CN217011533U - 一种基于数据中心废热利用的综合能源供冷、供热系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于数据中心废热利用的综合能源供冷、供热系统，包括水冷冷水机组、水源热泵机组、冷却塔一、冷却塔二、板式换热器、水泵一、水泵二、水泵三、水泵四、电动调节阀V1、电动二通阀V2、电动二通阀V3、电动二通阀V4、电动二通阀V5、电动二通阀V6、电动二通阀V7、电动二通阀V8、控制器及管道系统。本实用新型利用数据中心的废热供配套建筑物供热，可有效降低供热系统的碳排放，起到能源梯级利用和节能环保目的；利用数据中心废热供热的同时能实现数据中心的免费供冷，极大降低数据中心的供冷耗电量；具有初投资低，能效高，环境友好的特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于数据中心废热利用的综合能源供冷、供热系统，尤其涉及基于废热利用的居民、商业集中供冷、供热系统，属于集中供冷、供热领域。
背景技术
随着经济的发展，大数据、互联网以及人工智能这些科技逐步融入进我们的生活，数据中心建设对于城市的发展至关重要。数据中心二十四小时连续工作，设备运行中产生大量的热量，排热量大，排热量稳定。一方面，随城市发展，新建建筑供热缺口日益扩大，冬季因供热带来的碳排放和环境污染急需缓解，政府引导和鼓励以电和天然气替代煤供热；另一方面，数据中心消耗的电能中接近90%转化为热能，数据中心产生的这些热量都散发到了外部环境中，没有很好地回收利用，造成了能源浪费。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷，提供一种基于数据中心废热利用的综合能源供冷、供热系统，基于数据中心废热利用，以电能为主要能源，空气能、天然气为补充的综合能源供冷、供热系统，解决数据中心配套办公楼和周边民用、商业建筑供冷、供热问题。
为解决这一技术问题，本实用新型提供了一种基于数据中心废热利用的综合能源供冷、供热系统，包括水冷冷水机组、水源热泵机组、冷却塔一、冷却塔二、板式换热器、水泵一、水泵二、水泵三、水泵四、电动调节阀V1、电动二通阀V2、电动二通阀V3、电动二通阀V4、电动二通阀V5、电动二通阀V6、电动二通阀V7、电动二通阀V8、控制器及管道系统，所述水源热泵机组供冷、供热端与供冷、供热用户供回水管道连接，通过水泵四循环水源热泵机组制取的冷热水为用户供冷、供热；水源热泵机组冷却、吸热端一路经电动二通阀V8与冷却塔二布水盘管道连接，另一路经电动二通阀V6进入冷却塔一接水盘；冷却塔二接水盘出水经电动二通阀V7、以及冷却塔一接水盘出水端中的一路依次经电动二通阀V5和水泵三与水源热泵机组的冷却、吸热端管道连接，通过水泵三运行，夏季水源热泵机组与冷却塔二连接循环运行，冬季水源热泵机组与冷却塔一连接循环运行；所述水冷冷水机组供冷端经过水泵二管道接数据中心；水冷冷水机组冷却端经冷却水回水管道接冷却塔一后经水泵一和冷却水供水管道回水冷冷水机组冷却端，形成冷却水循环；所述水冷冷水机组与板式换热器并联，板式换热器一端供回水管道接水泵一与水冷冷水机组之间的冷却水供水管道，接口间设电动调节阀V1，靠近水泵一的管道上设有电动二通阀V2；板式换热器另一端供回水管道接水冷冷水机组与水泵二之间的冷冻水管道，接口间设电动二通阀V3，靠近水泵二的管道设电动二通阀V4。
所述综合能源供冷、供热系统在供热管道主干管回水管上接入空气源热泵机组，所述空气源热泵机组及水泵五串联在水源热泵机组的上游，配套建筑用户供热回水先经空气源热泵机组加热后，再进入水源热泵机组二次加热。
所述综合能源供冷、供热系统在供热管道主干管供水管上接入燃气热水锅炉，所述燃气热水锅炉及水泵六串联在水源热泵机组的下游，供热回水先经水源热泵机组加热后，再进入燃气热水锅炉二次加热。
所述控制器通过控制线连接电动调节阀V1和所有电动二通阀阀门、温度传感器T1和温度传感器T2、水源热泵机组、水冷冷水机组、冷却塔一、冷却塔二和所有水泵，控制水源热泵机组、水冷冷水机组、冷却塔一、冷却塔二和水泵的启停和运行频率，控制电动阀门的开启和关断，监测和控制冷却塔一冷却水和数据中心冷冻水的供水温度；冬季利用数据中心废热供热：电动二通阀V7、电动二通阀V8关闭，电动二通阀V5、电动二通阀V6开启，水泵三、水泵四运行，水源热泵机组运行；冬季为数据中心免费供冷：电动二通阀V2、电动二通阀V4开启，电动二通阀V3关闭，水泵一、水泵二运行，根据温度传感器T1的温度设定值10.5℃控制冷却塔一的风机频率和启停，电动调节阀V1的开度控制板式换热器的出水温度，即根据温度传感器T2的数值调节电动调节阀V1的开度。
有益效果：本实用新型利用数据中心的废热供配套建筑物供热，可有效降低供热系统的碳排放，起到能源梯级利用和节能环保目的；利用数据中心废热供热的同时能实现数据中心的免费供冷，极大降低数据中心的供冷耗电量。本实用新型具有初投资低，能效高，环境友好的特点。
附图说明
图1为本实用新型的系统原理图；
图2为本实用新型数据中心废热供热和免费制冷控制系统原理图；
图3为本实用新型空气源热泵补充供热系统原理图；
图4为本实用新型燃气热水锅炉补充供热系统原理图。
图中：1、水冷冷水机组；2、水源热泵机组；3、冷却塔一；4、冷却塔二；5、板式换热器；6、水泵一；7、水泵二；8、水泵三；9、水泵四；10、电动调节阀V1；11、电动二通阀V2；12、电动二通阀V3；13、电动二通阀V4；14、电动二通阀V5；15、电动二通阀V6；16、电动二通阀V7；17、电动二通阀V8；18、控制器；19、空气源热泵机组；20、水泵五；21、水泵六；22、燃气热水锅炉；23、温度传感器T1；24、温度传感器T2。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型做具体描述。
如图1-图4所示，本实用新型提供了一种基于数据中心废热利用的综合能源供冷、供热系统，包括水冷冷水机组1、水源热泵机组2、冷却塔一3、冷却塔二4、板式换热器5、水泵一6、水泵二7、水泵三8、水泵四9、电动调节阀V110、电动二通阀V211、电动二通阀V312、电动二通阀V413、电动二通阀V514、电动二通阀V615、电动二通阀V716、电动二通阀V817、控制器18及管道系统，所述水源热泵机组2供冷、供热端与供冷、供热用户供回水管道连接，通过水泵四9循环水源热泵机组2制取的冷热水为用户供冷、供热。水源热泵机组2冷却、吸热端一路经电动二通阀V817与冷却塔二4布水盘管道连接，另一路经电动二通阀V615进入冷却塔一3接水盘；冷却塔二4接水盘出水经电动二通阀V716、以及冷却塔一3接水盘出水端中的一路依次经电动二通阀V514和水泵三8与水源热泵机组2的冷却、吸热端管道连接，通过水泵三8运行，夏季水源热泵机组2与冷却塔二4连接循环运行，冬季水源热泵机组2与冷却塔一3连接循环运行；所述水冷冷水机组1供冷端经过水泵二7管道接数据中心；水冷冷水机组1冷却端经冷却水回水管道接冷却塔一3后经水泵一6和冷却水供水管道回水冷冷水机组1冷却端，形成冷却水循环；所述水冷冷水机组1与板式换热器5并联，板式换热器5一端供回水管道接水泵一6与水冷冷水机组1之间的冷却水供水管道，接口间设电动调节阀V110，靠近水泵一6的管道上设有电动二通阀V211；板式换热器5另一端供回水管道接水冷冷水机组1与水泵二7之间的冷冻水管道，接口间设电动二通阀V312，靠近水泵二7的管道设电动二通阀V413。
所述水源热泵机组2与冷却塔二4、水泵三8、水泵四9配套使用，电动二通阀V716、电动二通阀V817开启，电动二通阀V514、电动二通阀V615关闭，水源热泵机组2制冷工况运行，用于配套建筑的夏季制冷；所述水冷冷水机组1与冷却塔一3、水泵一6、水泵二7配套使用，电动二通阀V211、电动二通阀V413关闭，电动调节阀V110、电动二通阀V312开启，用于为数据中心夏季和过渡季节供冷；所述水源热泵机组2制热工况运行：电动二通阀V716、电动二通阀V817关闭，电动二通阀V514、电动二通阀V615开启，水泵三8循环冷却塔一3集水盘中的水进入水源热泵机组2，设计进/出水温度为10.5℃/5.5℃，水源热泵机组2消耗少量电能，提取10.5℃低温水中的热量，以中温热水的形式，通过水泵四9的输送供用热用户，用户采用高温水源热泵机组2制热，供热水温范围为45-70℃，可根据用户侧的供热温度要求调节热水温度，供回水温差为5-10℃，为数据中心配套的办公楼和周边建筑供热；冬季，数据中心免费供冷：电动二通阀V312关闭，电动二通阀V211、电动二通阀V413开启，冷却塔一3集水盘的10.5℃低温水经水泵一6输送，进板式换热器5换热，设计进/出口温度10.5/16.5℃，水泵二7循环数据中心冷冻水经板式换热器5冷却，设计进/出水温度18/12℃，即数据中心供水温度12℃，回水温度18℃；水泵一6的循环水经板式换热器5后进水冷冷水机组1，在水冷冷水机组1中循环后回冷却塔一3顶部布水盘，冷却塔一3的风机根据冷却塔一3的供水温度调节频率和启停；水源热泵机组2供热的同时为数据中心制冷，再配以冷却塔一3的散热，实现冬季数据中心100%的免费制冷，理论上冬季水冷冷水机组1不开机，完成数据中心供冷，水冷冷水机组1备用。如果环境湿球温度较高，同时水源热泵机组2对应的热负荷较低，水源热泵机组2和冷却塔3免费制冷量不能满足数据中心的用冷，阀门、水泵等无需切换，水冷冷水机组1具备随时启动的条件，可快速启动投入运行补充数据中心的供冷，回收数据中心废热的同时，充分考虑了数据中心的供冷安全，水源热泵机组2无论负荷波动或者故障停机，数据中心供冷系统均可独立安全运行，能快速响应数据中心的用冷需求，回收废热的热泵系统对数据中心的供冷系统无任何干扰。
所述综合能源供冷、供热系统在供热管道主干管回水管上接入空气源热泵机组19，所述空气源热泵机组19及水泵五20串联在水源热泵机组2的上游，配套建筑用户供热回水先经空气源热泵机组19加热后，再进入水源热泵机组2二次加热；空气源热泵机组19可以作为热源补充，提高水源热泵机组2的供水温度，提高水源热泵机组2的供热输送能力。
所述综合能源供冷、供热系统在供热管道主干管供水管上接入燃气热水锅炉22，所述燃气热水锅炉22及水泵六21串联在水源热泵机组2的下游，供热回水先经水源热泵机组2加热后，再进入燃气热水锅炉22二次加热，在水源热泵机组2的供热能力不足时，作为热能补充。
串联的空气源热泵系统或者燃气锅炉热水系统与原有的供热系统相对独立，系统的启停或故障对原有系统正常运行不产生影响；采用空气源热泵机组上游串联补充供热或者燃气热水锅炉下游串联补充供热，对原有供热系统无任何改动，系统简单，系统建设成本低。
水源热泵机组2供热系统75%以下的时间供热负荷在最大热负荷65%以下，以水源热泵机组2系统为基础热源，热负荷供热量占比65%；空气源热泵系统或者燃气锅炉热水系统为补充热源，占比35%，可增加供热面积0.35/0.65×100%=54%，系统总的运行能效变化不大，增加了54%的供热面积，解决了新增供热问题，初投资较低，为投资者带来较好的经济效益。
所述控制器18通过控制线连接电动调节阀V110和所有电动二通阀阀门、温度传感器T123和温度传感器T224、水源热泵机组2、水冷冷水机组1、冷却塔一3、冷却塔二4和所有水泵，控制水源热泵机组2、水冷冷水机组1、冷却塔一3、冷却塔二4和水泵的启停和运行频率，控制电动阀门的开启和关断，监测和控制冷却塔一3冷却水和数据中心冷冻水的供水温度；冬季利用数据中心废热供热：电动二通阀V716、电动二通阀V817关闭，电动二通阀V514、电动二通阀V615开启，水泵三8、水泵四9运行，水源热泵机组2运行；冬季为数据中心免费供冷：电动二通阀V211、电动二通阀V413开启，电动二通阀V312关闭，水泵一6、水泵二7运行，根据温度传感器T123的温度设定值10.5℃控制冷却塔一3的风机频率和启停，电动调节阀V110的开度控制板式换热器5的出水温度，即根据温度传感器T224的数值调节电动调节阀V110的开度，保障数据中心冷冻水的供水温度。
本实用新型利用数据中心废热供热，初投资只有常规地源热泵系统的40%，投资低系统能效高，系统供热COP在4.0左右，供热运行费用低；从数据中心供冷系统的冷却塔取冷却水做水源热泵机组的热源，高效供热的同时为数据中心免费制冷，配以冷却塔散热，冬季实现数据中心100%的免费供冷，相对于传统的只有板式换热器+冷却塔的免费供冷系统，节能60%以上；废热利用系统与数据中心制冷系统管路独立，互不干扰，废热得到利用的同时保证了数据中心的安全供冷；采用空气源热泵机组上游串联补充供热与燃气热水锅炉系统下游串联补充供热，解决了新增供热的问题，且初投资低，整体运行费用较低。
本实用新型上述实施方案，只是举例说明，不是仅有的，所有在本实用新型范围内或等同本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包围。
Claims (4)
1.一种基于数据中心废热利用的综合能源供冷、供热系统，其特征在于：包括水冷冷水机组(1)、水源热泵机组(2)、冷却塔一(3)、冷却塔二(4)、板式换热器(5)、水泵一(6)、水泵二(7)、水泵三(8)、水泵四(9)、电动调节阀V1(10)、电动二通阀V2(11)、电动二通阀V3(12)、电动二通阀V4(13)、电动二通阀V5(14)、电动二通阀V6(15)、电动二通阀V7(16)、电动二通阀V8(17)、控制器(18)及管道系统，所述水源热泵机组(2)供冷、供热端与供冷、供热用户供回水管道连接，通过水泵四(9)循环水源热泵机组(2)制取的冷热水为用户供冷、供热；水源热泵机组(2)冷却、吸热端一路经电动二通阀V8(17)与冷却塔二(4)布水盘管道连接，另一路经电动二通阀V6(15)进入冷却塔一(3)接水盘；冷却塔二(4)接水盘出水经电动二通阀V7(16)、以及冷却塔一(3)接水盘出水端中的一路依次经电动二通阀V5(14)和水泵三(8)与水源热泵机组(2)的冷却、吸热端管道连接，通过水泵三(8)运行，夏季水源热泵机组(2)与冷却塔二(4)连接循环运行，冬季水源热泵机组(2)与冷却塔一(3)连接循环运行；所述水冷冷水机组(1)供冷端经过水泵二(7)管道接数据中心，水冷冷水机组冷却端经冷却水回水管道接冷却塔一(3)后经水泵一(6)和冷却水供水管道回水冷冷水机组(1)冷却端，形成冷却水循环；所述水冷冷水机组(1)与板式换热器(5)并联，板式换热器(5)一端供回水管道接水泵一(6)与水冷冷水机组(1)之间的冷却水供水管道，接口间设电动调节阀V1(10)，靠近水泵一(6)的管道上设有电动二通阀V2(11)；板式换热器(5)另一端供回水管道接水冷冷水机组(1)与水泵二(7) 之间的冷冻水管道，接口间设电动二通阀V3(12)，靠近水泵二(7)的管道设电动二通阀V4(13)。
2.根据权利要求1所述的基于数据中心废热利用的综合能源供冷、供热系统，其特征在于：所述综合能源供冷、供热系统在供热管道主干管回水管上接入空气源热泵机组(19)，所述空气源热泵机组(19)及水泵五(20)串联在水源热泵机组(2)的上游，配套建筑用户供热回水先经空气源热泵机组(19)加热后，再进入水源热泵机组(2)二次加热。
3.根据权利要求1所述的基于数据中心废热利用的综合能源供冷、供热系统，其特征在于：所述综合能源供冷、供热系统在供热管道主干管供水管上接入燃气热水锅炉(22)，所述燃气热水锅炉(22)及水泵六(21)串联在水源热泵机组(2)的下游，供热回水先经水源热泵机组(2)加热后，再进入燃气热水锅炉(22)二次加热。
4.根据权利要求1～3任一项所述的基于数据中心废热利用的综合能源供冷、供热系统，其特征在于：所述控制器(18)通过控制线连接电动调节阀V1(10)和所有电动二通阀阀门、温度传感器T1(23)和温度传感器T2(24)、水源热泵机组(2)、水冷冷水机组(1)、冷却塔一(3)、冷却塔二(4)和所有水泵，控制水源热泵机组(2)、水冷冷水机组(1)、冷却塔一(3)、冷却塔二(4)和水泵的启停和运行频率，控制电动阀门的开启和关断，监测和控制冷却塔一(3)冷却水和数据中心冷冻水的供水温度；根据温度传感器T1(23)的温度设定值10.5℃控制冷却塔一(3)的风机频率和启停，电动调节阀V1(10)的开度控制板式换热器(5)的出水温度，即根据温度传感器T2(24)的数值调节电动调节阀V1(10)的开度。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202123082500.9U CN217011533U (zh) | 2021-12-09 | 2021-12-09 | 一种基于数据中心废热利用的综合能源供冷、供热系统 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN217011533U true CN217011533U (zh) | 2022-07-19 |
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| CN202123082500.9U Active CN217011533U (zh) | 2021-12-09 | 2021-12-09 | 一种基于数据中心废热利用的综合能源供冷、供热系统 |
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