一种供热方法及系统与流程

本技术涉及数据中心服务器散热，特别涉及一种供热方法及系统。

背景技术：

1、在数据中心办公场景（如洗手、卫生间、饮用等）需要大量生活热水。然而，目前普遍依赖电热水器或燃气锅炉加热，额外消耗能源。

2、因此，如何为数据中心办公场景提供成本低廉的供热，已成为本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本技术提供了一种供热方法及系统，也是一种基于液冷余热回收的供热方法及系统，至少提供了一种基于冷板式液冷余热的办公场景智能供热方法及系统，以至少解决如何为数据中心办公场景提供成本低廉供热的问题。

2、一方面，本技术实施例提供一种供热系统，包括：旁路设置于cdu二次侧回液管的余热取热支路，余热取热支路中串联设置有控制阀，控制阀用于以受控地从cdu二次侧回液管分流冷却液；

3、换热器，换热器的一次侧进液口经控制阀与余热取热支路连通，换热器的一次侧出液口旁路连接于cdu的二次侧供液管，以使流经换热器和cdu的冷却液合流于cdu的二次侧供液管，以用于数据中心服务器的散热；以及，

4、换热器的二次侧管路串联在热水储水箱的进水管中，以使流经进水管的生活冷水在换热器中经换热加热后进入热水储水箱；

5、热水储水箱，用于储存生活热水；

6、温度传感器组，包括cdu回水温度传感器、换热器出口温度传感器和储水箱水温传感器；

7、控制器，控制器与温度传感器组和控制阀连接，控制器用于执行本技术中提供的任一种供热方法；

8、其中，cdu回水温度传感器设置于cdu二次侧回液管中，用于实时获取冷量分配单元（cdu）的二次侧回液管的回水温度；换热器出口温度传感器设置于换热器的二次侧管路的出口处，用于实时获取生活冷水进水温度；储水箱水温传感器设置于热水储水箱中，用于实时获取生活用水温度。

9、数据中心服务器的散热过程导致cdu的二次侧回液管的冷却液携带较多热量，在cdu二次侧回液管上旁路设置余热取热支路，通过余热取热支路上的控制阀控制从cdu二次侧回液管分流冷却液，利用分流的冷却液经换热器加热该热水储水箱的进水管中的生活冷水，进入热水储水箱的水本身的温度能高于生活冷水原本的温度，甚至使热水储水箱的水达到热水目标温度,从而能减少对收费能源的使用量，降低供热成本，提供成本低廉的供热。

10、另一方面，本技术实施例提供一种供热方法，包括：

11、实时获取冷量分配单元cdu的二次侧回液管的回水温度；

12、判断回水温度是否满足预设执行条件；

13、若判断出回水温度满足预设执行条件，则在自当前时刻以后的指定未来时间范围上配置至少一个第一类时间范围；

14、在第一类时间范围内执行第一控制策略，以在保持数据中心服务器不超温的基础上，从cdu二次侧回液管分流冷却液，以通过分流的冷却液经换热加热生活用水；

15、若判断出回水温度不满足预设执行条件，则禁止从cdu二次侧回液管分流冷却液；

16、其中，预设执行条件包括：回水温度大于或等于预设的余热取热启动温度，并且回水温度小于预设的冷却效率保护阈值。

17、本技术实施例利用冷却液从数据中心服务器带出的热量加热生活用水，将原本释放到外部环境或空气中的热量回收利用，减少了为加热生活用水所需的能源成本。同时，本技术根据回水温度、预设的余热取热启动温度、冷却效率保护阈值、和热水目标温度，控制从cdu二次侧回液管分流的冷却液的质量流量，以在保持数据中心服务器不超温的基础上，尤其是能保持数据中心服务器高负载期间不超温的基础上，使分流的冷却液通过换热加热生活用水，从而在利用数据中心服务器的余热的同时，能保证数据中心服务器处于正常工作温度范围内，保障数据中心服务器的安全稳定运行。

18、在一些具体实施例中，第一控制策略包括：根据回水温度和预设的热水目标温度，生成控制参数，根据控制参数控制从cdu二次侧回液管分流的冷却液的质量流量。

19、本技术实施例在满足预设执行条件的前提下，根据回水温度和热水目标温度，控制从cdu二次侧回液管分流的冷却液的质量流量，可以更充分的利用cdu二次侧回液管中的冷却液，无论生活用水温度与热水目标温度之间的差值大还是小，都能使生活用水温度尽快向热水目标温度升温，达到供热及时的效果。

20、具体地，根据回水温度和预设的热水目标温度，生成控制参数，包括：根据热水目标温度减去回水温度得到的差值，将差值的正比例值作为控制参数。

21、本技术实施例在满足预设执行条件的前提下，根据热水目标温度和回水温度的差值，控制从cdu二次侧回液管分流的冷却液的质量流量，当二者差值较大时，相对于热水目标温度，回水温度较低，为了能更快的加热生活用水，需要从cdu二次侧回液管中分流更多的冷却液；此时的数据中心服务器的散热需求通常也相对弱，从而能支持从cdu二次侧回液管中分流较多的冷却液，在不影响数据中心服务器散热的情况下，利用cdu二次侧回液管中冷却热的余热对生活用水进行加热；当二者差值较小时，回水温度接近热水目标温度，从cdu二次侧回液管中分流相对较少的冷却液就能将生活用水加热到或接近热水目标温度，而且回水温度高时，说明数据中心服务器散热需求大，此时分流较少的冷却液，也有利于保护数据中心服务器。从而实现保持数据中心服务器的正常散热长期稳定工作的基础上，及时加热生活用水的效果。

22、在一些具体实施例中，余热取热启动温度根据以下公式确定，以根据生活冷水进水温度自适应季节，确定余热取热启动温度：

23、tstart = max(tcold_in +δtmin,tbase) (1)

24、其中，tstart为余热取热启动温度，单位为摄氏度；tcold_in为生活冷水进水温度，单位为摄氏度；δtmin为换热器有效换热所需最小温差，单位为摄氏度；tbase为预设的余热品位下限，单位为摄氏度。

25、基于本技术实施例的余热取热启动温度确定方法，不需要人工判断季节，随进入热水储水箱的前的生活冷水的温度自动浮动，越冷的季节，余热取热启动温度越低，越主动多捕捉余热，减少辅助热源使用，节省热水系统能耗。

26、在本技术的一些实施例中，在自当前时刻以后的指定未来时间范围上配置至少一个第一类时间范围，包括：

27、获取指定未来时间范围内的任务调度计划；

28、根据任务调度计划，预测在指定未来时间范围内自当前时刻后的最近一次热水用水峰值所在的峰值时间区间、峰值用水量、平均回水温度预测值和预热时间段；

29、以预热时间段作为第二类时间范围，指定未来时间范围内除了预热时间段外的时间配置为至少一个第一类时间范围；

30、方法还包括：在第二类时间范围上，执行第二控制策略；

31、第二控制策略用于根据峰值时间区间、峰值用水量和平均回水温度预测值，提前为最近一次热水用水峰值对生活用水预热。

32、本技术实施例通过预测指定未来时间范围中当前时刻后的最近一次热水用水峰值所在的预热时间段，并在该预热时间段中的最近一次热水用水峰值的发生时间到达前，提前对热水储水箱中的水进行预热，以便在热水用水峰值到达时，能立即有达到热水目标值的生活热水可用，以及通过提前预热，减少对实时加热的热水量的依赖，从而提供持续稳定的生活热水供应。

33、在一些具体实施例中，根据任务调度计划，预测在指定未来时间范围内自当前时刻后的最近一次热水用水峰值所在的峰值时间区间、峰值用水量、平均回水温度预测值和预热时间段，包括：

34、根据任务调度计划，预测在指定未来时间范围内自当前时刻后的最近一次热水用水峰值所在的峰值时间区间、峰值用水量、平均回水温度预测值；

35、根据平均回水温度预测值，确定预热提前时间量；

36、将峰值时间区间的起始时间减去预热提前时间量得到的时间作为预热开始时间，将峰值时间区间的结束时间作为预热结束时间，以预热开始时间到预热结束时间作为预热时间段。

37、本技术实施例通过对最近一次热水用水峰值的预测，并时间到达该热水用水峰值发生的峰值时间区间前的预热提前时间量处开始为该热水用水峰值，提前预热生活用水，以便在热水用水峰值到达时，能立即有达到热水目标值的生活热水可用，以及通过提前预热，减少对实时加热的热水量的依赖，从而提供持续稳定的生活热水供应。

38、在一些具体实施例中，根据平均回水温度预测值，确定预热提前时间量，包括：

39、根据平均回水温度预测值，确定预测余热取热功率；

40、根据热水目标温度、储水箱容积、生活用水温度，确定水箱加热功率；

41、根据水箱加热功率和预测余热取热功率，确定预热提前时间量。

42、本技术将预测余热取热功率和水箱加热功率作为确定预热提前时间量的参数，提供了一种确定预热提前时间量的依据，从而能实现提前预热。

43、在一些具体实施例中，第二控制策略包括：

44、根据平均回水温度预测值、峰值用水量和峰值区间范围，确定功率覆盖率；功率覆盖率表示预测的能从cdu二次侧回液管分流的冷却液获取余热最大功率预测值对加热峰值用水量所需的峰值水量加热功率的覆盖程度；

45、判断功率覆盖率与预设的第一覆盖率阈值和第二覆盖率阈值的大小关系，其中，第一覆盖率阈值小于第二覆盖率阈值；

46、如果功率覆盖率小于第一覆盖率阈值，则开启辅助加热，并且执行第一控制策略；否则，

47、根据平均回水温度预测值、余热取热启动温度和冷却效率保护阈值，确定控制阀的第一开度

48、实时根据余热取热启动温度、冷却效率保护阈值和回水温度，确定控制阀的第二开度，

49、实时选择第一开度、第二开度和预设开度上限中的最小值，更新控制阀的开度；

50、并且，如果功率覆盖率小于预设第二覆盖率阈值，则开启辅助加热。

51、本技术实施例以基于平均回水温度预测值确定第一开度，尝试将控制阀开度设置的较大，以提高对生活用水的加热效率，以基于回水温度确定的第二开度，则在实测的回水温度越靠近冷却效率保护阈值时，越将控制阀开度设置的较小，以保证数据中心服务器的散热效率，在设置控制阀时，通过实时选择第一开度、第二开度和预设开度上限中的最小值，以在数据中心服务器散热需求低时将控制阀开度设置的较大，提高对生活用水的加热效率，在数据中心服务器散热需求高时，将控制阀开度设置的较小，以保证数据中心服务器的散热效率，并且以预设开度上限为限制，避免控制阀开度过大影响数据中心服务器散热效率。通过功率覆盖率判断从cdu二次侧回液管分流的冷却液的余热的充足程度，将预热操作分为三种等级，以将cdu二次侧回液管分流的冷却液的余热与辅助加热相结合，从而保障数据中心服务器散热效率稳定运行的基础上，能提供持续稳定的生活热水供应。

52、在一些具体实施例中，根据平均回水温度预测值、峰值用水量和峰值时间区间，确定功率覆盖率，包括：

53、获取生活冷水进水温度；

54、根据平均回水温度预测值、生活冷水进水温度和最大允许质量流量，确定余热最大功率预测值；

55、根据峰值用水量、峰值时间区间、热水目标温度和生活冷水进水温度，确定峰值水量加热功率，

56、将余热最大功率预测值对峰值水量加热功率的比值作为功率覆盖率；

57、其中，最大允许质量流量是预设的允许从cdu二次侧回液管分流的冷却液的最大流量。

58、本技术实施例通过余热最大功率预测值对峰值水量加热功率的比值作为功率覆盖率，提供了一种评估余热是否充足的量化依据，将预热操作分为三种等级，实现了将cdu二次侧回液管分流的冷却液的余热与辅助加热相结合，从而保障数据中心服务器散热效率稳定运行的基础上，能提供持续稳定的生活热水供应。