CHŁODZENIE Z CIEPŁA - BEZ SPRĘŻAREK, BEZ PRĄDU!
Chłodnicze systemy adsorpcji Fahrenheit wytwarzaja chłód wykorzystując ciepło generowane z elektrociepłowni, procesów przemysłowych, kompresorów, instalacji pary, systemów solarnych lub lokalnych kotłowni dla efektywnego i przyjaznego dla środowiska chłodzenia oraz znacznej oszczędności kosztów eksploatacji stają się energooszczędnym i wydajnym źródłem chłodu.
Agregat adsorpcyjny działa na zasadzie sorpcji substancji stałych. Podczas procesów adsorpcji, para z materiału sorpcyjnego (żel krzemionkowy lub zeolit) jest "zassana" pobrana (zaadsorbowana) za pomocą, której paruje woda generując chłód. Gdy materiał jest nasycony, dodanie ciepła do żelu regeneruje go i proces zaczyna się od nowa.
Adsorpcja to przyłączenie atomów lub cząsteczek do powierzchni ciał stałych. W zimnym generatorze agregatów wody lodowej Fahrenheit są dołączone cząsteczki wody do jednego z dwóch adsorberów, które pochodzą z sąsiedniego parownika. Tam woda z czynnikiem chłodniczym jest odparowywana o kilka stopni Celsjusza, aby zapewnić chłód. Adsorber zapewnia wymagane bardzo niskie ciśnienie pary.
Chłód jest dostarczany w postaci zimnej wody i może być stosowane do chłodzenia procesowego lub klimatyzacji pomieszczeń. Chiller jest uniwersalny i analogiczny do stosowanego konwencjonalnego agregatu chłodniczego napędzanego prądem. Systemy chłodnicze Fahrenheit działają zgodnie z zasadą adsorpcji. W urządzeniu dwa podprocesy działają naprzemiennie, uzyskując w ten sposób quasi-ciągłą wydajność chłodzenia.
Oprócz zastosowania do chłodzenia, agregaty chłodnicze mogą być również wykorzystywane jako pompa ciepła, do wspomagania ogrzewania budynku zimą. System może być automatycznie przełączany przez sterowanie wyższego poziomu pomiędzy chłodzeniem i ogrzewaniem, dzięki czemu możliwa jest automatyczna praca w obu stanach.
Drugi z dwóch adsorberów jest ogrzewany równocześnie z dostarczonym ciepłem, z kompresorów lub instalacji pary. Aby umożliwić quasi-ciągłe chłodzenie, oba adsorbery działają na przemian w dwóch fazach.
Z punktu widzenia zastosowań chłodniczych maszyna zachowuje się jak agregat chłodniczy. Temperatury zimnej wody wynoszą od 9°C do 21°C w zależności od specyfikacji. Wewnątrz chillera (obszar zasilania wody lodowej) nie są wymagane żadne aktywnie poruszające się elementy. Nie trzeba go otwierać do celów inspekcyjnych lub konserwacyjnych, dlatego jest przyspawany szczelnie.
Dzięki technologii Fahrenheit agregat chłodniczy nie wymaga konserwacji. Prace serwisowe są wymagane tylko w obszarach peryferyjnych agregatu oraz innych elementów systemu.
Chłodziarki adsorpcyjne - jak działają
All video
Chłodzenie adsorpcyjne z żelu krzemionkowego
Generacja agregatów chłodniczych o nazwie eCoo produkuje zimno przez akumulację pary wodnej w porowatych ciałach stałych. Używamy do tego celu żelu krzemionkowego, jako adsorbenta dla tego procesu. Żel krzemionkowy jest porowatym piaskiem, całkowicie nietoksycznym i nieszkodliwym dla środowiska, składający się z SiO2. Czysta woda działa, jako czynnik chłodzący. W przeciwieństwie do innych czynników chłodniczych, woda jest bezpiecznym składnikiem.
Sam proces adsorpcji jest w 100 procentach odwracalny i działa bez żadnego wsparcia mechanicznego. Oznacza to, że transport środków chłodzących nie wymaga żadnych pomp, sprężarek lub zaworów i w związku z tym nie ma zużycia elementów wewnątrz modułu próżniowego. Moduły próżniowe są hermetycznie zamknięte i nie wymagają konserwacji. W przeciwieństwie do konwencjonalnych technologii system ten nie doznaje żadnych strat środków chłodzących podczas pracy urządzenia.
Agregaty SorTech działają niezawodnie już w temperaturze początkowej na zasilaniu 50°C. Obudowa modułu próżniowego składa się z cienkiego materiału ze stali nierdzewnej, bazując na regule „kanapki” lub „opakowania kawy", kierując siłę napędową - ciśnienie atmosferyczne - na wewnętrzną powłokę konstrukcji modułu.
Systemy chłodzenia adsorpcyjnego FAHRENHEIT
Systemy chłodzenia FAHRENHEIT mogą być łączone modułowo - a tym samym indywidualnie dostosowywane do pożądanych wymagań w zakresie chłodzenia. Nasze standardowe systemy można łączyć kaskadowo w celu zwiększenia ich wydajności chłodzenia.
- Wysokowydajne pompy z regulacją prędkości dla wszystkich trzech obiegów
- Zintegrowany tryb chłodzenia swobodnego: nie wymaga dodatkowej hydrauliki ani oprogramowania
- Solidny i niezawodny sterownik SIEMENS
- Wizualizacja i sterowanie w chmurze z dowolnego miejsca
- Zintegrowane protokoły komunikacyjne: BACnet IP, BACnet MS/TP, M-Bus, LON, Modbus RTU, OPC
- Moduły wewnętrzne można łączyć równolegle lub szeregowo w celu optymalizacji spadku mocy i temperatury
eCoo 20 ST
eCoo 20X
eCoo 30
eCoo 30X
eCoo 40X
Chłodzenie adsorpcyjne z Zeolitu
W celu poszerzenia zakresu zastosowań w szczególnych strefach klimatycznych z wyższymi temperaturami, inżynierowie opracowali nową technologię zeolitu (PST-Process - transformacja częściowa). W tym rewolucyjnym procesie powlekania, zeolit – jak żel krzemionkowy, przyjazny dla środowiska, nietoksyczny materiał - może krystalizować bezpośrednio na powierzchni konwencjonalnego wymiennika ciepła (typ Gill), pianki, uformowanej gąbki lub tworzyć się na włóknistym materiale.
W porównaniu do tradycyjnie powlekanych adsorberów, ta innowacja firmy Fahrenheit osiąga szczególnie dużą gęstość mocy dzięki jego wyjątkowym zdolnościom wody i zoptymalizowanymi warunkami wymiany ciepła. Ponadto zkrystalizowana powłoka zeolitu manifestuje siłę przyczepności do podłoża oraz solidnego związku i zapewnia doskonałą ochronę przed korozją. Fakt, że proces powlekania rezygnuje z korzystania z jakichkolwiek wiążących lub adhezyjnych warstw jest jednym z sekretów zoptymalizowanej wymiany ciepła systemu.
Wreszcie, dzięki tej innowacyjnej technice, wielkość, waga, pojemność oraz koszt zintegrowanego wymiennika ciepła mogła zostać znacznie zmniejszona - tworząc tą samą moc chłodniczą.
Samochłodzący się superkomputer - chłodzenie Data Center
System chłodzenia adsorpcyjnego Fahrenheit wspiera zrównoważoną efektywność energetyczną w Leibniz Supercomputer Centre.
Centra danych zużywają ogromne ilości energii elektrycznej. Globalnie zużywają ponad dwa procent wytwarzanej energii elektrycznej i wnoszą odpowiedni wkład w emisję CO2. Prognozy przewidują, że liczba centrów danych, a tym samym zużycie energii elektrycznej, będzie w nadchodzących latach nadal rosło. Z tego powodu poszukuje się alternatywnych rozwiązań, aby znacząco zmniejszyć zużycie energii elektrycznej i emisję CO2. Superkomputer SuperMUC-NG pokazuje, że te redukcje można osiągnąć już dzisiaj. Superkomputer firmy Intel-Lenovo, zainstalowany w Leibniz Supercomputer Centre (LRZ) przy Bawarskiej Akademii Nauk i Humanistyki w Garching, wykorzystuje złożone modele i symulacje do lepszego zrozumienia zagadnień, takich jak wszechświat, zmiany klimatu i działanie leków. Do tego celu potrzebuje do czterech megawatów energii elektrycznej. W wyniku ogromnej, generującej ciepło mocy obliczeniowej, wymaga efektywnego i, w miarę możliwości, energooszczędnego chłodzenia.
System chłodzenia adsorpcyjnego wnosi istotny wkład w ten efekt. Przekształca ciepło wytwarzane w procesorach w energię chłodniczą dla systemu chłodzenia. W wyniku odzysku ciepła infrastruktura chłodzenia komputera optymalizuje efektywność, co oszczędza energię i znacząco zmniejsza emisję CO2. W dziedzinie obliczeń o wysokiej wydajności (HPC) SuperMUC-NG stał się wzorem pod względem zrównoważonego rozwoju. System chłodzenia adsorpcyjnego Fahrenheit o mocy 600 kW jest obecnie jednym z największych w Europie.
Ochrona klimatu i ceny energii kładą nacisk na zwiększenie efektywności energetycznej wszystkich nowoczesnych aplikacji IT. Duże centra danych mogą być pionierami „zielonego IT”, chłodząc się w sposób opłacalny i jednocześnie oszczędzający zasoby. Według sieci energooszczędnych centrów danych (NeRZ), w niemieckich centrach danych każdego roku ponad 13 miliardów kWh energii jest przekształcane w ciepło, a następnie uwalniane do środowiska bez wykorzystania. Jednocześnie rosnąca wysoka gęstość mocy w centrach danych zwiększa wymagania wobec systemów chłodzenia. Według badania Instytutu Borderstep, zużycie energii przez niemieckie centra danych wzrosło o ponad 40 procent w porównaniu z 2010 rokiem. Nowoczesne rozwiązania techniczne, takie jak system chłodzenia adsorpcyjnego, mogą utorować drogę do większej efektywności wykorzystania zasobów.
Andreas Thomasch, dyrektor HPC & AI w Lenovo, potwierdza: „Rozwiązanie chłodzenia ciepłą wodą, wdrożone we współpracy z Fahrenheit i Leibniz Supercomputer Centre, pokazuje, jak nawet bardzo energochłonne superkomputery, zużywające kilka megawatów, mogą być obsługiwane przy wykorzystaniu ciepła odpadowego do wytwarzania mocy chłodniczej. Ta wspólna innowacja łączy technologię adsorpcyjną Fahrenheit z technologią Lenovo Neptune. Poprawia bilans klimatyczny i jednocześnie zmniejsza koszty operacyjne. Dla mnie jest to doskonały przykład wspólnej innowacji z naszymi klientami, w pełni zgodny ze strategią Lenovo „Od Exascale do Everyscale™”. Wyraża również przekonanie, że to połączenie technologii można również wdrożyć dla klientów zużywających mniej niż jeden megawat, aby projektować obliczenia o wysokiej wydajności w sposób trwale bardziej zrównoważony.
Chłodzenie oszczędza energię elektryczną
System chłodzenia ciepłą wodą o mocy chłodniczej do czterech megawatów ciepła chłodzi około 311 000 rdzeni i pamięci SuperMUC-NG. Temperatura systemu chłodzenia ciepłą wodą wzrasta do 55°C. To ciepło odpadowe z systemu IT może być z kolei wykorzystywane do ogrzewania budynków w chłodniejszych miesiącach. Ponadto system adsorpcyjny wykorzystuje ciepło z ciepłej wody do wytwarzania energii chłodniczej. W ten sposób chłodzi nagrzane powietrze z pozostałych chłodzonych powietrzem komponentów za pomocą chłodzonych wodą tylnych drzwi, które działają jako powietrzno-wodne wymienniki ciepła. Do tego celu potrzebna jest woda o temperaturze około 20°C i maksymalnej mocy chłodniczej około 600kW. Ten system odzysku ciepła oszczędza do 80 procent energii elektrycznej podczas chłodzenia w porównaniu z konwencjonalnymi systemami chłodzenia. W ten sposób komputer chłodzi się sam, ponieważ ciepło dostępne z procesów umożliwia produkcję zimnej wody.
Prof. dr Dieter Kranzlmüller, szef Leibniz Supercomputer Centre, podkreśla zalety koncepcji chłodzenia: „Komputery nie zużywają energii elektrycznej. Po prostu przekształcają energię elektryczną w energię cieplną i robią to bardzo efektywnie. W LRZ od dawna pracujemy z chłodzeniem ciepłą wodą dla naszego superkomputera i jesteśmy zainteresowani późniejszym wykorzystaniem ciepła, które jest generowane w tym procesie. W ten sposób możemy obsługiwać nasze centrum superkomputerowe tak efektywnie, jak to możliwe. Zastosowanie agregatów chłodniczych adsorpcyjnych jest w tym zakresie bardzo obiecującym podejściem”.
Wyraźnie zredukowana emisja CO2
Wszystko to ma niezwykle pozytywny wpływ na efektywność energetyczną: tylko bardzo niewielka część energii elektrycznej jest wykorzystywana do chłodzenia komputera. SuperMUC-NG osiągnął bardzo niską wartość PUE (efektywność wykorzystania energii) wynoszącą 1,08. Tylko osiem procent zużycia energii całkowitej infrastruktury komputerowej wymaga systemów peryferyjnych, reszta po prostu wykorzystuje energię z komputera. Specjalna infrastruktura chłodzenia superkomputera drastycznie zmniejsza również emisję CO2 związaną z komputerem. Dla porównania, SuperMUC-NG wypada bardzo dobrze: średnia sektorowa wartość PUE wynosi 1,67.
Hybrydowy system do re-coolingu
Re-cooling systemu adsorpcyjnego odbywa się za pomocą dwóch oddzielnych hybrydowych schładzaczy, które mogą pracować zarówno w trybie mokrym, jak i suchym. Mokre chłodzenie zapewnia, że temperatura re-coolingu jest niższa niż temperatura zewnętrzna poprzez chłodzenie wyparne. Ten hybrydowy system oszczędza energię i w przypadku wyższych temperatur zewnętrznych umożliwia zastosowanie mniejszego systemu chłodzenia. W trybie suchym schładzacze nie wymagają wody, co zmniejsza zużycie wody przez system.
Technologia firmy Fahrenheit jest nagradzana: w 2018 roku jej koncepcja chłodzenia adsorpcyjnego zdobyła Niemiecką Nagrodę Centrum Danych w kategorii klimatyzacja i chłodzenie. Chłodzenie adsorpcyjne działa w następujący sposób:
Agregaty chłodnicze adsorpcyjne Fahrenheit działają na zasadzie sorpcji ciała stałego, znanej jako adsorpcja (z łac. „wchłaniać”). Adsorpcja opisuje wzbogacanie materiałów (gazów lub cieczy) na powierzchni ciała stałego, adsorbentu. W procesie adsorpcji para wodna z materiału sorpcyjnego (żel krzemionkowy lub zeolit) jest „wchłaniana” i adsorbowana, co powoduje odparowanie wody i wytworzenie energii chłodniczej. Gdy materiał jest nasycony, jest regenerowany poprzez dostarczenie ciepła. Jako czynnik chłodniczy Fahrenheit wykorzystuje czystą wodę bez syntetycznych czynników chłodniczych. Agregaty umożliwiają osiągnięcie GWP (potencjał globalnego ocieplenia) równego zero. Przepisy UE dotyczące fluorowanych gazów cieplarnianych (rozporządzenie F-Gaz) są spełniane bez żadnych problemów.
