數(shù)據機房余熱回收的相關研究

孫永霞 劉琴

中國建筑標準設計研究院有限公司

本項目分兩期建設，1 期由2 棟建筑組成，一棟為2 萬m2左右的數(shù)據機房，另一棟為11 萬m2左右的辦公樓，地上12 層，地下2 層，總建筑高度為61 m。2 棟建筑的樓間距約20 m。

1 雙熱源串聯(lián)連接方式介紹

本項目數(shù)據機房屬于 B 級電子信息機房，在首層設置制冷機房。制冷機房全年需提供16℃/21℃的冷水，冬季冷卻水作為辦公樓水源熱泵機組的熱源使用，冷卻水供回水溫度為14℃/19℃。

前期經與建設方溝通，辦公樓的建設周期及正式投入使用時間較數(shù)據機房提早1 年，多次專家論證后，為保證辦公樓的前期正常使用，辦公樓冬季采用燃氣承壓熱水鍋爐和水源熱泵機組串聯(lián)連接的雙熱源形式。具體連接方式如圖1。

圖1 雙熱源串聯(lián)連接示意圖

2 有關源側最低溫度和負荷側優(yōu)化溫度的確定

2.1 源側最低溫度的確定

根據文獻[1]，用于冷卻水的蒸發(fā)器，被冷卻液體的溫度降（t1-t2）可取5～8℃，蒸發(fā)溫度t0比被冷卻液體的出口溫度t2低2～3℃。經與某設備廠家驗證，水源熱泵的源側最低供水溫度為9℃，回水溫度為4℃。

2.2 負荷側優(yōu)化溫度的確定

對辦公樓標準層的各功能房間進行詳細的空調冷熱負荷計算，具體房間布局如圖2 所示。

圖2 標準層的房間布局圖

針對各房間的冷熱負荷計算結果，對比各房間冬季空調熱負荷與夏季空調冷負荷的比值，具體分布如圖3。

圖3 標準層各房間熱負荷與冷負荷比值分布表

從辦公樓標準層各功能房間的熱冷負荷對比結果來看，冬季空調熱負荷與夏季空調冷負荷的比值分布在0.5～0.8 的區(qū)間內。

風機盤管的夏季供冷能力和冬季供熱能力，按照傳熱學的原理，采用的是對流換熱為主的方式。通常風水側采用逆流熱交換，對流熱交換的溫度圖[2]具體如圖4。

圖4 對流換熱溫度圖

式中：Δtm— 對數(shù)平均溫差，℃；Δt'—高溫流體進口溫度與低溫流體出口溫度之差，℃；Δt''—高溫流體出口溫度與低溫流體進口溫度之差，℃。

對于兩管制風機盤管，每個功能房間的室內末端設備選型按照夏季冷負荷設計，冬季熱負荷進行校核的原則。夏季冷凍水供回水溫度為7℃/12℃，冬季熱水的供回水溫度分別取45℃/40℃和40℃/35℃，根據某設備廠家提供的風盤冷熱盤管參數(shù)，不同型號風盤的制熱量與制冷量比值結果如圖5。

圖5 不同型號風盤制熱量與制冷量比值

從結果來看，供回水溫度為45℃/40℃時的盤管供熱能力與夏季盤管供冷能力大概比值在1.05～1.10。供回水溫度為40℃/35℃時的盤管供熱能力與夏季盤管供冷能力大概比值在0.80～0.85。結合前面各功能房間冬季熱負荷與夏季冷負荷比值，最終負荷側相對優(yōu)化的取值溫度為45℃/40℃。

3 不同運行方式管網阻力損失的研究

雙熱源串聯(lián)連接方式共有三種運行模式，分別是水源熱泵機組獨立運行。熱水鍋爐獨立運行和水源熱泵機組與熱水鍋爐聯(lián)合運行。針對三種運行模式，末端水路的供回水溫差有5℃和15℃兩種。針對兩種溫差，分別進行標準層水平支路管網水力計算，具體計算結果如表1。

表1 管網阻力匯總表

4 具體運行控制策略

綜合以上分析結果，制定雙熱源機組的運行策略。具體運行策略如圖6。本運行策略中設定的負荷側回水溫度為40℃為極端工況的溫度，在供暖初期和末期，需結合室內外溫度對這部分數(shù)值進行調整。

圖6 雙熱源機組的運行控制策略

5 小結

在項目的后續(xù)階段，需關注幾點內容：首先為保證雙熱源串聯(lián)連接的正常使用，設備招標時需選購低阻力板換，板換的二次側阻力需滿足≤3 mH2O。其次在項目運維階段，需結合項目實際使用情況實時調整和修改運行策略，以便在保證數(shù)據機房和業(yè)務辦公樓都滿足正常使用的情況下，盡最大限度地回收數(shù)據機房的余熱。