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数据中心冷却塔供冷系统的能耗特性与性能优化研究

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数据中心冷却塔供冷系统的能耗特性与性能优化研究

作者：徐鑫重庆大学

学位级别：硕士

随着5G、云计算、人工智能等技术的快速发展,信息化浪潮已席卷全球,数据中心作为各行业信息系统运行的载体,已经成为数字经济发展的重要支点。数据中心规模和数量的不断增加带来了严峻的能耗和环境问题,因此提高其能源利用效率以降低运... 详细信息

随着5G、云计算、人工智能等技术的快速发展,信息化浪潮已席卷全球,数据中心作为各行业信息系统运行的载体,已经成为数字经济发展的重要支点。数据中心规模和数量的不断增加带来了严峻的能耗和环境问题,因此提高其能源利用效率以降低运行能耗势在必行。冷却塔供冷技术作为目前数据中心空调系统应用最广泛的节能手段之一,明确该技术在不同地区的能耗及水耗特性,优化其应用效果至关重要。本文以重庆某数据中心为案例,通过数据中心能耗与水耗计算模型定量分析冷却塔供冷技术在全国34省会城市的应用效果并建立基于冷却塔供冷技术应用效果的气候分区,最后提出最大化利用室外冷源以延长冷却塔供冷时长的优化方案。本文首先从数据中心室内环境要求、能耗及能效现状及冷却塔供冷技术在数据中心的应用三个方面综述了国内外研究现状,基于现有研究的不足明确采用理论分析计算、现场实测和实验室测试的研究方法,确定了本文的主要研究内容。通过对冷却塔供冷系统原理、应用形式及管网设计的概述对比了不同应用形式及管网连接形式的优缺点。以重庆某数据中心为对象,通过现场实测与调研,以空调系统各设备运行参数及相关能效评价指标量化了冷却塔供冷技术的实际应用效果。准确的服务器功耗模型是数据中心能耗和水耗计算的关键。研究了Lookbusy、Stress和SPECpowerssj＿2008三种服务器性能测试软件对服务器硬件调用程度及功耗的影响,选取基于耦合进风温度的服务器功耗模型得到了数据中心能耗及水耗的计算方法,为后续分析提供理论依据。通过对现有22个能效评价指标的归纳总结,提出了基于数据中心算力的能效评价指标,可对空调、供配电及辅助系统的效率进行评价。以被测数据中心为案例,利用数据中心能耗及水耗计算模型得到了冷却塔供冷技术在全国34省会城市的应用效果。提出冷却塔折合供冷时长、WESR对其能耗与水耗进行评价,基于冷冻水供回水温度为12/18℃和21/27℃下冷却塔供冷技术的利用难度及潜力,综合考虑冷却塔供冷技术的节能量及耗水量,将全国分为4个气候区域,针对不同气候区域提出冷却塔供冷技术的应用建议,为数据中心的选址提供参考。为最大化利用自然冷源,基于冷却塔供冷系统传热过程中的温差损失及冷却塔不同设计运行参数下的性能曲线,提出降低冷却塔进出水温差或调节冷却塔运行流量比共3种优化方案。从冷机能耗、PUE、耗水量等方面对比了各方案在不同气候区域的优化效果。

关键词：数据中心冷却塔供冷能耗特性耗水量优化方案

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冷却塔供冷系统设计方法探讨

制冷与空调（四川） 2023年第4期37卷 562-567,612页

作者：罗于成都市建筑设计研究院有限公司成都610095

介绍了冷却塔供冷的原理,提出一种冷却塔供冷的设计方法,通过对各设计参数进行分析,说明设计方法。介绍了成都市第二人民医院龙潭医院项目用该方法进行冷却塔供冷系统设计的应用,总结了冷却塔供冷系统的设计方法和步骤。

关键词：冷却塔供冷设计方法设计参数分析自力式压差控制阀冷却塔冷却特性

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冷却塔供冷系统设计方法

暖通空调 2009年第7期39卷 99-104页

作者：王翔上海中房建筑设计有限公司

介绍了冷却塔免费供冷的原理,通过对工程设计中的一些方法和概念进行分析,提出开式冷却塔加板式换热器是冬季冷却塔供冷较实用的形式,探讨了冬季内区采用较高空调供水温度的可行性、冷却塔冬季性能曲线、冷却塔供冷与冷水机组供冷工况... 详细信息

介绍了冷却塔免费供冷的原理,通过对工程设计中的一些方法和概念进行分析,提出开式冷却塔加板式换热器是冬季冷却塔供冷较实用的形式,探讨了冬季内区采用较高空调供水温度的可行性、冷却塔冬季性能曲线、冷却塔供冷与冷水机组供冷工况切换点的取值、水泵的选取、冷水机组选用等问题。给出了冷却塔系统设计实例。

关键词：冷却塔供冷经济性冬季热工曲线工况切换点冷却水泵冷水机组水处理

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冷却塔供冷技术在分布式能源项目中的应用

暖通空调 2014年第7期44卷 55-58页

作者：和彬彬张珍李和平宋洪涛华电分布式能源工程技术有限公司

冷却塔供冷技术是一种日益成熟的节能技术,可推广应用到分布式能源项目中。以北京丰台产业园分布式能源站项目为例,分析了冷却塔供冷系统的设置方式、系统投资及收益等,结果表明,冷却塔供冷技术在分布式能源项目中应用有较好的经济性。

关键词：冷却塔供冷分布式能源设置方式系统投资节能

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冷却塔供冷系统设计方法总结与探讨

暖通空调 2008年第5期38卷 74-78页

作者：苗培张杰石鹤北京市建筑设计研究院

概述了冷却塔供冷技术的基本特性,利用冷却塔的特性曲线对其热工特性进行了分析。介绍了冷却塔供冷技术在北京奥林匹克公园(B区)国家会议中心工程中的应用,总结了冷却塔供冷系统的设计方法与步骤。提出了设计中值得注意的几个问题。

关键词：冷却塔供冷热工特性设计方法

冷却塔供冷系统在电子厂空调系统节能改造中的应用研究

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冷却塔供冷系统在电子厂空调系统节能改造中的应用研究

作者：张宝建东华大学

学位级别：硕士

经济迅速发展的同时伴随着能源消耗迅猛增长,节能降耗成为当今社会发展的主题。冷却塔供冷技术作为工业建筑空调系统节能改造的重要技术,是众多节能改造措施中为数不多改变冷热源形式的措施。由于电子产品的特殊性,在生产过程中车间内... 详细信息

经济迅速发展的同时伴随着能源消耗迅猛增长,节能降耗成为当今社会发展的主题。冷却塔供冷技术作为工业建筑空调系统节能改造的重要技术,是众多节能改造措施中为数不多改变冷热源形式的措施。由于电子产品的特殊性,在生产过程中车间内应保持恒温恒湿状态。因生产设备散热量较大,需要对生产车间进行全年不间断供冷。又因杭州地处夏热冬冷地区,且在过渡季节和冬季时室外空气焓值较低,从而为冷却塔供冷技术在既有工业建筑空调系统节能改造的应用创造了条件。本文将冷却塔供冷系统应用于杭州某电子厂房空调系统节能改造项目中,主要从建立冷却塔供冷系统模拟平台、系统运行模式和控制、影响因素及优化、实测分析及节能改造的经济性等方面进行研究与分析。首先,利用TRNSYS模拟软件,针对杭州市某电子厂空调系统节能改造项目,建立适合的冷却塔供冷系统模型。结合冷却塔供冷系统的特点,分析了该系统的运行模式和控制策略。其次,在已建立的冷却塔供冷系统的模型上,研究影响该系统运行能耗的主要因素包括系统切换温度、室外湿球温度、供回水温度以及设备效率。同时,探讨了冷却塔供冷系统在其它典型城市工业建筑节能改造中的应用潜力。通过数据分析及模拟,表明冷却塔供冷系统在工业建筑节能改造中的节能潜力较大。最后,对冷却塔供冷系统模型模拟的结果进行分析,并与2014年该电子厂空调系统的实际运行能耗对比,结果表明该厂在应用了冷却塔供冷系统后,其节能率达到32%。同时也对应用了冷却塔供冷的空调系统进行相关测试,测试结果表明,该厂冷却塔供冷空调系统实际运行能耗比模拟能耗高出17.22%。表明该系统实际运行能耗与理论模拟能耗存在误差,并对误差的影响因素进行讨论,然后对该节能改造项目进行经济性分析。

关键词：冷却塔供冷节能改造电子厂能耗经济性

冷却塔供冷空调系统节能潜力与优化运行策略研究

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冷却塔供冷空调系统节能潜力与优化运行策略研究

作者：孙宇栋东南大学

学位级别：硕士

冷却塔供冷是一种利用自然冷源部分或全部消除室内冷负荷的制冷技术,在有条件使用的场合相比于常规机械制冷拥有显著的节能优势,在暖通空调领域得到迅速发展。然而现有常规冷却塔供冷系统采用固定的运行模式切换点和运行参数设置,不能... 详细信息

冷却塔供冷是一种利用自然冷源部分或全部消除室内冷负荷的制冷技术,在有条件使用的场合相比于常规机械制冷拥有显著的节能优势,在暖通空调领域得到迅速发展。然而现有常规冷却塔供冷系统采用固定的运行模式切换点和运行参数设置,不能较好的适应天气以及负荷的实际变化情况,同时最大限度的发挥冷却塔供冷的节能潜力。为此,本文通过建立冷却塔供冷系统模型,根据实际运行系统的特点,结合理论和实验方法,深入研究冷却塔供冷系统的运行特性、控制策略、节能优化及适应性评估,并为不同区域冷却塔供冷全年节能潜力的预测、该冷却塔供冷系统的设计选型和优化运行提供理论依据和实际指导。本文主要工作如下:1)基于特征识别方法建立冷却塔供冷空调系统仿真模型并验证。针对某医院实际冷却塔供冷空调系统,集总各部件未知结构参数作为特征参数,在冬季供冷工况下,实测少量运行数据求解特征参数,建立基于特征识别的冷却塔供冷系统仿真模型。对比模拟结果与实测数据,结果表明基于特征识别的冷却塔供冷空调系统模型精确度较高,可用于冷却塔供冷系统节能潜力与优化运行的研究。2)提出对冷却塔供冷系统运行模式的临界切换湿球温度和系统运行参数的实时全局优化运行策略。利用仿真模型,总结出切换温度随负荷率和室外相对湿度的变化规律,研究冷却塔和板式换热器的设计参数对切换温度的影响。对目标建筑进行负荷计算,基于结果确定全年逐时切换温度,评价不同气候分区的典型城市冷却塔供冷的适应性。以系统总能耗作为目标函数,以冷却水流量、冷却塔数量、冷却塔风量作为控制变量,使用模式搜索算法,结合供冷模式切换的逻辑控制,得到冷却塔供冷系统的最优运行策略。3)研究并获得冷却塔供冷系统的最优运行策略,提出全年节能潜力的评估方法。采用不同气候分区的典型城市的全年气象参数,对目标建筑冷却塔供冷的性能进行预测,获得系统的全年能耗和节能量。探讨不同的气候条件和最不利房间设计参数下节能潜力的变化规律。结果表明,严寒地区的全年节能率最大,为27%。提高最不利房间的室内设计温度及增加设计新风量能够有效提高节能潜力,提高室内设计温度时效果更加明显。相比仅采用冷却塔单独供冷模式,联合供冷模式可以使不同气候分区的全年供冷时长增加23.0%～74.4%,节能量增加23.7%～60.1%。

关键词：冷却塔供冷特征识别切换温度节能潜力优化

冷却塔供冷系统在既有建筑空调节能改造中的应用研究

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冷却塔供冷系统在既有建筑空调节能改造中的应用研究

作者：王在峰哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

既有建筑中的空调系统作为耗能大户,对其进行节能研究与改造更是刻不容缓的。冷却塔供冷技术是一项在国外受到重视的节能改造技术,依据我国既有建筑空调系统能耗现状,我们提出本课题,以预测和分析该技术在我国的应用情况,推动该节能技... 详细信息

既有建筑中的空调系统作为耗能大户,对其进行节能研究与改造更是刻不容缓的。冷却塔供冷技术是一项在国外受到重视的节能改造技术,依据我国既有建筑空调系统能耗现状,我们提出本课题,以预测和分析该技术在我国的应用情况,推动该节能技术在我国的快速发展。本文在冷却塔供冷原理的基础上,收集国内外的工程应用情况,针对供冷季的特点,探讨了该技术的适用条件,包括内部负荷特点、气象条件及空调末端形式;分析了冷却塔供冷系统中主要设备的运行特性,如冷却塔、板式换热器等的运行特性及其变化情况;并对冷却塔供冷系统的节能相关因素进行探讨,如冷却塔供冷的切换温度、供冷温度、负荷大小;同时,采用能耗模拟软件与编制程序的方法,以模拟办公建筑为例,对全国不同地区的应用情况进行能耗模拟计算分析。根据不同的供冷温度,得到不同换热温差下的节能率,从而对冷却塔供冷系统在我国的应用与推广提供理论依据,并对此系统在冬季运行时的冷却塔提出防冻措施,以使本文的研究为冷却塔供冷系统在工程中的推广应用,提供科学依据。本文通过对冷却塔供冷系统在我国20个典型城市的能耗模拟分析,得出该系统具有显著的节能效益,值得推广应用,符合我国的节能减排政策,相信在广大暖通工作者的共同努力下,该系统会有更加广阔的应用前景。本课题为“十一五”国家科技支撑计划课题(2006BAJ03A05)“既有建筑设备改造关键技术研究”的一部分内容。

关键词：既有建筑冷却塔供冷供冷时数系统模拟节能

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吊顶辐射冷却塔供冷系统试验研究与性能分析

可再生能源 2012年第5期30卷 100-104,108页

作者：王晓霖翟晓强杨燕上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

通过供冷试验及TRNSYS软件模拟研究了吊顶辐射冷却塔供冷系统的运行效果,分析了气象参数、部件结构等因素对系统供冷效果的影响,并与常规供冷系统全年的运行能耗进行对比。试验与理论分析结果表明,吊顶辐射冷却塔供冷系统的有效供冷量... 详细信息

通过供冷试验及TRNSYS软件模拟研究了吊顶辐射冷却塔供冷系统的运行效果,分析了气象参数、部件结构等因素对系统供冷效果的影响,并与常规供冷系统全年的运行能耗进行对比。试验与理论分析结果表明,吊顶辐射冷却塔供冷系统的有效供冷量能够满足用户供冷需要,供冷房间温度稳定且分布均匀。冷却塔供冷效果与大气湿球温度、建筑内部负荷、热交换器结构等因素有关。辐射顶板末端与冷却塔供冷匹配性高,系统全年运行时数增加,应用于需全年供冷的建筑节能效果显著。

关键词：冷却塔供冷冷辐射顶板影响因素能耗