赫爾大學(xué)開發(fā)的用于計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)處理中心可持續(xù)冷卻的技術(shù)。

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(huì)帶來了廣泛的危險(xiǎn)影響。它也給住宅、商業(yè)、公共和工業(yè)空間的冷卻基礎(chǔ)設(shè)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)。”中國目前是全球大的空調(diào)市場,2019年中國空調(diào)年銷量約為2.14億臺(tái)。到 2050 年,研究人員預(yù)計(jì)地球上的室內(nèi)空調(diào)數(shù)量將翻兩番,達(dá)到 45 億臺(tái),至少會(huì)像今天的手機(jī)一樣無處不在。由英國赫爾大學(xué)的一位中國學(xué)者領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)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(gè)世紀(jì)里,通過傳統(tǒng)空調(diào)技術(shù)進(jìn)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(shí)現(xiàn)。然而,它也非常耗碳,而且在能源成本不斷增加的時(shí)代,成本很高。然而,關(guān)閉冷空氣流動(dòng)在社會(huì)層面和經(jīng)濟(jì)層面上都具有破壞性。整個(gè)社區(qū)和供應(yīng)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(jì)服務(wù)的工業(yè)計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)處理和云計(jì)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(shù)是 21 世紀(jì)發(fā)達(dá)和發(fā)展中社會(huì)面臨的重大問題之一。赫爾大學(xué)可持續(xù)能源技術(shù)中心(CSET)的研究人員一直在開發(fā)一系列的技術(shù)創(chuàng)新,這些創(chuàng)新可以引導(dǎo)人們走向更可持續(xù)的未來。CSET由趙旭東教授領(lǐng)導(dǎo),于2019年在赫爾大學(xué)成立,其使命是發(fā)明并應(yīng)用建筑環(huán)境供暖和制冷的低碳方法。趙教授在赫爾大學(xué)建立了一個(gè)人員配備齊全的研究實(shí)驗(yàn)室,并建立了一個(gè)全球合作者網(wǎng)絡(luò),以推進(jìn)這項(xiàng)研究議程。

“赫爾大學(xué)的CSET在可持續(xù)能源創(chuàng)新和開發(fā)應(yīng)對氣候變化的新技術(shù)方面處于領(lǐng)先地位。它致力于開發(fā)創(chuàng)新的研究投標(biāo),管理研究項(xiàng)目,指導(dǎo)博士生,培訓(xùn)早期職業(yè)研究人員,并與工業(yè)界、學(xué)術(shù)界、政府部門和研究委員會(huì)建立聯(lián)系.”赫爾大學(xué)的趙旭東教授補(bǔ)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(jì)算機(jī)的冷卻方面。最近,CSET與廣東工業(yè)大學(xué)的王璋元博士共同開發(fā)了一項(xiàng)創(chuàng)新,使用循環(huán)系統(tǒng)來收集數(shù)據(jù)處理設(shè)備產(chǎn)生的多余熱量。這大大減少了設(shè)備的冷卻負(fù)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(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高達(dá)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(lǐng)導(dǎo)了一個(gè)跨國項(xiàng)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(diǎn)冷卻系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含四個(gè)創(chuàng)新:1) 波紋傳熱片,以減少氣流阻力;2)高水分?jǐn)U散材料,以增強(qiáng)吸收、擴(kuò)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(fēng)扇結(jié)構(gòu)。這種創(chuàng)新組合在應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)時(shí),可實(shí)現(xiàn) 52.5 的能效系數(shù) (COP),在此類技術(shù)中處于世界領(lǐng)先地位。

趙教授補(bǔ)充道,"目前,空調(diào)以機(jī)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(jī)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(diǎn)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(guān)注。雖然露點(diǎn)空調(diào)已經(jīng)取得了許多進(jìn)展,但其降溫潛力仍然有限,導(dǎo)致了體積較大、風(fēng)量較大、成本較高的問題。CSET的創(chuàng)新是指一種高性能露點(diǎn)空調(diào)(AC)技術(shù),通過采用獨(dú)特的復(fù)合熱質(zhì)交換器、高性能纖維作為濕介質(zhì),并實(shí)施間歇供水運(yùn)行方案,可以達(dá)到52.5的性能系數(shù)(COP)。這使得接近零碳的空調(diào)運(yùn)行成為可能,從而在不久的將來創(chuàng)造巨大的全球業(yè)務(wù)。與現(xiàn)有的露點(diǎn)空調(diào)系統(tǒng)和傳統(tǒng)的機(jī)械蒸汽壓縮空調(diào)系統(tǒng)相比,新機(jī)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(diǎn)冷卻系統(tǒng)已經(jīng)在赫爾大學(xué)、赫爾Aura創(chuàng)新中心以及赫爾市議會(huì)運(yùn)營的各種民用建筑中得到應(yīng)用。將冷卻系統(tǒng)應(yīng)用于赫爾市議會(huì)的數(shù)據(jù)中心后,發(fā)現(xiàn)能耗降低了80%。該技術(shù)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(xiàn),簡稱NDC)承諾 "在2030年之前 "使二氧化碳排放達(dá)到峰值,并在2030年將該國的碳強(qiáng)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(qū)動(dòng)因素之一,那就是空調(diào)。趙教授和他在赫爾大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的技術(shù)提供了一個(gè)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(jī)器性能所需的涼爽氣候的機(jī)器的工作。