申请日2017.10.13
公开(公告)日2018.02.23
IPC分类号F24D3/10; F24D3/18; F24D19/00
摘要
本发明属于污水源冷、热量回收利用技术领域的一种污水源热泵与数据中心复合清洁供冷供热系统及方法。该污水源热泵与数据中心复合清洁供冷供热系统包括污水厂、污水源热泵系统、换热站、数据中心制冷机房、数据中心、空气源热泵、需冷或需热用户;污水源热泵系统从污水中回收的冷量，提供给数据中心及其附近用户;从污水中提供的热量以及从数据中心排出高温空气中回收的热量，同时提供给附近用户;本发明不仅能够利用污水源热泵回收污水厂中污水的冷、热量，还能回收数据中心产生的热量，为数据中心和附近用户供冷、热，减少数据中心的能源消耗，减少或抵消污水厂的碳排放量，实现能量梯级利用和碳中和的效果。
权利要求书
1.一种污水源热泵与数据中心复合清洁供冷供热系统，其特征在于，所述数据中心系统包括顺次连通的污水厂(1)、回收污水冷量的污水源热泵系统(2)、一级换热站(31)、数据中心制冷机房(4)、数据中心(5)、空气源热泵(6)、需冷或需热用户(7)、二级换热站(32);
所述污水源热泵系统(2)夏季工况时冷凝端通过污水供水管网(9)与污水厂(1)相连，蒸发端通过污水源热泵出水管网(10)与一级换热站(31)连接;冬季工况时蒸发端通过污水供水管网(9)与污水厂(1)相连，冷凝端通过污水源热泵出水管网(10)与一级换热站(31)连接;
所述一级换热站(31)通过冷冻水供水管网(11)与数据中心制冷机房(4)相连，数据中心(5)通过冷冻水回水管网(12)与一级换热站(31)相连;一级换热站(31)、数据中心制冷机房(4)和数据中心(5)构成循环回路;
所述一级换热站(31)通过一级换热站出水管网(13)与二级换热站(32)相连，二级换热站(32)通过二级换热站出水管网(14)与需冷用户制冷机房(8)连接，需冷用户(7)通过用户回水管网(15)与二级换热站(32)连接，二级换热站(32)、需冷用户(7)、需冷用户制冷机房(8)构成循环回路;二级换热站(32)还通过用户进水管网(19)与需热用户(7)连接;
所述空气源热泵(6)通过热空气供气管网(16)与数据中心(5)连接，通过采暖供水管网(17)、采暖回水管网(18)与需热用户(7)相连;
所述二级换热站(32)通过污水源热泵回水管网(20)与污水源热泵系统(2)连接，污水源热泵系统(2)通过污水回水管网(21)与污水厂(1)连接。
2.根据权利要求1所述的污水源热泵与数据中心复合清洁供冷供热系统，其特征在于，所述数据中心制冷机房(4)为数据中心(5)提供冷量。
3.根据权利要求1所述的污水源热泵与数据中心复合清洁供冷供热系统，其特征在于，所述需冷用户制冷机房(8)为需冷用户(7)提供冷量。
4.根据权利要求1所述的污水源热泵与数据中心复合清洁供冷供热系统，其特征在于，所述一级换热站(31)是污水源热泵系统(2)出水和数据中心制冷机房(4)冷冻水回水的换热装置。
5.根据权利要求1所述的污水源热泵与数据中心复合清洁供冷供热系统，其特征在于，所述二级换热站(32)是一级换热站(31)出水和需冷用户(7)回水的换热装置。
6.权利要求1-5任一项权利要求所述的一种污水源热泵与数据中心复合清洁供冷供热系统的方法，其特征在于，该方法是回收和多级利用污水中冷、热量和数据中心产生的热量，实现能量梯级利用和碳中和;具体包括：
所述污水源热泵系统(2)从污水中提取的冷量，通过一级换热站(31)进入数据中心制冷机房(4)，冷却数据中心制冷机房(4)的进水，当一级换热站(31)冷量不足时，数据中心制冷机房(4)作为辅助冷源为数据中心(5)提供冷量，降低数据中心(5)的能量损耗，为数据中心(5)提供完冷量的水通过冷冻水回水管网(12)回流至一级换热站(31);
一级换热站(31)的冷却水经一级换热站出水管网(13)输送到二级换热站(32)，通过二级换热站出水管网(14)冷却需冷用户制冷机房(8)进水，不足冷量由用户制冷机房(8)提供，降低需冷用户(7)的能量消耗;
污水源热泵系统(2)从污水中提取的热量，直接进入二级换热站(32)，通过加热用户回水管网(15)中的回水温度，为需热用户(7)供热;
数据中心(5)产生的高温气体，经空气源热泵(6)将热量传递给热水，经采暖供水管网(17)输送至需热用户(7)，为需热用户(7)提供热量;
二级换热站(32)的出水经污水源热泵回水管网(20)回流至污水源热泵(2)。
7.一种污水源热泵与数据中心复合清洁供冷供热系统的方法，其特征在于，具体包括：
夏季工况下，空气源热泵(6)关闭;经污水源热泵系统(2)提取污水厂(1)污水中冷量，将污水源热泵回水管网(20)中回水温度降低至5℃，经污水源热泵出水管网(10)传输至一级换热站(31)，冷却数据中心(5)的15℃出水，将其降温至10℃，数据中心制冷机房(4)的冷水机组作为备用冷源，在污水源热泵冷量不满足数据中心(5)的供冷需求时，数据中心制冷机房(4)的冷水机组作为辅助冷源为数据机房提供冷量;5℃的冷水经一级换热站(31)换热后被加热至10℃，通过一级换热站出水管网(13)进入二级换热站(32)，与需冷用户制冷机房(8)的回水进行热交换，将15℃的回水温度预冷至13℃，降低需冷用户制冷机房(8)的能耗，不足冷量由制冷机房的冷水机组提供，为周边需冷用户(7)供冷，实现夏季污水中冷量的再次利用;经二级换热站(32)后的出水温度被加热至12℃，通过污水源热泵回水管网(20)回流至污水源热泵系统(2);
冬季工况下，经污水源热泵系统(2)提取污水厂(1)污水中热量，将污水源热泵回水管网(20)中回水温度提高至47℃，经污水源热泵出水管网(10)直接传输至二级换热站(32)，加热用户回水管网(15)中40℃回水温度至45℃，通过用户进水管网(19)将热水提供给需热用户(7)，经二级换热站(32)后的出水温度被降低至42℃，通过污水源热泵回水管网(20)回流至污水源热泵系统(2);空气源热泵(6)回收数据中心(5)排出的35℃高温空气中热量，将40℃的采暖回水管网(18)中的回水加热至50℃，通过需热用户采暖供水管网(17)为需热用户(7)提供热量。
说明书
一种污水源热泵与数据中心复合清洁供冷供热系统及方法
技术领域
本发明属于污水源冷、热量回收利用和制冷、供热技术领域，特别涉及一种污水源热泵与数据中心复合清洁供冷供热系统及方法。
背景技术
随着互联网通信业务的快速发展，数据中心建设数量也进入高速增长期。目前我国数据中心总耗电量达850亿kw·h，其中空调系统能耗占数据中心总能耗的40%左右，且大多数数据中心热通道的温度范围在27-46℃之间，这些热空气中热量并无回收利用，而是直接排出室外，因此，数据中心不仅需要的制冷能耗高，而且产生的热量没有得到充分利用，造成了较大的能源浪费。
我国年污水排放量达464亿立方米，设单位污水量以100立方米计，所能利用的显热温差为5℃，则可利用冷热量为2.1×106KJ;制冷时，可节省一次能源(燃煤)0.357×106kJ，相当于21㎏燃煤，可节省一次能源(燃气)0.168×106KJ，相当于10.5立方米燃气;城市污水温度是一种不可多得的热泵冷源，一年四季相对稳定，夏季水体温度比环境空气温度低，这种温度特性使得污水源热泵比传统空调系统运行效率要高，能够大大节省运行费用;目前城市中排放的大量污水中冷量未能够充分利用，同样造成大量的能源浪费，不符合循环经济和节能环保的要求。
发明内容
本发明的目的是提供了一种污水源热泵与数据中心复合清洁供冷供热系统及方法，其特征在于，所述数据中心系统包括顺次连通的污水厂1、回收污水冷量的污水源热泵系统2、一级换热站31、数据中心制冷机房4、数据中心5、空气源热泵6、需冷或需热用户7、二级换热站32;
所述污水源热泵系统2夏季工况时冷凝端通过污水供水管网9与污水厂1相连，蒸发端通过污水源热泵出水管网10与一级换热站31连接;冬季工况时蒸发端通过污水供水管网9与污水厂1相连，冷凝端通过污水源热泵出水管网10与一级换热站31连接;
所述一级换热站31通过冷冻水供水管网11与数据中心制冷机房4相连，数据中心5通过冷冻水回水管网12与一级换热站31相连;一级换热站31、数据中心制冷机房4和数据中心5构成循环回路;
所述一级换热站31通过一级换热站出水管网13与二级换热站32相连，二级换热站32通过二级换热站出水管网14与需冷用户制冷机房8连接，需冷用户7通过用户回水管网15与二级换热站32连接，二级换热站32、需冷用户7、需冷用户制冷机房8构成循环回路;
二级换热站32还通过用户进水管网19与需热用户7连接;
所述空气源热泵6通过热空气供气管网16与数据中心5连接，通过采暖供水管网17、采暖回水管网18与需热用户7相连;
所述二级换热站32通过污水源热泵回水管网20与污水源热泵系统2连接，污水源热泵系统2通过污水回水管网21与污水厂1连接。
所述数据中心制冷机房4为数据中心5提供冷量。
所述需冷用户制冷机房8为需冷用户7提供冷量。
所述一级换热站31是污水源热泵系统2出水和数据中心制冷机房4冷冻水回水的换热装置。
所述二级换热站32是一级换热站31出水和需冷用户7回水的换热装置。
一种污水源热泵与数据中心复合清洁供冷供热系统的方法，其特征在于，污水源热泵系统2从污水中提取的冷量，通过一级换热站31进入数据中心制冷机房4，冷却数据中心制冷机房4的进水，当一级换热站31冷量不足时，数据中心制冷机房4作为辅助冷源为数据中心5提供冷量，降低数据中心5的能量损耗，为数据中心5提供完冷量的水通过冷冻水回水管网12回流至一级换热站31;
一级换热站31的冷却水经一级换热站出水管网13输送到二级换热站32，通过二级换热站出水管网14冷却需冷用户制冷机房8进水，不足冷量由用户制冷机房8提供，降低需冷用户7的能量消耗;
污水源热泵系统2从污水中提取的热量，直接进入二级换热站32，通过加热用户回水管网15中的回水温度，为需热用户7供热;
数据中心5产生的高温气体，经空气源热泵6将热量传递给热水，经采暖供水管网17输送至需热用户7，为需热用户7提供热量;
二级换热站32的出水经污水源热泵回水管网20回流至污水源热泵2，再通过污水回水管网21回流到污水厂1。
充分利用污水中冷、热量以及数据中心产生的热量，实现能量梯级利用和碳中和。
本发明的有益效果为：
本发明不仅能够利用污水源热泵回收污水厂中污水的冷、热量，减少数据中心的能源消耗，为数据中心附近需冷用户供冷、需热用户供热，还能回收数据中心产生的热量，为数据中心附近需热用户供热，减少或抵消污水厂的碳排放量，实现能量梯级利用和实现碳中和的效果。