会是国家可持续发展战略的重要组成部分,而大力开发利用新能源是建设资源节约型和环境友好型社会的重要组成部分。地热资源作为新型清洁、环保、可再生纯绿色能源,因其具有储量巨大,开发技术成熟、节能环保效益显著等优点而在众多新型清洁能源中脱颖而出,并越来越受到重视。本项目的建设正是开发利用新型清洁能源——地源热泵系统为铜仁市云数据中心提供制冷供热服务,是对国家建设节约型城市、发展循环经济要求的积极响应。

3、项目是合理利用本地资源的需要

在对一个能源资源相对匮乏的地区,大部分能源资源依赖于外部输入,随着经济的快速发展,能源资源紧张的现象日益突出;同时由于传统化石能源资源的不可再生性,导致使用传统能源资源的成本不断大幅攀升。部分地区有着丰富的浅层地热能资源,并且浅层地热能资源可再生、无污染,可以用来作为该地区空调、供暖的最佳冷热源。

4、项目建设能在一定程度上减轻温室效应

常规建筑空调制冷方式向大气排放大量的热量,同时空调冷媒在分解过程还会产生大量的温室气体,导致环境温度不断上升。地源热泵系统则将建筑空调制冷产生的热量通过地下冷源循环至浅地表层,能够在一定程度减少温室气体的排放。

三、地源热泵系统在数据中心的运用

1、运行成本的降低

我们现在用一个建筑面积3600平方的数据中心进行对比,本次运行费用测算的水电价格如下:电价:0.71/KWh

由于数据中心空调系统主要以满足机房设备的冷负荷为主,且设备冷负荷全年稳定,不随着室外温度的变化而变化,因此以数据中心全年运行的工作状况下对两种空调系统的运行费用进行测算,结果如下:

1 两种系统综合效益经济分析表

系统名称

地源热泵系统

VRV系统

费用

与地源热泵差值

数据中心空调系统初投资(万元)

1795.60

771.89

-1023.71

数据中心年总运行费用(万元)

497.6

895.6

+398.05

地源热泵系统初投资比VRV系统高出部分的回收期(年)

2.57

数据中心15年总运行费用(万元)

7463.5

13434.3

+5970.8

数据中心15年使用期总成本(万元)

9259.6

14206.2

+4946.6

注:1.以地源热泵为基准,比地源热泵高的用“+”表示,比地源热泵低的用“-”表示。

2.“与地源热泵差值”是指VRV系统与地源热泵系统相对比。

通过上表对比分析可知,地源热泵系统运行费用较低,全部采用地源热泵方案和VRV系统相比地源热泵系统年节省运行费用398.05万元,初投资高出部分的回收期为2.57年。在15年使用期内地源热泵系统比VRV系统节省总成本4946.6万元,且地源热泵系统机房系统机组使用寿命长达20年,地下地埋管换热系统寿命更是长达50年。

 

  2、电力使用效率PUE值降低

衡量数据机房的重要指标——电力使用效率PUE。PUE=数据中心的总能耗/IT设备能耗

据统计,机房空调系统电耗占整个数据机房电耗的45%左右,其中冷源部分占到2/3。因此,优化数据机房冷却系统是最有效的节能措施,可以有效提高PUE 值。

数据中心全采用VRV系统的PUE1.9,仅办公部分使用地热泵的PUE1.83,若全采用地热泵的PUE1.49

近年来,我国数据中心发展迅猛,总量已超过40万个,年耗电量超过全社会用电量的4.5%,其中大多数数据中心的PUE仍普遍大于2.2。目前,美国数据中心平均电能使用效率(PUE)已达1.9,先进数据中心PUE已达到1.2以下。根据地热泵技术运行实际情况来看,地热泵技术平均能节约30%50%的电耗。

经上述各方面的综合分析,数据中心采用地源热泵系统是经济可行的,为更好地保证地源热泵系统项目运行效果,为后期深化设计提供地质资料,建议通过前期物探勘查工作,查明项目场区地层完整情况,为后期深化设计提供地质资料,为布设地埋孔布管孔位和水源井井位提供依据,进一步提高节能效果。