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        區(qū)域能源與I DC綜合節(jié)能設(shè)計(jì)分析

        2021-10-09 05:05:16馬則權(quán)
        工程建設(shè)與設(shè)計(jì) 2021年13期
        關(guān)鍵詞:水罐供冷熱源

        馬則權(quán)

        (南京廣鑫能源服務(wù)有限公司,南京 211800)

        1 項(xiàng)目概況

        本能源站項(xiàng)目位于南京江北新區(qū),建筑面積37 408.9 m2,地下2 層,地上10 層;地下2 層布置能源站設(shè)備及數(shù)據(jù)中心(IDC)冷凍機(jī)房,屋頂布置冷卻塔、熱源塔。能源站滿足周邊2.2×104m2建筑供熱(供冷)需求。地上建筑面積為22 000 m2,全部為數(shù)據(jù)中心,機(jī)樓裝機(jī)容量約為3 087 個(gè)機(jī)架,數(shù)據(jù)中心建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)參考GB 50174—2017《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》A 級(jí)機(jī)房及T3 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)。

        2 能耗分析

        2.1 區(qū)域能源負(fù)荷計(jì)算

        基于單體建筑運(yùn)用DeST 模擬軟件進(jìn)行負(fù)荷模擬,根據(jù)南京地區(qū)氣象參數(shù),結(jié)合園區(qū)主流建筑特征進(jìn)行建模,可得到不同建筑業(yè)態(tài)的負(fù)荷指標(biāo)。研創(chuàng)園區(qū)域主要接入類(lèi)型為辦公、商業(yè)、住宅,再根據(jù)模擬結(jié)果分類(lèi)統(tǒng)計(jì)整個(gè)供能區(qū)域總能耗,按相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范以及參考以往區(qū)域能源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),考慮地塊內(nèi)各單體供能同時(shí)使用系數(shù)為0.75,統(tǒng)計(jì)可得本項(xiàng)目冬季設(shè)計(jì)總熱負(fù)荷為82 MW,夏季設(shè)計(jì)總冷負(fù)荷為165 MW。

        2.2 數(shù)據(jù)中心負(fù)荷計(jì)算

        數(shù)據(jù)中心空調(diào)冷負(fù)荷根據(jù)數(shù)據(jù)中心機(jī)房工藝設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算如下:建筑冷負(fù)荷約為1 345 kW,IT 設(shè)備冷負(fù)荷約為16 102 kW,電力動(dòng)力設(shè)備冷負(fù)荷約為1 964 kW,考慮部分富裕系數(shù),總冷負(fù)荷約為21 352 kW。

        3 區(qū)域能源可利用能源形式

        1)能源站雖然距長(zhǎng)江水域較近,但在該區(qū)域內(nèi)的長(zhǎng)江流域沿岸為綠水灣生態(tài)保護(hù)區(qū),且南京長(zhǎng)江江豚自然保護(hù)區(qū)亦在該區(qū)域范圍內(nèi),屬于國(guó)家一級(jí)管控區(qū),故本項(xiàng)目不采用江水源作為冷熱源的方案;

        2)能源站靠近一處污水廠,日污水處理量可達(dá)9×104m3,遠(yuǎn)期規(guī)劃最多日污水量為3.0×105m3,因此,優(yōu)先采用污水源熱泵系統(tǒng),可以分別滿足用戶的供冷、供熱需求[1]。

        3)其中,本項(xiàng)目采用3 座8 000 m3的水罐蓄能調(diào)峰,水蓄能系統(tǒng)可與原空調(diào)系統(tǒng)“無(wú)縫”連接,運(yùn)行安全可靠;其中,1 座蓄冷罐可以考慮兼作容災(zāi)備份冷源使用。

        4)本項(xiàng)目利用了高效的熱泵機(jī)組與溶液塔結(jié)合,在冬季進(jìn)行制熱。

        5)夏季運(yùn)行機(jī)組補(bǔ)充設(shè)置了高壓離心機(jī)組。

        6)針對(duì)數(shù)據(jù)中心常年需求冷負(fù)荷,通過(guò)水源熱泵和蓄水罐將熱量回收互為利用、調(diào)節(jié)。起到了區(qū)域能源站制熱,免費(fèi)為數(shù)據(jù)中心供冷的作用[2]。

        4 數(shù)據(jù)中心能源形式

        1)數(shù)據(jù)中心主機(jī)采用3+1 備份,機(jī)組制冷功率為7.2 MW,雙回路供回水。

        2)由于本項(xiàng)目冬季采用水源熱泵加水罐耦合進(jìn)行熱回收,因此冬季只有2 臺(tái)主機(jī)配置了免費(fèi)制冷板換,其他2 臺(tái)主機(jī)預(yù)留接口。

        5 區(qū)域能源站與數(shù)據(jù)中心機(jī)房耦合策略

        1)區(qū)域能源站和數(shù)據(jù)中心耦合建設(shè)不僅是形式上的創(chuàng)新,也是技術(shù)上的創(chuàng)新;首先,土地可以集約規(guī)劃事宜,地下建設(shè)能源站,地上建設(shè)數(shù)據(jù)中心,節(jié)約了土地資源。

        2)數(shù)據(jù)中心冬季使用民用水源熱泵熱回收模式提供的免費(fèi)冷源,可以降低數(shù)據(jù)中心PUE(數(shù)據(jù)中心總能耗與工廠設(shè)備能耗的比值)以及能耗費(fèi)用,熱回收對(duì)民用系統(tǒng)是1 個(gè)可靠的熱源,3 臺(tái)水源熱泵冬季通過(guò)水罐提取熱量;取水溫度16℃,回水溫度10℃;數(shù)據(jù)中心通過(guò)放冷板換進(jìn)行供冷:取水溫度10℃,回水溫度16℃;兩側(cè)能量的不平衡可以通過(guò)8 000 m3的水罐進(jìn)行耦合調(diào)節(jié);可以確保熱回收的利用率最大化。系統(tǒng)耦合流程見(jiàn)圖1。

        圖1 耦合系統(tǒng)流程圖

        3)區(qū)域能源系統(tǒng)與數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)耦合還可以為數(shù)據(jù)中心增加安全保障,大量的冷凍水可以提供更多的冗余時(shí)間,也可以在過(guò)渡季節(jié)進(jìn)行蓄冷供冷,降低運(yùn)行成本[3]。

        6 運(yùn)行策略及經(jīng)濟(jì)效益分析

        6.1 運(yùn)行策略

        夏季工況:數(shù)據(jù)中心采用自有設(shè)備和系統(tǒng),獨(dú)立運(yùn)行制冷機(jī)組進(jìn)行供冷,在蓄水罐設(shè)置下線水位用來(lái)保障數(shù)據(jù)中心應(yīng)急容災(zāi);區(qū)域能源站根據(jù)負(fù)荷大小按優(yōu)先設(shè)置等級(jí)開(kāi)啟污水源熱泵、蓄水罐、高壓離心機(jī)組、水源熱泵(冷卻塔模式)、熱源塔熱泵,根據(jù)接入負(fù)荷情況的變化可以調(diào)整蓄水罐供能功率來(lái)達(dá)到最佳的運(yùn)行策略。

        冬季工況:數(shù)據(jù)中心主要采用水罐免費(fèi)供冷模式,同時(shí)開(kāi)啟1 臺(tái)免費(fèi)制冷板換聯(lián)供,聯(lián)供的主要目的就是避免冷卻水水溫過(guò)低結(jié)冰;區(qū)域能源站根據(jù)負(fù)荷大小按優(yōu)先設(shè)置等級(jí)開(kāi)啟水源熱泵(熱回收模式)、污水源熱泵、蓄水罐、熱源塔熱泵,根據(jù)接入負(fù)荷情況的變化可以調(diào)整蓄水罐供能功率來(lái)達(dá)到最佳的運(yùn)行費(fèi)用。

        過(guò)渡季節(jié):數(shù)據(jù)中心主要通過(guò)冷卻塔預(yù)冷+ 高壓離心機(jī)組常規(guī)制冷方式,通過(guò)3 座水罐在夜間蓄冷、白天釋放的模式進(jìn)行運(yùn)行,可以大幅降低數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行成本。

        6.2 經(jīng)濟(jì)效益

        冬季按民用能源站免費(fèi)為數(shù)據(jù)中心提供冷量,可以減少原來(lái)冷卻塔免費(fèi)制冷時(shí)的電費(fèi)約5 849 479 元。

        過(guò)渡季節(jié)按夜間蓄能694 000 kW·h,機(jī)組運(yùn)行8 h 蓄能4 500×8=36 000 kW·h,運(yùn)行156 d 可節(jié)省約6 620 796 元。

        區(qū)域能源與IDC 耦合系統(tǒng)全年可節(jié)省約1 247 萬(wàn)元。

        7 耦合系統(tǒng)的特點(diǎn)

        1)數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)耗能較大,負(fù)荷穩(wěn)定,且全年使用,是能源站最優(yōu)質(zhì)客戶,保證能源站項(xiàng)目基礎(chǔ)收益。

        2)能源站服務(wù)于寫(xiě)字樓區(qū)的空調(diào)機(jī)組,往往夜間閑置,通過(guò)蓄能方案既降低數(shù)據(jù)中心能源成本,也大大提高了機(jī)組利用率和能源站的經(jīng)濟(jì)性。

        3)耦合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行的能源站系統(tǒng)可以大大降低數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)PUE 值。冬季數(shù)據(jù)中心的余熱可以得到充分的利用,提高了區(qū)域能站熱源的品質(zhì)。

        4)耦合系統(tǒng)可以大大降低項(xiàng)目的運(yùn)行費(fèi)用,創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益。

        5)耦合系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì)運(yùn)維空調(diào)系統(tǒng),降低了數(shù)據(jù)中心運(yùn)維團(tuán)隊(duì)費(fèi)用,且增加了運(yùn)維的安全性和穩(wěn)定性[3]。

        8 結(jié)語(yǔ)

        本項(xiàng)目根據(jù)自身特點(diǎn)和實(shí)際負(fù)荷需求,最大程度利用可再生能源、選用水蓄冷蓄熱技術(shù),對(duì)電能進(jìn)行削峰填谷,有利于緩解用電高峰期的電力壓力。同時(shí),在冬季利用熱泵以及水罐耦合原本2 個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng),將數(shù)據(jù)中心的“廢熱”利用到民用采用系統(tǒng)中,提高系統(tǒng)的能源利用效率,也創(chuàng)造了更好的經(jīng)濟(jì)效益。

        通過(guò)以上分析,耦合系統(tǒng)方案是在綜合能源利用系統(tǒng)方案基礎(chǔ)上的創(chuàng)新和提升。本文從幾方面對(duì)區(qū)域能源站和數(shù)據(jù)中心耦合系統(tǒng)進(jìn)行了研究分析,通過(guò)各項(xiàng)節(jié)能措施和運(yùn)行策略,使區(qū)域能源站和數(shù)據(jù)中心達(dá)到節(jié)能減排和低碳環(huán)保的效果,后期將達(dá)成可持續(xù)綠色運(yùn)營(yíng)的目的。

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