在當(dāng)今人工智能驅(qū)動(dòng)的世界中,數(shù)據(jù)中心和高性能計(jì)算在推動(dòng)技術(shù)革命方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商明確關(guān)注既能滿(mǎn)足當(dāng)前需求又能適應(yīng)未來(lái)增長(zhǎng)的解決方案,因此優(yōu)先考慮強(qiáng)調(diào)適應(yīng)性、能源效率和可靠性的基礎(chǔ)設(shè)施。
走向更負(fù)責(zé)任的增長(zhǎng)之路需要整體視野。這不僅關(guān)乎效率,還涵蓋資源管理、可再生能源、減少浪費(fèi)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)。隨著數(shù)據(jù)中心的發(fā)展,整體設(shè)計(jì)不僅僅意味著技術(shù)規(guī)格,它還涉及智能決策和協(xié)作,以引導(dǎo)人工智能驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)型。
這也適用于熱量再利用,這是實(shí)現(xiàn)更節(jié)能未來(lái)的途徑之一。數(shù)據(jù)中心需要全年冷卻,因?yàn)椴粩噙\(yùn)行的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和存儲(chǔ)設(shè)備所消耗的電力幾乎100%都轉(zhuǎn)化為熱量。由于產(chǎn)生的熱量越來(lái)越多,人們一直在尋找熱量再利用作為將其釋放到環(huán)境中的替代方案。
什么是熱能再利用
熱量再利用(或熱回收)主要圍繞捕獲和再利用數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備和冷卻系統(tǒng)產(chǎn)生的多余熱量。
IT設(shè)備會(huì)產(chǎn)生熱量,冷卻系統(tǒng)會(huì)捕獲這些熱量并將其排放到室外,從而保持設(shè)備的溫度恒定。熱量再利用系統(tǒng)不會(huì)浪費(fèi)這些多余的熱量,而是會(huì)將其捕獲并用于其他有用的用途。
精心設(shè)計(jì)的熱能再利用系統(tǒng)有助于提高效率和履行環(huán)境責(zé)任,從而減少傳統(tǒng)加熱和冷卻方法產(chǎn)生的總體能源消耗和相關(guān)的溫室氣體排放。
熱能再利用的主要目的及應(yīng)用
空間供暖:在寒冷的月份將暖氣分配到附近的建筑物(住宅、辦公室等),主要用于舒適應(yīng)用。這可以減少對(duì)傳統(tǒng)供暖系統(tǒng)的需求,從而節(jié)省能源并降低數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商和最終用戶(hù)的運(yùn)營(yíng)成本。
工業(yè)過(guò)程:為需要熱水進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程的行業(yè)預(yù)熱水。清潔和消毒等操作需要高溫水。
生活用水加熱:預(yù)熱水用于家庭用途,例如數(shù)據(jù)中心本身或附近建筑物的淋浴和水槽。
發(fā)電:在某些情況下,有機(jī)朗肯循環(huán)(ORC)可以利用數(shù)據(jù)中心在高溫(>80°C)下產(chǎn)生的熱量來(lái)產(chǎn)生電能。
冷卻:吸收式制冷機(jī)可以為數(shù)據(jù)中心本身或附近的建筑物提供冷卻。這類(lèi)冷卻裝置利用熱量來(lái)驅(qū)動(dòng)吸收過(guò)程,并通過(guò)蒸發(fā)所用制冷劑來(lái)提供冷卻。
農(nóng)業(yè)應(yīng)用:在農(nóng)業(yè)或園藝環(huán)境中,可以重新利用熱量來(lái)維持溫室溫度,甚至培育可從大氣中吸收二氧化碳的藻類(lèi)。
農(nóng)業(yè):奶牛養(yǎng)殖需要熱水來(lái)清潔,還需要溫水來(lái)增加牛奶產(chǎn)量。
其他用途:游泳池、田野供熱、海水淡化、木材干燥、養(yǎng)魚(yú)場(chǎng)。
熱能再利用系統(tǒng)——成功的條件
熱能再利用是一個(gè)復(fù)雜的課題,需要幫助評(píng)估何時(shí)、何地以及如何部署它。此外,沒(méi)有單一的方法來(lái)實(shí)施熱能再利用系統(tǒng),它在很大程度上取決于應(yīng)用和熱能使用的目的。以下是一些可能的情況及其解決方案的示例。
熱能再利用和需求匹配
最大的挑戰(zhàn)之一是數(shù)據(jù)中心周?chē)ㄖ?應(yīng)用的熱量需求與冬季或夏季的實(shí)際熱量浪費(fèi)之間的平衡。
在夏季,數(shù)據(jù)中心會(huì)產(chǎn)生大量的余熱。這些熱量由溫度較高的風(fēng)冷裝置排出,根據(jù)熱量再利用需求(因應(yīng)用而異),排出的熱量可能超過(guò)所需量。
在冬季,為了節(jié)省能源并冷卻IT設(shè)備,大多數(shù)情況下都會(huì)啟用自然冷卻系統(tǒng),但數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的熱量往往不足且溫度太低而無(wú)法再利用。在這種情況下,為了滿(mǎn)足峰值熱量需求,需要使用熱泵來(lái)提高熱量和溫度。
距離和基礎(chǔ)設(shè)施
最方便的熱量再利用情況是附近有可以使用熱量的建筑物/應(yīng)用,因?yàn)榘惭b區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)的成本可能很高。事實(shí)上,數(shù)據(jù)中心和建筑物之間的管道越長(zhǎng),意味著熱回收溫度和成本就越高。另一個(gè)可能影響熱量再利用成本的因素是可能需要克服建筑限制,例如在舊建筑中,可能需要更高的熱回收溫度。
成本
應(yīng)權(quán)衡熱再利用的初始投資與持續(xù)成本,以了解用于熱回收的能源是否抵消了通過(guò)熱回收實(shí)現(xiàn)的節(jié)省。有時(shí)可以將熱廢料出售給特定用戶(hù)以產(chǎn)生收入并加快投資回報(bào)。數(shù)據(jù)中心和熱再利用系統(tǒng)的規(guī)模會(huì)影響成本和盈虧平衡點(diǎn)計(jì)算。由于電力成本增加,高溫應(yīng)用可能會(huì)變得不那么有吸引力,因此專(zhuān)注于低溫選項(xiàng)可能對(duì)項(xiàng)目成功更安全。當(dāng)然,這種評(píng)估需要逐案進(jìn)行,因?yàn)橛澠胶恻c(diǎn)會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)中心規(guī)模和可用熱量而變化。
監(jiān)管和環(huán)境情景
在歐洲國(guó)家,能源政策辯論的重點(diǎn)是放棄使用基于化石燃料的能源,轉(zhuǎn)向使用風(fēng)能、太陽(yáng)能和氫能等可再生能源。最近,歐盟開(kāi)始研究廢熱再利用,以將其添加到可再生能源結(jié)構(gòu)中。
根據(jù)修訂后的《能源效率指令》(EED),如果數(shù)據(jù)中心的總額定能量輸入為1MW或更高,則必須利用其廢熱,除非經(jīng)濟(jì)或技術(shù)上不可行。一旦成員國(guó)將其轉(zhuǎn)化為國(guó)家法律,該要求將適用。
然而,如果數(shù)據(jù)中心廢熱直接連接到區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)或周邊地區(qū)的其他網(wǎng)絡(luò),則不需要進(jìn)行檢查,因?yàn)椤犊稍偕茉粗噶睢泛汀督ㄖ锬茉葱阅苤噶睢分荚诩?lì)這種做法。
服務(wù)和熱能再利用集成的力量
服務(wù)和維護(hù)在確保數(shù)據(jù)中心不間斷運(yùn)行和有效利用熱量再利用應(yīng)用方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。事實(shí)上,數(shù)據(jù)中心活動(dòng)的中斷不僅會(huì)影響運(yùn)營(yíng),還會(huì)破壞熱量的產(chǎn)生,從而影響熱量的再利用潛力。這在高密度和液體冷卻設(shè)置中尤為明顯。
服務(wù)由不斷接受最新技術(shù)培訓(xùn)的熟練工程師提供,提供寶貴的數(shù)據(jù)收集和洞察能力。這些洞察可以轉(zhuǎn)化為可操作的信息,以?xún)?yōu)化數(shù)據(jù)中心冷卻和熱再利用應(yīng)用。此外,服務(wù)通過(guò)改造機(jī)會(huì)增強(qiáng)了熱再利用的潛力。
此外,服務(wù)提供商可以定制和調(diào)試熱單元軟件,以在數(shù)據(jù)中心冷卻效率和熱量再利用之間實(shí)現(xiàn)最佳平衡。
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