[实用新型]数据中心冷热联供余热大温差集中供热系统

说明书

本实用新型提供了数据中心冷热联供余热大温差集中供热系统，包括：常规冷水机组，通过蒸发器侧的冷冻循环水提取数据中心余热，在冷凝器侧分成两路放热，其中一路加热一次热网回水，另一路接入各级压缩式热泵蒸发器，作为热泵的低位热源，多余热量通过冷却塔排放到环境中；压缩式热泵，在冷凝器中放热，逐级加热一次热网回水；调峰热源，最终将热网回水加热至供热温度后通过供热管线送出数据中心；水‑水换热器和电驱动压缩式热泵，热网供水首先经过水‑水换热器向终端散热器用户加热，之后串联流入电驱动压缩式热泵，加热辐射地板末端；以及连接管路和附件组成。本实用新型采用冷热联供，梯级加热，一次热网温差大，仅需要电力作为驱动能源。

技术领域

本实用新型涉及工业余热利用技术领域，特别涉及数据中心冷热联供余热大温差集中供热系统。

背景技术

2014年，我国北方地区城镇采暖面积达120亿㎡，其中城镇集中供热面积为71亿㎡。采暖用能超过1.8亿吨标准煤（燃煤约占90%），不仅消耗了大量能源，还带来了严重的环境问题，是我国北方地区冬季雾霾的主要成因之一。2017-2018年采暖季，北方地区由于“煤改气”清洁供暖改造工程的快速推进，气源跟不上，导致出现了全国性的气荒局面。与此同时，我国部分地区电力、钢铁、水泥、有色金属、石化等行业仍有约3亿吨标准煤低品位余热资源尚未利用。

近年来由于环保的压力，清洁供暖的需求爆发式增长，导致我国北方很多地区出现清洁供暖热源紧缺的局面。国家层面也作出了“推进北方地区冬季清洁取暖”和“坚决打好蓝天保卫战”的重要决策，要求尽可能利用清洁能源，加快提高清洁供暖比重，加快解决燃煤污染问题。

新建大型集中供暖热源项目投资高、建设周期长，且往往受到环境容量等因素的制约而难以开展；发展小型燃煤热源，则会严重污染大气；发展燃气热源、电热源，综合成本高，且受到气、电供给的制约；发展地下水源热泵和土壤源热泵，受到当地水文地质条件的制约，且由于目前热泵供暖系统的输送温差较小，投资较高，运行费用也较高。

当前集中供暖系统与工业生产系统中的突出问题与迫切需求，集中供暖缺热的实质是缺少低品位热源以及高、低品位热量的合理匹配；工业生产过程热利用效率低下是由于低品位热量比例高、难以被工业部门自身利用。

近年来，由于物联网、大数据产业的蓬勃发展，数据中心的的规模越建越大，总的能耗也越来越大，占到全社会能耗的1.5%以上。

目前各单位对于数据中心的节能，一般是从提高制冷效率出发，如制冷系统从房间级、行间级、机柜级到芯片级的演进，PUE从2.5降低到1.1甚至更低，接近1.0。即使是对于最节能的数据中心来说，PUE降低到1.0，其服务器消耗的能耗仍然有50%左右，该部分余热资源95%以上以散热的形式白白排放到大气中。

北方地区的数据中心园区一般同时有供冷和供热需求。但是，数据中心的余热资源一般为10~40℃，品位较低，要想直接利用，难度较大。常见数据中心余热利用有三种方式：

1）在冷水机组上增加冷凝器，全热回收或部分热回收，制取不超过55℃的热水用于洗浴或供暖；

2）在蒸发侧增加一台或多台热泵，与原有的冷水机组并联，蒸发侧的设计供回水温度7/12℃到19/25℃之间, 冷凝侧的设计供回水温度45/40℃（离心式热泵）或55/50℃（螺杆式热泵），热泵冷冻侧和冷凝侧的进出口温差基本都是5℃；

3）在冷却水系统上串联一台或多台热泵，蒸发侧的设计供回水温度35/30℃到25/20℃之间, 冷凝侧的设计供回水温度45/40℃到60/50℃之间。

上述数据中心余热利用普遍的问题都是热源供水温度不够高，不超过50℃，一般为45℃；回水温度不够低，35℃以上，一般为40℃。

数据中心循环冷却水余热是工业余热的一大类，水温相对较高，水量巨大，是热泵应用的一个巨大的良好低位热源。利用它的前提条件是需要有大量的热用户，而在技术上则需要经济有效解决如下问题：