数据中心与污水厂热能交换系统

本发明涉及数据中心冷却，尤其涉及污水热能的利用。

背景技术：

1、城市数据中心的服务器等设备，在运行过程中会产生大量的热量。这些大量的热量，会影响服务器等设备的安全稳定运行。为此，城市数据中心往往需要设置庞大的冷却设备。这些冷却设备虽然能解决散热的问题，但是这些冷却设备不仅价格昂贵、不易布置，而且无法有效回收利用城市数据中心散发的热量，造成能源的浪费。

2、同时，随着人们环保节能意识的增强，低品位热能的利用越来越受到人们的重视。所述低品位热能，是指品位低、浓度小、能量少，不被人们重视的废热能源。

3、城市中具有大量没有得到充分利用的低品位热能，例如广泛存在的太阳能、地热以及污水、江河水或空气中的能量，甚至于钢铁、化工等工业过程中也会产生低品位热能。

4、污水处理虽然是国民经济中规模较小的行业，但却属于能源密集型高能耗行业；据估计，污水处理行业碳排放量约占全社会碳排放总量的1％－2％。与此同时，污水余温热能储量确非常丰富，根据相关资料显示，污水中蕴含的理论热能为4.64kw·h/m3(温差为4摄氏度)。

5、已有研究表明城市污水中所蕴含的潜能值可达污水处理耗能的9到10倍。同时，前期研究结论显示，城市污水中化学能约占总潜能值的10％，而90％的污水潜能由热量产生。若把污水中的热能加以合理利用，污水处理厂也会从原先的耗能工厂转变为“能源工厂”，不仅可以间接实现运行，而且还会产生大量碳交易额。

6、但是，现有污水中的热能，并没有被有效地回收利用。这是因为从污水余温热能中提取的热量属于低品位能源(40至80℃)，难以用于发电，只能被直接利用，且热量有效输送半径仅为3到5km。

7、现有污水热能的利用方法主要为集中利用法。

8、所述集中利用法，是指集中利用污水处理厂出水的热能。因为污水处理厂出水比原污水具有更高的潜热值，通过水源热泵系统提取热能也相对容易，采用此种方法可避免热交换器(热泵)防污、防堵、防腐构造等问题。但是此种方法的热能利用范围有限，存在远距离输送热损失及输送费用问题。

技术实现思路

1、本发明提出了数据中心与污水厂热能交换系统，解决了现有数据中心所存在的主板冷却耗能大的问题，以及现有污水厂所存在的能源利用效率低以及热能利用受距离影响大的问题。

2、本发明所述的数据中心与污水厂热能交换系统，其技术方案如下：

3、所述系统包括数据中心冷却模块和污水储能模块；

4、所述污水储能模块中流通有污水；

5、所述污水储能模块与所述数据中心冷却模块串联形成冷却回路；

6、所述冷却回路中循环流动有一级换热循环介质；

7、所述一级换热循环介质，用于吸收若干个待冷却数据中心主板的热量，并将所述热量传递给所述污水储能模块中的污水。

8、进一步的，提供一个优选实施方式，所述系统还包括相变冷却模块；

9、所述相变冷却模块与所述污水储能模块串联形成相变冷却回路；

10、所述相变冷却回路与冷却回路的热流支路热接触，所述冷却回路的热流支路为所述冷却回路串联在所述数据中心冷却模块的一级换热循环介质流出端与所述污水储能模块的一级换热循环介质流入端之间的部分支路；

11、所述相变冷却回路，用于在设定条件下循环流动有二级换热循环介质；

12、所述二级换热循环介质，用于吸收所述冷却回路的热流支路的热量，并将所述热量传递给所述污水储能模块中的污水。

13、进一步的，提供一个优选实施方式，所述数据中心冷却模块包括第一冷却箱以及若干个第一热传递器；

14、所述第一冷却箱内部填充有所述一级换热循环介质，所述一级换热循环介质内浸泡有若干个第一热传递器；

15、所述污水储能模块包括污水池和若干个第三热传递器；

16、所述污水池用于存储所述污水；所述若干个第三热传递器浸在所述污水池的污水内；

17、所述第一热传递器与所述第三热传递器串联形成所述冷却回路。

18、进一步的，提供一个优选实施方式，所述污水储能模块包括污水池和若干个相变冷却热传递器；

19、所述污水池用于存储所述污水；所述若干相变冷却热传递器浸在所述污水池的污水内；

20、所述相变冷却模块包括第二冷却箱和若干个第二热传递器；

21、所述第二冷却箱内部填充有所述二级换热循环介质，所述若干个第二热传递器浸在所述二级换热循环介质内；所述第二热传递器串联在所述冷却回路的热流支路中，其内部流通一级换热循环介质；

22、所述第二冷却箱与所述若干个相变冷却热传递器串联在所述相变冷却回路中。

23、进一步的，提供一个优选实施方式，所述污水池包括污水进水口和污水出水口；

24、所述若干个第三热传递器或者若干个相变冷却热传递器沿从污水进水口到污水出水口的方向交错设置于所述污水池内，以使所述污水在所述污水池内呈s型流动。

25、进一步的，提供一个优选实施方式，相邻的两个第三热传递器或者相邻的两个相变冷却热传递器之间的距离，沿从污水进水口到污水出水口的方向逐渐减小。

26、进一步的，提供一个优选实施方式，所述冷却回路上串联有第一混合池和第二混合池；

27、所述第一混合池位于所述数据中心冷却模块的一级换热循环介质流出端；

28、所述第二混合池位于所述数据中心冷却模块的一级换热循环介质流入端。

29、进一步的，提供一个优选实施方式，所述污水储能模块还包括水力扰动设备；

30、所述水力扰动设备包括鼓风机以及曝气管路；

31、所述曝气管路浸入在所述污水中，所述鼓风机用于向所述曝气管路内输送气体。

32、进一步的，提供一个优选实施方式，所述一级换热循环介质是氟化液。

33、进一步的，提供一个优选实施方式，所述二级换热循环介质是三氯三氟乙烷。

34、本发明有以下有益效果：

35、1.本发明所述的数据中心与污水厂热能交换系统，通过采用所述数据中心冷却模块，利用氟化液作为冷却液(一级换热循环介质)，所述相变冷却模块以三氯三氟乙烷作为速冷剂(二级换热循环介质)，采用多级散热的方式，实现待冷却数据中心主板的运行温度稳定在46℃以下。

36、2.本发明所述的数据中心与污水厂热能交换系统，通过采用所述污水储能模块，可以利用污水厂二沉池处理后的污水作为三级换热循环介质(即将污水作为数据中心的冷源)，对待冷却数据中心主板进行冷却，并将收集的热能富集于污水中，以节能环保的方式实现数据中心良好散热(进而保证数据中心稳定运行)，同时提高了污水厂中污水的能量品位，进而提高了热泵等设备对污水中热能的回收效率。

37、3.本发明所述的数据中心与污水厂热能交换系统，通过采用所述热能回收模块，通过热泵回收污水中的热能，并可以将所述热能补给污水厂内的消化池系统或污泥干化系统等用能设备。

38、4.本发明所述的数据中心与污水厂热能交换系统，通过采用所述热能调控模块，可以通过所述污水储能模块中污水的进水流量、进水温度和出水温度，实时计算所述污水的输入能量(即对待冷却数据中心主板的能量回收量)，并可以根据污水厂中污泥消化系统与污泥低温干化系统等用能设备的运行状态，调控所述热能回收模块(即热泵)的对外供能功率。

39、5.本发明所述的数据中心与污水厂热能交换系统，可以有效解决数据中心的运行成本问题，并能提高污水厂的污水热能利用率，为污水厂碳汇提供出口。

40、6.本发明所述的数据中心与污水厂热能交换系统，可以将数据中心与污水厂合建，能够节约数据中心的运营管理成本。

41、本发明所述的数据中心与污水厂热能交换系统，适用于代替制冷设备对数据中心进行冷却以及提高污水热能的利用效率。