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摘 要：数据中心是为数据处理设备提供运行环境的场所，有大量的冷负荷需求，本文以河北廊坊某数据中心为实例，利用附近热源厂的蒸汽作为驱动热源，采用蒸汽溴化锂机组为数据中心供冷。
关键词：数据中心;蒸汽;吸收式热泵
1.引言
数据中心作为信息化的重要载体，提供信息数据存储和信息系统运行平台支撑，是推进新一代信息技术产业发展的关键资源，其承担着数据流通中心的关键作用，是网络数据交换最为集中的节点所在。数据中心是为数据处理设备提供运行环境的场所，随着信息化社会的不断发展，数据中心规模越来越大，其设备散热量不断增加，为数据中心提供的冷热水系统的规模随之增大，势必造成空调系统的能耗增加，也会对我国能源供应和环境保护造成巨大压力。
数据中心机房有大量的散热，需要设置制冷系统带走热量，因此制冷系统是维持数据中心正常运的关键因素，维持数据中心保持高效运转的同时，帮助其提高工作效率，通常数据中心一般采用电制冷，本文结合数据中心特点及周边资源情况，采用蒸汽溴化锂热泵机组为数据中心供冷。
2.蒸汽溴化锂吸收式热泵[1]
热泵是将低品位热转化为高品位热的装置。吸收式热泵是以水为制冷剂、溴化锂溶液为吸收剂，将低温热源中的热量提取出来，转移该部分热量，进而得到较高品位热量的设备。吸收式热泵技术成熟，产品性能稳定，在工业领域已经有广泛的应用。蒸汽溴化锂吸收式热泵是以0.3Mpa以上蒸汽产生的热能為驱动热源，以溴化锂和水组成的二元溶液为工质的吸收式制热装置，利用水在低压真空状态下低沸点的特性，提取低品位废热源中的热量，通过回收转换制取采暖、工艺以及生活用高品位热水主机系统有溶液泵、吸收器、发生器、冷凝器、蒸发器、节流阀等。其制冷原理如下图1所示：
蒸发器：水在负压下低温蒸发，从低温热源中取热。
吸收器：浓溴化锂溶液吸收低温蒸汽放热，加热冷媒。
发生器：利用驱动热源加热溴化锂稀溶液，冷剂水蒸发，溴化锂稀溶液浓缩成浓溶液，再次进入吸收器，实现溶液的循环;蒸发出的制冷剂（水蒸气）进入冷凝器。
冷凝器：水蒸汽冷凝成水放热，加热冷媒。冷凝器中凝结的水进入蒸发器，形成冷剂水的循环。
制冷原理：输入驱动热源蒸汽，使发生器的溴化锂溶液至 140℃左右产生水蒸汽，水蒸汽被冷却水冷凝成水，冷凝水进入蒸发器这个高真空环境，骤然蒸发，降温至 5℃，喷洒到铜管上，使铜管内 12℃的空调水降温至 7℃，向用户提供冷冻水，冷凝水吸收了空调热量变为水蒸汽，被来自发生器的浓溶液吸收，并将热量传递给冷却水，释放到大气中，变稀的溶液被泵到发生器，再次被加热，再次产生水蒸汽，重复上述循环。
3.本方案数据中心介绍
某数据中心一期项目于建设当年启动，次年6月交付使用，终期于次年底竣工，一期计划建设2000机柜，单机柜功耗8KW;主机房和变配电机房制冷负荷约为20625KW。终期计划建设约3200个机柜，单机柜功耗8KW，主机房和变配电机房制冷负荷约为33000KW。数据中心末端采用风机盘管型式，采用15/21℃的供回水温度的冷冻水。
因此根据上述描述可知，本工程冷负荷需求见下表：
数据中心附近有一热源厂，共有2台75t/h燃煤蒸汽锅炉以及一台30t/h燃气蒸汽锅炉。冬季蒸汽负荷约需求量为40～50t/h，除冬季外，其他季节蒸汽负荷平均需求量较小，仅为20t/h，此时若采用燃煤锅炉供蒸汽，由于锅炉容量较大，存在压火运行或蒸汽排空情况，若采用燃气锅炉供汽则运行费用较高。因此本方案选用蒸汽溴化锂热泵机组，即满足新建数据中心的用冷需求，并可解决非采暖季的蒸汽使用问题。
4.装机规模
数据中心计划建设约3200个机柜（一期2000个，二期1200个），单机柜功耗8KW，主机房和变配电机房制冷负荷约为33000KW。可选用蒸汽型溴化锂机组供冷，即可消纳非采暖季供热厂的蒸汽，又可以给数据中心供冷。数据中心等级为A级，用户要求供冷安全可靠。因此本项目选用蒸汽型型溴化锂机组满足100%冷负荷，由于数据中心已有一套电制冷系统作为数据中心的冗余，数据中心现有电制冷的冷冻水的供回水温度15/21℃，本项目考虑蒸汽溴化锂吸收式热泵为数据中心供冷，设计供回水温度7/12℃，在数据中心末端设置换热器，数据中心的21℃的冷冻水回水与溴化锂吸收式热泵提供的7℃的冷冻水换热，换热后15℃的冷冻水供数据中心冷负荷。
本工程的工艺流程示意图如下图所示：
本工程在热源厂集中设置蒸汽型溴化锂机房，一期计划建设3台6980kw蒸汽溴化锂机组，终期再增加2台6980kw蒸汽溴化锂机组满足数据中心的冷负荷需求。当蒸汽溴化锂机组出现故障时，由数据中心自有的电制冷提供冷负荷。
以一期为例：常态下运行3台6980kw蒸汽溴化锂机组供能冷力约20.94MW，能够满足一期20.625MW的冷负荷。
终期时运行5台6980kw蒸汽溴化锂机组供能冷力约34.90MW，能够满足终期期33.0MW的冷负荷。
除去热源厂原有的蒸汽负荷以及供热厂内蒸汽锅炉除氧用的蒸汽负荷外，供热厂内燃煤蒸汽锅炉可满足全部的蒸汽负荷需求。
5.运行分析
本项目涉及主要输入能源材料价格情况如下：电价：0.7元元kW;自来水价9元/m?，燃煤价格：760元/吨，售冷价格：0.31元/kw。
本项目按照终期建设3200个机柜进行运行分析的对比。将上述本方案与采用市电供电、电制冷的基本方案做为相互对比，具体运行分析对比分析如下表：
本工程终期静态投资约8637万元，投资回收期约4年，年收益约2159万元。若采用常规系统（市政供电+电制冷），总投资约8009万元，年收益1497万元，静态投资回收期约5.35年，相比而言，采用蒸汽溴化锂热泵为数据中心供冷更具有优势。根据当地的能源价格测算，本方案采用蒸汽溴化锂热泵为数据中心供冷具备一定的可行性。
上述计算结果是在电价0.7元/kWh，冷价0.31元/kW条件下（双方提供数据）计算得出。当电价和冷价有变化时，会有不同的结果。根据上述计算原则，可得出不同冷价与电价下电制冷方案与蒸汽溴化锂方案投资回收期及年收益对比。当电价相同时，售冷价格越高，采用蒸汽溴化锂热泵供冷比常规系统（市政供电+电制冷）更具有优势。当售冷价格相同时，电价越高，采用蒸汽溴化锂热泵供冷比常规系统（市政供电+电制冷）更具有优势。因此在选择供冷方式时，需根据当地的能源价格进行测算，选择合理的供能方式。
6.结束语
数据中心用冷负荷需求较大，负荷波动较小。除了采用常规的电制冷为数据中心提供冷负荷外，还可以结合当地的能源情况，采用吸收式热泵为数据中心供冷。本项目数据中心附近有热源厂，即可消纳热源厂非采暖季的蒸汽，又可以给数据中心供冷。因此热源厂可结合当地的电价、售冷价格等多方面因素，建设蒸汽溴化锂吸收式热泵为数据中心提供冷负荷，解决非采暖季的蒸汽使用问题，减少数据中心的运营维护成本，具备一定的推广意义。
参考文献
[1]戴永庆，耿惠彬.陆震，等溴化锂吸收式制冷技术与 应用.北京：机械工业出版社，1996.
关键词：数据中心;蒸汽;吸收式热泵
1.引言
数据中心作为信息化的重要载体，提供信息数据存储和信息系统运行平台支撑，是推进新一代信息技术产业发展的关键资源，其承担着数据流通中心的关键作用，是网络数据交换最为集中的节点所在。数据中心是为数据处理设备提供运行环境的场所，随着信息化社会的不断发展，数据中心规模越来越大，其设备散热量不断增加，为数据中心提供的冷热水系统的规模随之增大，势必造成空调系统的能耗增加，也会对我国能源供应和环境保护造成巨大压力。
数据中心机房有大量的散热，需要设置制冷系统带走热量，因此制冷系统是维持数据中心正常运的关键因素，维持数据中心保持高效运转的同时，帮助其提高工作效率，通常数据中心一般采用电制冷，本文结合数据中心特点及周边资源情况，采用蒸汽溴化锂热泵机组为数据中心供冷。
2.蒸汽溴化锂吸收式热泵[1]
热泵是将低品位热转化为高品位热的装置。吸收式热泵是以水为制冷剂、溴化锂溶液为吸收剂，将低温热源中的热量提取出来，转移该部分热量，进而得到较高品位热量的设备。吸收式热泵技术成熟，产品性能稳定，在工业领域已经有广泛的应用。蒸汽溴化锂吸收式热泵是以0.3Mpa以上蒸汽产生的热能為驱动热源，以溴化锂和水组成的二元溶液为工质的吸收式制热装置，利用水在低压真空状态下低沸点的特性，提取低品位废热源中的热量，通过回收转换制取采暖、工艺以及生活用高品位热水主机系统有溶液泵、吸收器、发生器、冷凝器、蒸发器、节流阀等。其制冷原理如下图1所示：
蒸发器：水在负压下低温蒸发，从低温热源中取热。
吸收器：浓溴化锂溶液吸收低温蒸汽放热，加热冷媒。
发生器：利用驱动热源加热溴化锂稀溶液，冷剂水蒸发，溴化锂稀溶液浓缩成浓溶液，再次进入吸收器，实现溶液的循环;蒸发出的制冷剂（水蒸气）进入冷凝器。
冷凝器：水蒸汽冷凝成水放热，加热冷媒。冷凝器中凝结的水进入蒸发器，形成冷剂水的循环。
制冷原理：输入驱动热源蒸汽，使发生器的溴化锂溶液至 140℃左右产生水蒸汽，水蒸汽被冷却水冷凝成水，冷凝水进入蒸发器这个高真空环境，骤然蒸发，降温至 5℃，喷洒到铜管上，使铜管内 12℃的空调水降温至 7℃，向用户提供冷冻水，冷凝水吸收了空调热量变为水蒸汽，被来自发生器的浓溶液吸收，并将热量传递给冷却水，释放到大气中，变稀的溶液被泵到发生器，再次被加热，再次产生水蒸汽，重复上述循环。
3.本方案数据中心介绍
某数据中心一期项目于建设当年启动，次年6月交付使用，终期于次年底竣工，一期计划建设2000机柜，单机柜功耗8KW;主机房和变配电机房制冷负荷约为20625KW。终期计划建设约3200个机柜，单机柜功耗8KW，主机房和变配电机房制冷负荷约为33000KW。数据中心末端采用风机盘管型式，采用15/21℃的供回水温度的冷冻水。
因此根据上述描述可知，本工程冷负荷需求见下表：
数据中心附近有一热源厂，共有2台75t/h燃煤蒸汽锅炉以及一台30t/h燃气蒸汽锅炉。冬季蒸汽负荷约需求量为40～50t/h，除冬季外，其他季节蒸汽负荷平均需求量较小，仅为20t/h，此时若采用燃煤锅炉供蒸汽，由于锅炉容量较大，存在压火运行或蒸汽排空情况，若采用燃气锅炉供汽则运行费用较高。因此本方案选用蒸汽溴化锂热泵机组，即满足新建数据中心的用冷需求，并可解决非采暖季的蒸汽使用问题。
4.装机规模
数据中心计划建设约3200个机柜（一期2000个，二期1200个），单机柜功耗8KW，主机房和变配电机房制冷负荷约为33000KW。可选用蒸汽型溴化锂机组供冷，即可消纳非采暖季供热厂的蒸汽，又可以给数据中心供冷。数据中心等级为A级，用户要求供冷安全可靠。因此本项目选用蒸汽型型溴化锂机组满足100%冷负荷，由于数据中心已有一套电制冷系统作为数据中心的冗余，数据中心现有电制冷的冷冻水的供回水温度15/21℃，本项目考虑蒸汽溴化锂吸收式热泵为数据中心供冷，设计供回水温度7/12℃，在数据中心末端设置换热器，数据中心的21℃的冷冻水回水与溴化锂吸收式热泵提供的7℃的冷冻水换热，换热后15℃的冷冻水供数据中心冷负荷。
本工程的工艺流程示意图如下图所示：
本工程在热源厂集中设置蒸汽型溴化锂机房，一期计划建设3台6980kw蒸汽溴化锂机组，终期再增加2台6980kw蒸汽溴化锂机组满足数据中心的冷负荷需求。当蒸汽溴化锂机组出现故障时，由数据中心自有的电制冷提供冷负荷。
以一期为例：常态下运行3台6980kw蒸汽溴化锂机组供能冷力约20.94MW，能够满足一期20.625MW的冷负荷。
终期时运行5台6980kw蒸汽溴化锂机组供能冷力约34.90MW，能够满足终期期33.0MW的冷负荷。
除去热源厂原有的蒸汽负荷以及供热厂内蒸汽锅炉除氧用的蒸汽负荷外，供热厂内燃煤蒸汽锅炉可满足全部的蒸汽负荷需求。
5.运行分析
本项目涉及主要输入能源材料价格情况如下：电价：0.7元元kW;自来水价9元/m?，燃煤价格：760元/吨，售冷价格：0.31元/kw。
本项目按照终期建设3200个机柜进行运行分析的对比。将上述本方案与采用市电供电、电制冷的基本方案做为相互对比，具体运行分析对比分析如下表：
本工程终期静态投资约8637万元，投资回收期约4年，年收益约2159万元。若采用常规系统（市政供电+电制冷），总投资约8009万元，年收益1497万元，静态投资回收期约5.35年，相比而言，采用蒸汽溴化锂热泵为数据中心供冷更具有优势。根据当地的能源价格测算，本方案采用蒸汽溴化锂热泵为数据中心供冷具备一定的可行性。
上述计算结果是在电价0.7元/kWh，冷价0.31元/kW条件下（双方提供数据）计算得出。当电价和冷价有变化时，会有不同的结果。根据上述计算原则，可得出不同冷价与电价下电制冷方案与蒸汽溴化锂方案投资回收期及年收益对比。当电价相同时，售冷价格越高，采用蒸汽溴化锂热泵供冷比常规系统（市政供电+电制冷）更具有优势。当售冷价格相同时，电价越高，采用蒸汽溴化锂热泵供冷比常规系统（市政供电+电制冷）更具有优势。因此在选择供冷方式时，需根据当地的能源价格进行测算，选择合理的供能方式。
6.结束语
数据中心用冷负荷需求较大，负荷波动较小。除了采用常规的电制冷为数据中心提供冷负荷外，还可以结合当地的能源情况，采用吸收式热泵为数据中心供冷。本项目数据中心附近有热源厂，即可消纳热源厂非采暖季的蒸汽，又可以给数据中心供冷。因此热源厂可结合当地的电价、售冷价格等多方面因素，建设蒸汽溴化锂吸收式热泵为数据中心提供冷负荷，解决非采暖季的蒸汽使用问题，减少数据中心的运营维护成本，具备一定的推广意义。
参考文献
[1]戴永庆，耿惠彬.陆震，等溴化锂吸收式制冷技术与 应用.北京：机械工业出版社，1996.