赫爾大學開發(fā)的用于計算機和數(shù)據(jù)處理中心可持續(xù)冷卻的技術。
2022年夏天是歐洲和中國有史以來最熱的一年。全球氣溫正在逐年上升。酷熱給社會帶來了廣泛的危險影響。它也給住宅、商業(yè)、公共和工業(yè)空間的冷卻基礎設施帶來了額外的壓力。"國際能源署(IEA)的分析師約翰-杜拉克(John Dulac)表示:“2018 年夏天,在北京,熱浪期間,50% 的電力用于空調(diào)。”中國目前是全球最大的空調(diào)市場,2019年中國空調(diào)年銷量約為2.14億臺。到 2050 年,研究人員預計地球上的室內(nèi)空調(diào)數(shù)量將翻兩番,達到 45 億臺,至少會像今天的手機一樣無處不在。由英國赫爾大學的一位中國學者領導的研究團隊正在開創(chuàng)一種解決方案,該解決方案可將能效系數(shù)提高 140%,并節(jié)省 50% 至 80% 的電能消耗。
在過去的一個世紀里,通過傳統(tǒng)空調(diào)技術進行制冷已經(jīng)改變了中國,使城市化和現(xiàn)代化在工作和家庭中得以實現(xiàn)。然而,它也非常耗碳,而且在能源成本不斷增加的時代,成本很高。然而,關閉冷空氣流動在社會層面和經(jīng)濟層面上都具有破壞性。整個社區(qū)和供應鏈的可持續(xù)發(fā)展都依賴于定期、持續(xù)的的空調(diào)。今天,為現(xiàn)代經(jīng)濟服務的工業(yè)計算機、數(shù)據(jù)處理和云計算工廠也是如此。
趙旭東教授
開發(fā)用于冷卻住宅和商業(yè)建筑的低碳、更高效的技術是 21 世紀發(fā)達和發(fā)展中社會面臨的重大問題之一。赫爾大學可持續(xù)能源技術中心(CSET)的研究人員一直在開發(fā)一系列的技術創(chuàng)新,這些創(chuàng)新可以引導人們走向更可持續(xù)的未來。CSET由趙旭東教授領導,于2019年在赫爾大學成立,其使命是發(fā)明并應用建筑環(huán)境供暖和制冷的低碳方法。趙教授在赫爾大學建立了一個人員配備齊全的研究實驗室,并建立了一個全球合作者網(wǎng)絡,以推進這項研究議程。
“赫爾大學的CSET在可持續(xù)能源創(chuàng)新和開發(fā)應對氣候變化的新技術方面處于領先地位。它致力于開發(fā)創(chuàng)新的研究投標,管理研究項目,指導博士生,培訓早期職業(yè)研究人員,并與工業(yè)界、學術界、政府部門和研究委員會建立聯(lián)系.”赫爾大學的趙旭東教授補充道。
CSET的大部分研究都集中在數(shù)據(jù)中心使用的大型工業(yè)計算機的冷卻方面。最近,CSET與廣東工業(yè)大學的王璋元博士共同開發(fā)了一項創(chuàng)新,使用循環(huán)系統(tǒng)來收集數(shù)據(jù)處理設備產(chǎn)生的多余熱量。這大大減少了設備的冷卻負荷,需要更少的常規(guī)空調(diào)。它還使收集的熱量能夠被重新利,用于加熱建筑內(nèi)的其他房間或水。整個系統(tǒng)實現(xiàn)了高達140%的能效系數(shù),以及50%至80%的電能節(jié)約。
除了環(huán)路熱管系統(tǒng),趙旭東教授和他在赫爾的同事馬曉麗博士、朱子尚博士和曾誠博士還領導了一個跨國項目,與中國和歐盟的合作伙伴一起開發(fā)了一種新型的CDC露點冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含四個創(chuàng)新:1) 波紋傳熱片,以減少氣流阻力;2)高水分擴散材料,以增強吸收、擴散和蒸發(fā);3)間歇供水方案,以防止在吸收表面形成水膜;4)優(yōu)化的風扇結構。這種創(chuàng)新組合在應用于數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)時,可實現(xiàn) 52.5 的能效系數(shù) (COP),在此類技術中處于世界領先地位。
趙教授補充道,"目前,空調(diào)以機械式蒸汽壓縮系統(tǒng)為主。這種類型的系統(tǒng)由于使用壓縮機而消耗大量電力,因此既不具有可持續(xù)性,也不符合環(huán)保要求。間接蒸發(fā)式空調(diào),特別是露點式空調(diào),由于可以防止空氣中的水分增加,因此特別受到關注。雖然露點空調(diào)已經(jīng)取得了許多進展,但其降溫潛力仍然有限,導致了體積較大、風量較大、成本較高的問題。CSET的創(chuàng)新是指一種高性能露點空調(diào)(AC)技術,通過采用獨特的復合熱質(zhì)交換器、高性能纖維作為濕介質(zhì),并實施間歇供水運行方案,可以達到52.5的性能系數(shù)(COP)。這使得接近零碳的空調(diào)運行成為可能,從而在不久的將來創(chuàng)造巨大的全球業(yè)務。與現(xiàn)有的露點空調(diào)系統(tǒng)和傳統(tǒng)的機械蒸汽壓縮空調(diào)系統(tǒng)相比,新機組的能效分別提高了120%-180%和1200-1600%,電耗分別降低了50%-70%和90%-95%。"
CSET的新型露點冷卻系統(tǒng)已經(jīng)在赫爾大學、赫爾Aura創(chuàng)新中心以及赫爾市議會運營的各種民用建筑中得到應用。將冷卻系統(tǒng)應用于赫爾市議會的數(shù)據(jù)中心后,發(fā)現(xiàn)能耗降低了80%。該技術的商業(yè)化正在發(fā)展路線圖上,使這一解決方案引起政府和工業(yè)界的興趣。
中國的國際氣候承諾(國家確定的貢獻,簡稱NDC)承諾 "在2030年之前 "使二氧化碳排放達到峰值,并在2030年將該國的碳強度(單位GDP排放量)從2005年的水平降低“65%以上”。 它必須解決排放的主要驅動因素之一,那就是空調(diào)。趙教授和他在赫爾大學的研究團隊開發(fā)的技術提供了一個途徑,以減少二氧化碳的主要來源之一的碳足跡,而不妨礙創(chuàng)造人類和機器性能所需的涼爽氣候的機器的工作。
