SoSo CAD
Bilimsel makalePDF2025

Isı Pompaları ve Organik Rankine Çevrimlerinin Farklı Kombinasyonlarıyla Sıvı Soğutmalı Veri Merkezlerinin Atık Isı Geri Kazanımı için Carnot Bataryalarının Termo-Ekonomik Potansiyeli

Özgün başlık Thermo-Economic Potential of Carnot Batteries for the Waste Heat Recovery of Liquid-Cooled Data Centers with Different Combinations of Heat Pumps and Organic Rankine Cycles

Energies (MDPI AG) · Xiaoyu Zhou, Xinxing Lin ve diğerleri

Makale sıvı soğutmalı veri merkezleri için bir Carnot batarya öneriyor: ısı pompası veri merkezi atık ısısını yükseltip depoluyor (şarj), organik Rankine çevrimi (ORC) sonra bunu elektriğe çeviriyor (deşarj).

Belgeyi okuİndir (PDF, 0,8 MB)Özgün kaynağa git

CC BY 4.0 — atıf vererek paylaşabilirsiniz

Bu sayfada

Özet

Sıvı soğutmalı veri merkezlerindeki bol atık ısıyı tam geri kazanmak ve işletme maliyetini azaltmak için ısı pompası (HP) ve ORC'den oluşan Carnot batarya öneriliyor. HP ve ORC'nin farklı çevrim durumları olduğundan dört altkritik ve transkritik HP/ORC kombinasyonu karşılaştırılıyor, çalışma akışkanları eleniyor ve gidiş-dönüş verimi (RTE), ekserji verimi ve özgül maliyet için termo-ekonomik modeller kuruluyor. Tasarım koşulları HP evaporatörüne 70 °C'de giren ve 60 °C'de çıkan sıvı soğutmalı veri merkezi soğutucusu (0,1 MPa), 8 saat şarj süresi ve 30 °C ortam varsayıyor.

R134a ve R290 altkritik ve transkritik ısı pompaları, R245fa ve R143a altkritik ve transkritik ORC'ler için en uygun akışkanlar. Tasarım koşullarında altkritik HP/transkritik ORC sistemi %76 ile en yüksek RTE'ye ve %39 ekserji verimine ulaştı; Kondenser2 çıkış sıcaklığı 14 °C'de RTE'si %100'ü aşabiliyor. Sistem maliyeti çevrim kombinasyonuna göre yaklaşık 767-796 USD/kWh. HP evaporasyon sıcaklığı RTE üzerinde en büyük etkiye sahip (ortalama %1,8/°C) ve ekserji verimi ORC evaporasyon sıcaklığının her 1 °C'sinde %0,9 artıyor.

Optimizasyondan sonra (Kondenser2 çıkışı 30 °C) altkritik HP/altkritik ORC %83 RTE'ye ulaştı ama maliyet 1125 USD/kWh'ye, 328 USD/kWh artışla yükseldi. Yazarlar, Fluorinert gibi florlu soğutucularla ilgili PFAS kaygılarını, alan kısıtlarını ve şarj/deşarj kontrolünü dağıtım zorlukları olarak alıntılıyor.

Sınırlar: simülasyon tabanlı termo-ekonomik model; RTE ORC soğuk yoğuşturduğunda %100'ün üzerine çıkabilir ama özgül maliyet yüksek. Tasarım koşulları 70 °C soğutucu çıkışı varsayıyor, yani sıvı soğutmalı veri merkezlerine özgü; hava soğutmalı salonlar için geçerli değil.

Öne çıkan noktalar

  1. Tasarım koşulları: HP evaporatörüne 70 °C'de giren ve 60 °C'de çıkan sıvı soğutmalı veri merkezi soğutucusu (0,1 MPa), 8 saat şarj süresi ve 30 °C ortam.
  2. R134a ve R290 altkritik ve transkritik HP'ler için, R245fa ve R143a altkritik ve transkritik ORC'ler için en uygun akışkanlar.
  3. Tasarım koşullarında altkritik HP/transkritik ORC sistemi %76 ile en yüksek RTE'ye ve %39 ekserji verimine ulaştı; 14 °C Kondenser2 çıkış sıcaklığında RTE'si %100'ü aşabiliyor.
  4. Sistem maliyeti çevrim kombinasyonuna göre yaklaşık 767-796 USD/kWh.
  5. HP evaporasyon sıcaklığı RTE üzerinde en büyük etkiye sahip (ortalama %1,8/°C); ekserji verimi ORC evaporasyon sıcaklığının her 1 °C'sinde %0,9 artıyor.
  6. Optimizasyondan sonra (Kondenser2 çıkışı 30 °C) altkritik HP/altkritik ORC %83 RTE'ye ulaştı ama maliyet 1125 USD/kWh'ye, 328 USD/kWh artışla yükseldi.
  7. Yazarlar Fluorinert gibi florlu soğutucularla ilgili PFAS kaygılarını, alan kısıtlarını ve şarj/deşarj kontrolünü dağıtım zorlukları olarak alıntılıyor.

Tasarımda kullanımı

  • Sıvı soğutmalı veri merkezi atık ısısını elektriğe çevirmeyi değerlendirirken RTE (%76-83) ile özgül maliyeti (767-1125 USD/kWh) birlikte ele alın; yüksek RTE maliyet artışıyla gelebilir.
  • Soğutucu çıkışının 60-70 °C olması gerektiğini ve HP evaporasyon sıcaklığının RTE'yi en çok etkilediğini (%1,8/°C) tasarım girdisi yapın.
  • Florlu soğutucular için PFAS riskini, alanı ve şarj/deşarj kontrolünü fizibilite çalışmasına ekleyin.

Aylık bülten · ücretsiz

Referans listeniz güncel kalsın

Ayda bir: yeni eklenen kaynaklar, Türkiye mevzuatındaki değişiklikler ve yaklaşan veri merkezi etkinlikleri.

SoSo CAD

Tasarım kararlarının maliyetini karşılaştırın

SoSo CAD’de ekipman maliyetlerini, enerji giderlerini ve toplam sahip olma maliyetini (TCO) girdileriniz ve varsayımlarınızla değerlendirin.

Demo iste
SoSo CAD maliyet çalışma alanında CAPEX ve TCO tahminleri

Kimler okumalı

Sıvı soğutmalı veri merkezleri için atık ısıdan elektrik geri kazanımı ve ısıl depolama seçeneklerini değerlendiren enerji mühendisleri ve araştırmacılar.

Belgenin bölümleri

  1. 1. Giriş (1.1 Arka plan, 1.2 Veri merkezlerinde atık ısı geri kazanımı, 1.3 Enerji depolama, 1.4 Bu çalışmanın amacı)
  2. 2. Sistem tanımı
  3. 3. Model geliştirme (3.1 Enerji modeli, 3.2 Ekserji modeli, 3.3 Ekonomik model, 3.4 Performans değerlendirme göstergeleri)
  4. 4. Çalışma koşulları ve çalışma akışkanları (4.1 Çalışma koşulları, 4.2 Çalışma akışkanlarının seçimi)
  5. 5. Sistem optimizasyonu
  6. 6. Sonuçlar ve tartışma (6.1 Farklı çalışma akışkanı kombinasyonları için tasarım performansı)
  7. 7. Sonuçlar

Belgeyi okuyun

carnot-battery-liquid-cooled-dc-heat-2025.pdf

PDF · 0,8 MB · İngilizce

CC BY 4.0 — atıf vererek paylaşabilirsiniz

İndir (PDF, 0,8 MB)Tarayıcıda aç

Belge, lisansı yeniden dağıtıma izin verdiği için özgün haliyle ve değiştirilmeden sunulmaktadır.

Yayın bilgileri

Yazarlar
Xiaoyu Zhou; Xinxing Lin; Wen Su; Ruochen Ding; Yaran Liang
Yayıncı
Energies (MDPI AG)
Yıl
2025
Cilt
18
Sayı
6
Sayfalar
1556
Belge dili
İngilizce
Kaynak türü
Bilimsel yayın
Erişim
Açık lisans — indirilebilir
Lisans
CC BY 4.0 — atıf vererek paylaşabilirsiniz
Lisans kanıtı
www.mdpi.com
Özgün lisans notu (İngilizce)

PDF p.1 states the article is open access under the Creative Commons Attribution (CC BY 4.0) licence; MDPI publishes all articles under CC BY 4.0.

Künye

Xiaoyu Zhou; Xinxing Lin; Wen Su; Ruochen Ding; Yaran Liang (2025). Thermo-Economic Potential of Carnot Batteries for the Waste Heat Recovery of Liquid-Cooled Data Centers with Different Combinations of Heat Pumps and Organic Rankine Cycles. Energies (MDPI AG). 18(6), 1556. https://doi.org/10.3390/en18061556

EnerjiSıvı soğutmaSürdürülebilirlik

Konuyla ilgili etkinlikler

Etkinlik takvimini inceleyin

İçerik ve tüm hakları eser sahiplerine aittir. SoSo CAD yalnızca künye, kendi hazırladığı özet ve kaynağa bağlantı sunar; kaynakların içeriğinden sorumlu değildir.