Enerji Verimli Bir HPC Veri Merkezinde Su Tasarrufu için Termosifonlu Soğutucu Hibrit Sistemi: Sonuçlar (NREL/TP-2C00-72196, Eylül 2018)

Özet

NREL'in ESIF binasındaki 930 m2 (10.000 ft2) HPC veri merkezi soğutucusuz tasarım, bileşen düzeyinde ılık su sıvı soğutma ve atık ısı kullanımına sahiptir ve son 12 aylık ortalama PUE'sini 1,034 olarak bildirir. Buna rağmen soğutma kuleleri, ortalama yaklaşık 1 MW'lık BT yükü için yılda yaklaşık 9.500 m3 (2,5 milyon gal) su tüketiyordu. Ağustos 2016'da NREL, Sandia ve Johnson Controls, mevcut kulelerin önüne, pasif soğutucu akışkan çevrimi kullanan gelişmiş bir kuru soğutucu olan BlueStream termosifonlu soğutucuyu (TSC) ekledi. Bağlantı yalnızca bir günlük kesinti gerektirdi: enerji geri kazanım suyu dönüş borusu kesilip bir kontrol vanası takıldı; ünite gelecekteki kuleler için ayrılmış platforma yerleştirildi.

Isı atımı bir sıra izler: önce enerji geri kazanım eşanjörüyle bina sıcak su devresi, sonra sıcaklık uygun olduğunda TSC, en son soğutma kuleleri. İlk tam yılda (Eylül 2016-Ağustos 2017) ortalama BT yükü 888 kW, BT enerjisi 7.776 MWh oldu. Isı atımı %10,5 bina ısıtması, %42,5 TSC ve %47 kuleler olarak dağıldı; Kasım-Nisan aralığında TSC baskındı. Enerji geri kazanımından sonra TSC'ye giren suyun ortalama sıcaklığı 28,9 °C (84 °F) idi. Saha WUE 0,70 L/kWh oldu; yalnızca ısı geri kazanımı ve kuleyle 1,27, yalnızca kuleyle 1,42 L/kWh olacaktı. Aylık PUE olumsuz etki göstermedi; TSC fanı ve ek pompa enerjisi PUE'ye dahildir.

İki yılda TSC 7.950 m3 (2,10 milyon gal) su, yani yaklaşık 3,2 olimpik havuz ve enerji ile su maliyetinde tahminen 5.455 dolar tasarruf sağladı. Rapor, NREL'in kararının geri ödemeden çok sürdürülebilirlikle ilgili olduğunu vurgular. NREL 2016 mali yılında su için ortalama kgal başına 5,77 dolar ödedi, ancak kanalizasyon için sabit bağlantı ücreti ödediğinden kanalizasyonda tasarruf görmedi. Elektrik üretimi dahil toplam su için WUE kaynak kullanılır: Colorado'nun 4,542 L/kWh enerji su yoğunluğu faktörüyle ilk yıl 5,4 L/kWh olur, veri merkezinin yıllık enerjisinin %10,5'ini karşılayan 720 kW'lık PV sistemi hesaba katıldığında 4,9 L/kWh'ye iner. Kule devresindeki konsantrasyon çevrimi 12,8 idi.

Tartışma, TSC'nin sıradan kuru soğutucudan farkını açıklar. Su, temizlenmesi kolay, kısa tek geçişli borularda kalır ve basınç kaybı düşüktür. Fan hızı, giren sıcak su ile kuru termometre sıcaklığı arasındaki farka ve su-enerji maliyet eşdeğerlik oranına göre ayarlanır. Soğuk havada soğutucu akışkan akışı durur; böylece devrede glikol gerekmez ve borular donmaya karşı korunur. Geri ödemeyi belirleyen etkenler yüksek tam yüklü su maliyeti ve devre ile dış hava sıcaklığı arasındaki büyük farktır. TSC ek bir kapasitedir: en sıcak saatlerde kuleler yine de tüm BT yükünü karşılamalıdır. Faydalar arasında daha az buhar çıkışı, buzlanma ve daha yüksek dayanıklılık vardır. Sandia, 7-14 MW'lık genişlemesinde 105 °F giriş suyuyla tek bir ünitenin yılda 16.300 m3 su tasarrufu sağlayacağını bekler.

Öne çıkan noktalar

1. Termosifonlu sistem ilk yıl 4.400 m3 (1,16 milyon gal), iki yılda 7.950 m3 (2,10 milyon gal) su tasarrufu sağladı ve veri merkezinin su kullanımını yaklaşık yarıya indirdi.
2. İlk yıl saha WUE 0,70 L/kWh idi; yalnızca ısı geri kazanımı ve soğutma kulesiyle 1,27, yalnızca kuleyle 1,42 L/kWh olacaktı.
3. İlk yıl ısı atımı: %10,5 bina ısı kullanımı, %42,5 termosifon ve %47 soğutma kuleleri.
4. Veri merkezi son 12 aylık ortalama PUE'sini 1,034 bildirir; aylık PUE termosifon eklenmesinden olumsuz etkilenmedi.
5. TSC'den önce soğutma kuleleri, yaklaşık 1 MW'lık BT yükü için yılda yaklaşık 9.500 m3 (2,5 milyon gal) su kullanıyordu.
6. Enerji geri kazanımı sonrası TSC'ye giren suyun ortalama sıcaklığı 28,9 °C (84 °F) idi; Sandia genişlemesinde 40,6 °C (105 °F) planlıyor.
7. İki yıllık tahmini işletme tasarrufu enerji ve su toplamı 5.455 dolardır; NREL projeyi geri ödeme değil sürdürülebilirlik kararı olarak görür.
8. Kule konsantrasyon çevrimi ilk yıl 12,8 idi; NREL'in su maliyeti 2016 mali yılında kgal başına ortalama 5,77 dolar, kanalizasyon ücreti sabitti.
9. WUE kaynak, Colorado'nun 4,542 L/kWh su yoğunluğu faktörüyle 5,4 L/kWh idi; 720 kW PV kredisi sonrası 4,9 L/kWh'ye indi.
10. TSC kulelere ek kapasitedir; en sıcak saatlerde kuleler yine tüm BT yükünü karşılamalıdır; kule ile birlikte kullanımda yıllık su kullanımını en fazla %80 azaltabilir.

Tasarımda kullanımı

• Sıvı soğutmadan gelen ılık dönüş suyunun (burada enerji geri kazanımı sonrası 84 °F) kuru veya hibrit kademe için dış havaya göre yeterli sıcaklık farkı bırakıp bırakmadığını kontrol edin ve yerel kuru termometre saatlerine göre boyutlandırın.
• Su tasarrufu enerji kullanımını artırabiliyorsa, rapordaki önerinin gereği olarak soğutma seçeneklerini hem saha WUE hem WUE kaynak üzerinden karşılaştırın.
• Kuru kademe eklendiğinde zirve saatler için tam kule kapasitesini koruyun; kuru kademeyi serin günlerde kule bakımı zamanlamak için kullanın.
• Geri ödemeyi yalnızca su fiyatıyla değil, tam yüklü su maliyeti (su, kanalizasyon, arıtma) ve su-enerji maliyet oranıyla değerlendirin.
• WUE ve konsantrasyon çevrimini izleyebilmek için ilave suyu, yumuşatıcı rejenerasyonunu ve blöfü ayrı ayrı ölçün; dijital sayaç önerilir.
• Kuru cihazın kendini donmaya karşı koruyabildiği yerlerde birincil devrede glikol kullanmaktan kaçının; glikol ısı transferini azaltır.

Kimler okumalı

Sıvı soğutmalı veya ılık su kullanan veri merkezlerinde kuru, hibrit ve evaporatif ısı atımını saha su kısıtlarına göre tartan tasarımcılar ve işletmeciler.

Belgenin bölümleri

1. Yönetici Özeti
2. 1 Giriş
3. 1.1 Termosifon Kurulumu: Kısa Özet
4. 1.2 ESIF HPC Veri Merkezi Soğutma Sistemi: Kısa Özet
5. 1.3 Veri Merkezi Metrikleri: PUE, ERE ve WUE
6. 2 Sonuçlar
7. 2.1 Isı Atım Seçenekleri: Örnek Veri
8. 2.2 Termosifon Çalışmasının İlk Yılı: Veri Merkezi Metrikleri
9. 2.3 İki Yıllık Termosifon Çalışması: Kümülatif Tasarruflar
10. 2.4 Performans Notları
11. 3 Ek Tartışma
12. 3.1 Termosifon: Ek Bilgiler
13. 3.2 ESIF Su Bilgileri
14. 3.3 Sandia Veri Merkezi Genişlemesi: TSC Planları
15. 4 Sonuç

Yayın bilgileri

Yazarlar

David Sickinger; Otto Van Geet; Suzanne Belmont; Thomas Carter; David Martinez

Yayıncı

NREL

Yıl

2018

Belge dili

İngilizce

Kaynak türü

Kamu kurumu

Erişim

Künye

Lisans

Lisans koşulları belirsiz — kullanım koşullarını yayıncıdan doğrulayın

Lisans kanıtı

www.nrel.gov

Künye