赫尔大学可持续的计算机和数据中心冷却技术可节省高达80% 的电能

  2022年夏天是欧洲和中国有史以来最热的一年。全球气温正在逐年上升。酷热给社会带来了广泛的危险影响。它也给住宅、商业、公共和工业空间的冷却基础设施带来了额外的压力。国际能源署(IEA)的分析师约翰-杜拉克(John Dulac)表示:“2018 年夏天,在北京,热浪期间,50% 的电力用在空调。”中国目前是全球最大的空调市场,2019年中国空调年销量约为2.14亿台。到 2050 年,研究人员预计地球上的室内空调数量将翻两番,达到 45 亿台,至少会像今天的手机一样无处不在。由英国赫尔大学的一位中国学者领导的研究团队正在开创一种解决方案,该解决方案可将能效系数提高 140%,并节省 50% 至 80% 的电能消耗。

  在过去的一个世纪里,通过传统空调技术进行制冷已经改变了中国,使城市化和现代化在工作和家庭中得以实现。然而,它也非常耗碳,而且在能源成本持续不断的增加的时代,成本很高。然而,关闭冷空气流动在社会层面和经济层面上都具有破坏性。整个社区和供应链的可持续发展都依赖于定期、持续的的空调。今天,为现代经济服务的工业计算机、数据处理和云计算工厂也是如此。

  开发用于冷却住宅和商业建筑的低碳、更高效的技术是 21 世纪发达和发展中社会面临的重大问题之一。赫尔大学可持续能源技术中心(CSET)的研究人员一直在开发一系列的技术创新,这些创新可以引导人们走向更可持续的未来。CSET由赵旭东教授领导,于2019年在赫尔大学成立,其使命是发明并应用建筑环境供暖和制冷的低碳方法。赵教授在赫尔大学建立了一个人员配备齐全的研究实验室,并建立了一个全球合作者网络,以推进这项研究议程。

  “赫尔大学的CSET在可持续能源创新和开发应对气候平均状态随时间的变化的新技术方面处于领头羊。它致力于开发创新的研究投标,管理研究项目,指导博士生,培训早期职业研究人员,并与工业界、学术界、政府部门和研究委员会建立联系.”赫尔大学的赵旭东教授补充道。

  CSET的大部分研究都集中在数据中心使用的大型工业计算机的冷却方面。最近,CSET与广东工业大学的王璋元博士共同开发了一项创新,使用循环系统来收集数据处理设备产生的多余热量。这大幅度减少了设备的冷却负荷,需要更少的常规空调。它还使收集的热量能够被重新利,用于加热建筑内的其他房间或水。总系统实现了高达140%的能效系数,以及50%至80%的电能节约。

  除了环路热管系统,赵旭东教授和他在赫尔的同事马晓丽博士、朱子尚博士和曾诚博士还领导了一个跨国项目,与中国和欧盟的合作伙伴一起开发了一种新型的CDC露点冷却系统。该系统包含四个创新:1) 波纹传热片,以减少气流阻力;2)高水分扩散材料,以增强吸收、扩散和蒸发;3)间歇供水方案,以防止在吸收表明产生水膜;4)优化的风扇结构。这种创新组合在应用于数据处理系统时,可实现 52.5 的能效系数 (COP),在此类技术中处于世界领先地位。

  赵教授补充道,目前,空调以机械式蒸汽压缩系统为主。这种类型的系统由于使用压缩机而消耗大量电力,因此既不具有可持续性,也不符合环保要求。间接蒸发式空调,特别是露点式空调,由于可以有效的预防空气中的水分增加,因此特别受到关注。虽然露点空调已经取得了许多进展,但其降温潜力仍然有限,导致了体积较大、风量较大、成本比较高的问题。CSET的创新是指一种高性能露点空调(AC)技术,通过采用独特的复合热质交换器、高性能纤维作为湿介质,并实施间歇供水运行方案,能够达到52.5的性能系数(COP)。这使得接近零碳的空调运行成为可能,从而在不久的将来创造巨大的全球业务。与现有的露点空调系统和传统的机械蒸汽压缩空调系统相比,新机组的能效分别提高了120%-180%和1200-1600%,电耗分别降低了50%-70%和90%-95%。

  CSET的新型露点冷却系统已经在赫尔大学、赫尔Aura创新中心以及赫尔市议会运营的各种民用建筑中得到应用。将冷却系统应用于赫尔市议会的数据中心后,发现能耗降低了80%。该技术的商业化正在发展路线图上,使这一解决方案引起政府和工业界的兴趣。

  中国的国际气候承诺(国家确定的贡献,简称NDC)承诺 在2030年之前 使二氧化碳排放达到峰值,并在2030年将该国的碳强度(单位GDP排放量)从2005年的水平降低“65%以上”。 它一定要解决排放的主要驱动因素之一,那就是空调。赵教授和他在赫尔大学的研究团队开发的技术提供了一个途径,以减少二氧化碳的大多数来自之一的碳足迹,而不妨碍创造人类和机器性能所需的凉爽气候的机器的工作。