Atık Isı Geri Kazanımıyla Enerji Verimliliği: Bölgesel Isıtma Uygulamalarında Hibrit Veri Merkezi Soğutması

Özet

Artan bilgi işlem talebi veri merkezlerinde elektrik kullanımını ve soğutma ihtiyacını artırırken atık ısıyı bölgesel ısıtmaya (DH) entegre ederek karbonsuzlaştırma fırsatları da yaratıyor. Çalışma hibrit soğutma sisteminden atık ısıyı üçüncü (3G), dördüncü (4G) ve beşinci (5G) nesil DH sistemlerine kullanma olasılığını TRNSYS dinamik simülasyonlarıyla inceliyor. Kontrol mantığı termik yükün %70'ini DLC'ye, %30'unu CRCC'ye veriyor; serbest soğutma DLC için dış sıcaklık 25 °C veya altında, CRCC için 10 °C veya altında devreye giriyor. 3G DH için yüksek sıcaklıklı su-su ısı pompası gerekiyor.

5G ve 4G DH entegrasyonunda PUE 1,6'nın altında, ERF 0,85'in üzerinde kalıyor; 3G DH daha yüksek sıcaklık yükselmesi gerektiriyor ve yaklaşık 2,1 PUE ve yaklaşık 0,78 ERF veriyor. Veri merkezi sınırında birincil enerji referans sisteme göre yaklaşık %88 (5G DH), %86 (4G DH) ve %68 (3G DH) düşüyor, CO2 azalmaları benzer. Hırvatistan koşullarında 3G DH, 75/60 °C kış rejimine ve 65/50 °C yaz SSH rejimine ulaşmak için yüksek sıcaklıklı ısı pompaları gerektiriyor.

Isı satın alma fiyatı değişken DH tarifesinin %10 altındayken geri ödeme 5G ve 4G DH için bir yılın altında, 3G DH için yaklaşık 14 yıl. Isı geri kazanımsız mevcut hibrit soğutma sistemine göre DH şebekesine verilen faydalı ısı yaklaşık %25 (5G DH), %35 (4G DH) ve %62 (3G DH) artıyor.

Sonuç: 5G ve 4G DH'ye düşük sıcaklıklı entegrasyon, eşanjörlerle doğrudan, en uygun veri merkezi göstergeleri ve sistem performansını veriyor; serbest soğutmanın yaygın kullanımını ve chiller çalışmasının azalmasını sağlıyor. Sınırlar: tek bir gerçek HPC tesisi ve Hırvat koşulları; sonuçlar başka DH rejimlerine ve iklimlere doğrudan aktarılamaz.

Öne çıkan noktalar

1. Hibrit soğutma sistemi 25-30 °C'de bir DLC devresine ve 10-15 °C'de bir CRCC (soğutulmuş su raf soğutucu) devresine sahip.
2. Kontrol mantığı termik yükün %70'ini DLC'ye, %30'unu CRCC'ye veriyor; serbest soğutma DLC için dış sıcaklık 25 °C veya altında, CRCC için 10 °C veya altında devreye giriyor.
3. 5G ve 4G DH entegrasyonunda PUE 1,6'nın altında, ERF 0,85'in üzerinde; 3G DH daha yüksek sıcaklık yükselmesi gerektiriyor ve PUE yaklaşık 2,1, ERF yaklaşık 0,78.
4. Veri merkezi sınırında birincil enerji referans sisteme göre yaklaşık %88 (5G DH), %86 (4G DH) ve %68 (3G DH) düşüyor; CO2 azalmaları benzer.
5. Hırvatistan koşullarında 3G DH, 75/60 °C kış rejimine ve 65/50 °C yaz SSH rejimine ulaşmak için yüksek sıcaklıklı ısı pompaları gerektiriyor.
6. Isı satın alma fiyatı değişken DH tarifesinin %10 altındayken geri ödeme 5G ve 4G DH için bir yılın altında, 3G DH için yaklaşık 14 yıl.

Tasarımda kullanımı

• Atık ısıyı DH'ye bağlarken DH neslini erken belirleyin: 5G ve 4G'de eşanjörle doğrudan bağlantı yeterli (PUE 1,6 altı, ERF 0,85 üzeri), 3G'de yüksek sıcaklıklı ısı pompası gerekiyor (PUE yaklaşık 2,1, geri ödeme yaklaşık 14 yıl).
• Hibrit soğutmada ısı yükünü DLC (25-30 °C) ve soğutulmuş su (10-15 °C) devreleri arasında paylaştırın (70/30) ve serbest soğutma eşiklerini (25 °C ve 10 °C) kontrol mantığına ekleyin.
• Isı satış fiyatını DH tarifesine göre (örn. %10 altı) belirleyip geri ödeme duyarlılığını gösterin.

Kimler okumalı

HPC ve yüksek yoğunluklu veri merkezlerinin atık ısısını bölgesel ısıtmaya bağlamayı planlayan mühendisler ve planlamacılar.

Belgenin bölümleri

1. 1. Giriş
2. 2. Malzeme ve yöntemler (2.1 Sistem konfigürasyonu: mevcut hibrit soğutma sistemi, atık ısının 5G, 4G ve 3G DH'ye entegrasyonu; 2.2 Simülasyon, 2.3 Girdi verisi ve HPC model doğrulaması, 2.4 Enstrümantasyon ve ölçüm belirsizliği, 2.5 Ana modelleme varsayımları, 2.7 Enerji performansı hesabı, 2.9 Maliyet hesabı, 2.10 Atık ısı üreticileri için düzenleyici çerçeve, 2.11 İşletme maliyet bileşenleri)
3. 3. Sonuçlar ve tartışma (3.1 Simülasyon sonuçları, 3.2 Birincil enerji tüketimi ve CO2 emisyonları, 3.3 Maliyet performansı sonuçları ve duyarlılık analizi, 3.4 Sınırlamalar ve gelecek yönelimler)
4. 4. Sonuçlar

İlgili standartlar

• EN 50600-4-6 (ERF)
• ISO/IEC 30134-2 (PUE)

Belgeyi okuyun

Yayın bilgileri

Yazarlar

Damir Požgaj; Boris Delač; Branimir Pavković; Vedran Medica-Viola

Yayıncı

Applied Sciences (MDPI AG)

Yıl

2025

Cilt

16

Sayı

1

Sayfalar

323

Belge dili

İngilizce

Kaynak türü

Bilimsel yayın

Erişim

Açık lisans — indirilebilir

DOI

10.3390/app16010323

Lisans

CC BY 4.0 — atıf vererek paylaşabilirsiniz

Lisans kanıtı

www.mdpi.com

Künye