CN110022663B - 一种分布式能源和数据中心相结合的余热利用系统及其工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种分布式能源和数据中心相结合的余热利用系统及其工作方法，属于分布式能源系统综合利用领域。旨在提高当前分布式能源和数据中心系统的能效水平。本发明包括空气冷却冷余热利用系统及水冷余热利用系统，空气冷余热利用系统利用热泵技术将数据中心回风温度传给烟气热水型溴化锂机组排烟，一方面提高进入烟气换热器的排烟温度，从而提升换热效率及换热量；另一方面降低了回风温度，从而降低烟气热水型溴化锂机组提供的冷能；对于水冷余热利用系统，回水进入热水型溴化锂机组进行换热，充分利用余热，提升整个系统的能效水平。

Description

一种分布式能源和数据中心相结合的余热利用系统及其工作 方法
技术领域
本发明涉及分布式能源系统综合利用领域，尤其涉及到余热利用技术领域。
背景技术
数据中心是全球协作的特定设备网络，用来在网络基础设施上传递、加速、展示、计算、存储数据信息。数据中心一般是一个大型仓库，主要存放服务器和其它联网的计算机设备，这些设备保存着互联网上的大部分数据的同时，也为云计算提供必须的计算力。可以料想，数据中心会产生大量的热量，据悉，其能量使用密度超过一栋普通办公大楼百倍以上，因此数据中心的冷却技术是目前研究的重点。
“分布式能源”是指分布安装在需求侧的能源梯级利用，以及资源综合利用可再生能源和蓄能设施。通过在需求现场根据用户对能源的不同需求，实现“分配得当，各得其需，温度对口，梯级利用”式的供应能源，将输送环节的损耗将至最低，对能源吃光用尽，从而实现能源利用效能、效益的最大化及最优化。
分布式能源系统能够为周围提供冷能、热能以及电能，而数据中心主要的用能需求是电能即冷能，因此分布式能源系统和数据中心可以完美结合，如申请号为201310631854.5的中国专利。分布式能源系统为数据中心提供机柜等所需的电能，同时分布式能源系统产生冷冻水带走数据中心产生的热量，维持温度的稳定。
分布式能源系统原动机产生的高温烟气经过换热后，排烟温度仍有100℃以上，这部分烟气直接排放至大气中造成废热污染；同时，数据中心系统越来越强调能效水平的提高，节能降耗是目前研究的重点。
因此，如何进一步提高分布式能源系统及数据中心废热的利用率，提高系统的能效水平是目前研究的重要课题。
发明内容
目前，分布式能源系统存在排烟温度高，余热利用不充分的缺陷，而数据中心目前强调能源利用效率的问题。本发明提出一种分布式能源和数据中心相结合的余热利用系统及其工作方法，旨在提高当前分布式能源和数据中心系统的能效水平，通过空气冷却余热利用系统以及水冷冷却余热利用系统达到余热深度利用及节能的目的。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种分布式能源和数据中心相结合的余热利用系统，该系统由空气冷却余热利用系统及水冷冷却余热利用系统组成。
所述空气冷却余热利用系统包括内燃机、烟气热水型溴化锂机组、烟气换热器、热泵、风机、数据中心机柜、换热设备和烟囱。
所述水冷冷却余热利用系统包括循环水泵、水冷管道和热水型溴化锂机组。
所述内燃机、烟气热水型溴化锂机组、烟气换热器和烟囱依次连接；所述烟气热水型溴化锂机组的出口还与换热设备的入口连接，所述换热设备的出口分成两路，其中一路与烟气热水型溴化锂机组的入口连接，另一路通过风机连接至数据中心的送风口；所述数据中心布置有数据中心机柜，且数据中心设置有出风口；所述数据中心机柜贯穿设置有水冷管道，且水冷管道环形布置，在数据中心外部的水冷管道上设置有热水型溴化锂机组和循环水泵；所述出风口通过热泵连接至烟气热水型溴化锂机组与烟气换热器之间的管路上。
进一步而言，所述数据中心机柜设置有多个，所述水冷管道分成多路分别布置在多个数据中心机柜内。
进一步而言，所述送风口设置有多个，且送风口设置在数据中心的底部。
进一步而言，所述出风口设置在数据中心的顶部。
所述的分布式能源和数据中心相结合的余热利用系统的工作方法如下：
高温烟气从内燃机排出，进入烟气热水型溴化锂机组进行热量交换，此时排烟温度在100℃以上，尾部设置的烟气换热器进一步降低排烟温度；
烟气热水型溴化锂机组制取的冷冻水经换热设备给数据中心提供冷风，冷风从送风口送入机房，冷风带走数据中心机柜的散热量并从出风口排出，此时回风温度在28~35℃；回风与烟气热水型溴化锂机组出口的烟气之间设置的热泵，一方面提升烟气热水型溴化锂机组的排烟温度，提升换热效率；另一方面降低数据中心风冷系统的回风温度，从而间接降低烟气热水型溴化锂机组的冷量，节约能源消耗，风冷系统由风机维持循环；
数据中心水冷系统的冷却水供水温度在35~45℃，经水冷管道与数据中心机柜换热后，回水温度在65~75℃；回水进入热水型溴化锂机组制取冷冻水，同时回水温度降低，换热设备提供的冷能降低，水冷系统由循环水泵维持循环。
热泵以烟气热水型溴化锂机组的排烟为热源，以回风为冷源；回水进入热水型溴化锂机组中，换热后的水作为供水。
风机布置在风冷管路上，循环水泵布置在水冷管路上。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1、本发明结构合理，布置安装方便。
2、本发明采用热泵及余热吸收装置（热水型溴化锂机组、烟气换热器），深度利用了系统余热，达到节能降耗的作用。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图中：内燃机1、烟气热水型溴化锂机组2、烟气换热器3、热泵4、循环水泵5、出风口6、风机7、送风口8、数据中心机柜9、水冷管道10、热水型溴化锂机组11、换热设备12、烟囱13。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例
参见图1，本实施例中的分布式能源和数据中心相结合的余热利用系统，由空气冷却余热利用系统及水冷冷却余热利用系统组成。
空气冷却余热利用系统包括内燃机1、烟气热水型溴化锂机组2、烟气换热器3、热泵4、风机7、数据中心机柜9、换热设备12和烟囱13。
水冷冷却余热利用系统包括循环水泵5、水冷管道10和热水型溴化锂机组11。
内燃机1、烟气热水型溴化锂机组2、烟气换热器3和烟囱13依次连接；烟气热水型溴化锂机组2的出口还与换热设备12的入口连接，换热设备12的出口分成两路，其中一路与烟气热水型溴化锂机组2的入口连接，另一路通过风机7连接至数据中心的送风口8；数据中心布置有数据中心机柜9，且数据中心设置有出风口6；数据中心机柜9贯穿设置有水冷管道10，且水冷管道10环形布置，在数据中心外部的水冷管道10上设置有热水型溴化锂机组11和循环水泵5；出风口6通过热泵4连接至烟气热水型溴化锂机组2与烟气换热器3之间的管路上。
数据中心机柜9设置有多个，水冷管道10分成多路分别布置在多个数据中心机柜9内。
送风口8设置有多个，且送风口8设置在数据中心的底部。出风口6设置在数据中心的顶部。
本实施例中，分布式能源和数据中心相结合的余热利用系统的工作方法如下：
高温烟气从内燃机1排出，进入烟气热水型溴化锂机组2进行热量交换，此时排烟温度在100℃以上，尾部设置的烟气换热器3进一步降低排烟温度；
烟气热水型溴化锂机组2制取的冷冻水经换热设备12给数据中心提供冷风，冷风从送风口8送入机房，冷风带走数据中心机柜9的散热量并从出风口6排出，此时回风温度在28~35℃；回风与烟气热水型溴化锂机组2出口的烟气之间设置的热泵4，一方面提升烟气热水型溴化锂机组2的排烟温度，提升换热效率；另一方面降低数据中心风冷系统的回风温度，从而间接降低烟气热水型溴化锂机组2的冷量，节约能源消耗，风冷系统由风机7维持循环；
数据中心水冷系统的冷却水供水温度在35~45℃，经水冷管道10与数据中心机柜9换热后，回水温度在65~75℃；回水进入热水型溴化锂机组11制取冷冻水，同时回水温度降低，换热设备12提供的冷能降低，水冷系统由循环水泵5维持循环。
空气冷却余热利用系统中，内燃机1、烟气热水型溴化锂机组2和烟气换热器3依次布置，热泵4以烟气热水型溴化锂机组2的排烟为热源，以回风为冷源；风机7布置在风冷管路上。
水冷冷却余热利用系统中，回水进入热水型溴化锂机组11中，换热后的水作为供水，循环水泵5布置在水冷管路上。
虽然本发明以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种分布式能源和数据中心相结合的余热利用系统，其特征在于：包括内燃机（1），烟气热水型溴化锂机组（2），烟气换热器（3），热泵（4），循环水泵（5），风机（7），数据中心机柜（9），水冷管道（10），热水型溴化锂机组（11），换热设备（12），烟囱（13）；所述内燃机（1）、烟气热水型溴化锂机组（2）、烟气换热器（3）和烟囱（13）依次连接；所述烟气热水型溴化锂机组（2）的出口还与换热设备（12）的入口连接，所述换热设备（12）的出口分成两路，其中一路与烟气热水型溴化锂机组（2）的入口连接，另一路通过风机（7）连接至数据中心的送风口（8）；所述数据中心布置有数据中心机柜（9），且数据中心设置有出风口（6）；所述数据中心机柜（9）贯穿设置有水冷管道（10），且水冷管道（10）环形布置，在数据中心外部的水冷管道（10）上设置有热水型溴化锂机组（11）和循环水泵（5）；所述出风口（6）通过热泵（4）连接至烟气热水型溴化锂机组（2）与烟气换热器（3）之间的管路上；数据中心机柜（9）设置有多个，所述水冷管道（10）分成多路分别布置在多个数据中心机柜（9）内；所述送风口（8）设置有多个，且送风口（8）设置在数据中心的底部。
2.根据权利要求1所述的分布式能源和数据中心相结合的余热利用系统，其特征在于：所述出风口（6）设置在数据中心的顶部。
3.一种如权利要求1或2所述的分布式能源和数据中心相结合的余热利用系统的工作方法，其特征在于：
高温烟气从内燃机（1）排出，进入烟气热水型溴化锂机组（2）进行热量交换，此时排烟温度在100℃以上，尾部设置的烟气换热器（3）进一步降低排烟温度；
烟气热水型溴化锂机组（2）制取的冷冻水经换热设备（12）给数据中心提供冷风，冷风从送风口（8）送入机房，冷风带走数据中心机柜（9）的散热量并从出风口（6）排出，此时回风温度在28~35℃；回风与烟气热水型溴化锂机组（2）出口的烟气之间设置的热泵（4），一方面提升烟气热水型溴化锂机组（2）的排烟温度，提升换热效率；另一方面降低数据中心风冷系统的回风温度，从而间接降低烟气热水型溴化锂机组（2）的冷量，节约能源消耗，风冷系统由风机（7）维持循环；
数据中心水冷系统的冷却水供水温度在35~45℃，经水冷管道（10）与数据中心机柜（9）换热后，回水温度在65~75℃；回水进入热水型溴化锂机组（11）制取冷冻水，同时回水温度降低，换热设备（12）提供的冷能降低，水冷系统由循环水泵（5）维持循环。
4.根据权利要求3所述的分布式能源和数据中心相结合的余热利用系统的工作方法，其特征在于：热泵（4）以烟气热水型溴化锂机组（2）的排烟为热源，以回风为冷源。
5.根据权利要求3所述的分布式能源和数据中心相结合的余热利用系统的工作方法，其特征在于：回水进入热水型溴化锂机组（11）中，换热后的水作为供水。
6.根据权利要求3所述的分布式能源和数据中心相结合的余热利用系统的工作方法，其特征在于：风机（7）布置在风冷管路上，循环水泵（5）布置在水冷管路上。
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