Enerji Verimli Bir HPC Veri Merkezinde Su Tasarrufu için Termosifonlu Soğutucu Hibrit Sistemi: Modelleme ve Kurulum (NREL/CP-2C00-66690, Şubat 2017)

Özet

Bildiri, ısı atımını iki seçenek arasında bir tercih olarak çerçeveler: su gerektirmeyen ancak kuru termometre sıcaklığıyla sınırlı ve büyük plan alanı isteyen kuru duyulur soğutma ile daha düşük yaş termometre sıcaklığıyla sınırlı ve hava hacmi başına çok daha fazla ısı atan evaporatif soğutma. 28,3 L (1 ft3) havanın 5,6 °C (10 °F) artışla kuru halde yaklaşık 180 J, soğutma kulesinde yaklaşık 865 J (yaklaşık %380 daha fazla) taşıdığı verilir. Su ve atık su maliyetleri yükseldiği ve temin güvencesi azaldığı, evaporatif avantajlar da serin havada ve düşük yükte azaldığı için yazarlar en iyi seçeneğin hibrit olabileceğini savunur. Kulenin önüne seri bir kuru cihaz konur; sistem sıcakken ıslak, değilken kuru çalışır.

Yazarlar arasında Johnson Controls çalışanlarının bulunduğu bu firmanın ürettiği termosifonlu soğutucu (TSC), hava soğutmalı bir yoğuşturucunun altında batık gövde-borulu bir evaporatöre sahiptir. Su, evaporatör borularının çevresindeki soğutucu akışkanı kaynatır, buhar yoğuşturucuya çıkar ve sıvı yerçekimiyle döner; yani akışkanı dolaştıran pompa ya da kompresör yoktur. Bir kontrolör yoğuşturucu fan hızını çevre ve proses sıcaklıklarına ile enerji ve su maliyetine göre ayarlar. Donma altı havada yük kaybolursa akışkan akışı durur ve evaporatör ısıtıcıları suyu donmaktan korur; böylece birincil devrede düz su kullanılabilir. Düşük basınç kayıplı tasarım, suyun doğrudan evaporatörde soğutulmasını sağlar.

Ev sahibi tesis, ESIF'teki NREL HPC veri merkezidir: yıllık ortalama PUE'si 1,06 veya altı, ERE'si 0,9 veya altı olarak tasarlanmış, 10 MW altyapı tavanı, 2,5 MW kurulu güç ve yaklaşık 930 m2 zemini vardır. Mekân koşulları 25,6 °C +/- 1,1 °C, çiğlenme noktası 5,6-15 °C ve BN en fazla %60'tır. Peregrine'in 2.592 düğümü (2,24 petaflop) 26,7 °C'ye kadar su alır ve 40,6 °C'ye, tipik olarak 37,8 °C'ye kadar dönüş verir. İşletmedeki yük yaklaşık 0,91 MW, bunun 0,76 MW'ı sıvı soğutmalıdır. TSC, yeni 150 mm hat ve vana ile 350 mm enerji geri kazanım dönüş borusuna yalnızca bir günlük kesintiyle bağlandı ve gelecekteki kuleler için ayrılmış platforma yerleştirildi.

Modelleme, tipik bir yılın 8.760 saati için saatlik simülasyon kullandı; TSC, kule, eşanjörler ve pompalar için ayrı modeller 0,07 $/kWh ve yüklü su maliyeti 1,61 $/m3 değerleriyle çalıştırıldı. Bina ısı kullanımı 0,910 MW'ın en fazla 0,434 MW'ını karşılar; atılacak 0,496 MW kalır. TSC tek başına 9,4 °C kuru termometre altında tüm yükü taşıyabilir; bu, yılın yaklaşık yarısıdır. Kule ilave suyu 8.300 m3'ün biraz üzerinden yılda 3.700 m3'e iner; 4.650 m3'lük, yani %56'lık tasarruf, işletme maliyetinde de %40 düşüş sağlar. Yazarlar bunların ilk model sonuçları olduğunu ve ayrı bir devam bildirisinde raporlanacak testlerle doğrulanacağını belirtir.

Öne çıkan noktalar

1. Modelleme, yıllık soğutma kulesi ilave suyunun yaklaşık 8.300 m3'ten (2,2 milyon gal) hibritle 3.700 m3'e (0,98 milyon gal) inmesini, yani 4.650 m3'lük (1,23 milyon gal), %56 tasarruf öngörür.
2. Modellenen yıllık işletme maliyeti (enerji artı su) 0,07 $/kWh enerji ve 1,61 $/m3 (6,08 $/1.000 gal) yüklü su maliyetiyle %40 düşer.
3. TSC, sahada yılın yaklaşık %50'sinde görülen 9,4 °C (49 °F) kuru termometre altında tüm yükü taşıyabilir.
4. 28,3 L (1 ft3) hava başına evaporatif soğutma yaklaşık 865 J, kuru soğutma 5,6 °C (10 °F) değişim için yaklaşık 180 J atar; yaklaşık %380 fark.
5. TSC soğutucu akışkanı yerçekimiyle dolaştırır, pompa ya da kompresör yoktur; fan hızı, tasarruf edilen su ile fan enerjisinin ekonomik dengesine göre optimize edilir.
6. Donma altı havada yük kaybı akışkan akışını durdurur ve evaporatör ısıtıcılarını devreye alır; birincil devre düz suyla çalışabilir.
7. ESIF HPC veri merkezi yıllık ortalama PUE 1,06 veya altı ve ERE 0,9 veya altı için, 10 MW kapasite ve 2,5 MW kurulu güçle tasarlandı.
8. Mekân 25,6 °C +/- 1,1 °C, çiğlenme noktası 5,6-15 °C ve BN en fazla %60'ta tutulur; HPC dönüş suyu tasarım gereği 35 °C veya üstündedir.
9. Entegrasyon için yalnızca bir günlük kesinti gerekti: 350 mm dönüş borusu kesilip 150 mm kol ve kontrol vanası eklendi.
10. Bina ısı kullanımı 0,910 MW'lık yükün en fazla 0,434 MW'ına ulaşır; atmosfere atılacak 0,496 MW kalır.

Tasarımda kullanımı

• Kulenin önüne kuru bir kademe koyun ve sıcak dönüş suyunun kuru termometre sıcaklığını yeterli farkla aştığı saatlerin payına göre boyutlandırın; buradaki 9,4 °C geçiş noktası gibi.
• Yerel hava durumu ve belirtilmiş su maliyetiyle saatlik yıllık simülasyon yapın; hibrit ısı atımının gerekçesi yüklü su fiyatının enerji fiyatına oranına bağlıdır.
• Isı atım devresinde bağlantı noktaları ve vana yeri ayırın; böylece kuru kademe, NREL borulamasında olduğu gibi bir günlük kesintiyle eklenebilir.
• Birincil devredeki kuru cihazların donma korumasını doğrulayın; TSC'deki gibi akışkan tabanlı yalıtımla ya da glikolle.
• Önce ısı kullanımını, ikinci olarak kuru atımı, en son evaporatif atımı birleştirin ve kuru kademenin az katkı yaptığı en sıcak saatler için kuleleri boyutlandırın.
• Rakamları, devam raporundaki ölçülen sonuçlarla karşılaştırılacak öngörüler olarak ele alın.

Kimler okumalı

Sıvı soğutmalı veya ılık su kullanan veri merkezleri için hibrit kuru ve evaporatif ısı atımını değerlendiren mekanik tasarımcılar ve sürdürülebilirlik sorumluları.

Belgenin bölümleri

1. Özet
2. Giriş
3. Atmosfere Atık Isı Atımı için Geleneksel Seçenekler
4. Termosifonlu Soğutucu
5. Kurulum
6. HPC Veri Merkezi
7. HPC Sistemi Isı Atımı
8. Entegrasyon
9. Modelleme
10. Sonuç
11. Teşekkür

Yayın bilgileri

Yazarlar

Thomas Carter; Zan Liu; David Sickinger; Kevin Regimbal; David Martinez

Yayıncı

NREL

Yıl

2017

Belge dili

İngilizce

Kaynak türü

Kamu kurumu

Erişim

Künye

Lisans

Lisans koşulları belirsiz — kullanım koşullarını yayıncıdan doğrulayın

Lisans kanıtı

www.nrel.gov

Künye