Manyetik Yataklı Chiller'lar ve Akifer Isıl Enerji Depolama ile Veri Merkezi Soğutmasının Tekno-Ekonomik Karşılaştırması

Özet

Veri merkezleri büyük ve hızla büyüyen elektrik tüketicileri; soğutma sistemleri enerji taleplerinin önemli bir payını oluşturuyor. Çalışma, tutarlı işletme varsayımlarıyla üç soğutma konfigürasyonunun iklime duyarlı saatlik tekno-ekonomik karşılaştırmasını sunuyor. Tümü su tarafı ekonomizör ve iki adet 4058 kW chiller paylaşıyor; Phoenix ve Fairbanks ABD soğutma iklimlerinin iki ucunu temsil ediyor. Tesis 7 °C soğutulmuş su beslemesi ve 5 K delta-T, 4 K yaklaşmalı soğutma kulesi ve 2 °C asgari kondenser suyu sıcaklığı kullanıyor.

Phoenix temel işletme modları: 204 saat tam serbest soğutma, 1748 saat kısmi serbest soğutma ve 6808 saat yalnızca mekanik. Fairbanks: 5350, 1297 ve 2113 saat. MBC yıllık soğutma elektriğini Phoenix'te 1169,4'ten 957,4 MWh'e (%18,1), Fairbanks'te 361,6'dan 319,4 MWh'e (%11,7) düşürdü. Yalnızca soğutma PUE'si Phoenix'te 1,095 (temel) ve 1,078 (MBC), Fairbanks'te 1,029 ve 1,026 idi.

123.527 USD'lik prim yatırımla MBC Phoenix'te 5,8 yılda, Fairbanks'te 36,6 yılda geri ödendi. Tepe soğutma talebi sırasıyla 119,4 kW ve 71,6 kW azaldı. MBC+ATES, yalnızca MBC'ye göre ek elektrik tasarrufu sağlamadı; daha iyi iskontolu tasarrufları O&M'si yalnızca MBC ile eşitlenirse kayboluyor (NPV negatif).

Sınırlar: yazarlar ATES durumunun basitleştirilmiş bir eleme senaryosu olduğunu ve sonuçların tarife ve O&M varsayımlarına bağlı olduğunu vurguluyor; ATES tam bir mevsimsel tasarım veya tam tekno-ekonomik değerlendirme olarak yorumlanmamalı. Yalnızca iki iklim incelendi.

Öne çıkan noktalar

1. Tesis 7 °C soğutulmuş su beslemesi ve 5 K delta-T, 4 K yaklaşmalı soğutma kulesi ve 2 °C asgari kondenser suyu sıcaklığı kullanıyor; kule suyu sıcaklığı = max(dış yaş termometre + yaklaşma, asgari).
2. Phoenix temel işletme modları: 204 saat tam serbest soğutma, 1748 saat kısmi serbest soğutma, 6808 saat yalnızca mekanik; Fairbanks: 5350, 1297 ve 2113 saat.
3. MBC yıllık soğutma elektriğini Phoenix'te 1169,4'ten 957,4 MWh'e (%18,1), Fairbanks'te 361,6'dan 319,4 MWh'e (%11,7) düşürdü.
4. Yalnızca soğutma PUE'si Phoenix'te 1,095 (temel) ve 1,078 (MBC), Fairbanks'te 1,029 ve 1,026.
5. 123.527 USD prim yatırımla MBC Phoenix'te 5,8 yılda, Fairbanks'te 36,6 yılda geri ödendi; tepe soğutma talebi 119,4 kW ve 71,6 kW azaldı.
6. MBC+ATES, MBC'ye göre ek elektrik tasarrufu sağlamadı; daha iyi iskontolu tasarrufları O&M'si MBC ile eşitlenirse kayboluyor (NPV negatif).

Tasarımda kullanımı

• Manyetik yataklı chiller yatırımını iklime göre değerlendirin: mekanik soğutmaya daha çok dayanan sıcak iklimde geri ödeme 5,8 yıl, serbest soğutmanın baskın olduğu soğuk iklimde 36,6 yıl.
• Chiller yük kademelendirmesini ve operasyon modlarını (tam, kısmi serbest soğutma, mekanik) saat bazında modelleyin ve yalnızca soğutma PUE'sini ve tepe talebi raporlayın.
• ATES gibi depolama seçeneklerinin tasarrufunu O&M ve tarife varsayımlarına duyarlılıkla gösterin; eşitlendiğinde NPV negatife dönüyor.

Kimler okumalı

Soğutulmuş su tesisi chiller teknolojisi ve depolama seçeneklerini tekno-ekonomik olarak karşılaştıran tasarımcılar ve yatırım karar vericileri.

Belgenin bölümleri

1. 1. Giriş
2. 2. Malzeme ve yöntemler (2.1 Varsayımlar ve sınır koşulları, 2.2 Sistem tanımı, 2.3 Veri girdileri ve parametreler: hava durumu ve nem verisi, BT yük profili, iç ortam koşulları; 2.4 Chiller ve yardımcı güç modeli, 2.5 ATES dağıtımı ve depolama dengesi, 2.6 Saatlik simülasyon iş akışı, 2.7 Finansal değerlendirme, 2.8 Model doğrulama ve kalite güvencesi)
3. 3. Sonuçlar (3.1 Enerji performansı: işletme modları, enerji tüketimi ve PUE′; 3.2 Ekonomik performans)
4. 4. Tartışma (4.1 Önceki çalışmalara karşı kıyaslama, 4.2 Sınırlamalar ve gelecek çalışma)
5. 5. Sonuçlar

İlgili standartlar

• ASHRAE 90.4
• ASHRAE TC9.9 Thermal Guidelines

Belgeyi okuyun

Yayın bilgileri

Yazarlar

Apurva Malpure; Andrew Stumpf; Upasana Pandey; Yu-Feng Lin; Craig Bradshaw

Yayıncı

Energies (MDPI AG)

Yıl

2026

Cilt

19

Sayı

17

Sayfalar

3947

Belge dili

İngilizce

Kaynak türü

Bilimsel yayın

Erişim

Açık lisans — indirilebilir

DOI

10.3390/en19173947

Lisans

CC BY 4.0 — atıf vererek paylaşabilirsiniz

Lisans kanıtı

www.mdpi.com

Künye