Waste heat recovery from a data center at CERN

Abstract

Målet i denne rapporten er å undersøke, foreslå og utvikle varmesystemer basert på gjenvinning av spillvarme, med formålet å levere varmeenergi til byggene på CERNs campusområdet mer effektivt og mer miljøvennlig. De foreslåtte løsningene er basert på varmegjennvinning av spillvarme fra CERNs eget datasenter lokalisert på Meyrin siden av campusområdet. Varmegjenvinningssystemene er basert på varmepumper og skal levere varme til det eksisterende fjernvarmesystemet.

For å gjennomføre dette på en best mulig måte, er det først gjennomgått relevant teori av varmesystemer. En litteratursstudie er gjennomført for å få en grundig forståelse av relevante systemer. En gjennomgang av kjølemedier har blitt særlig vektlagt, med fokus på naturlige kjølemedier som egnes til bruksområdet i dette prosjektet.

For å evaluere de foreslåtte systemene, har de blitt modellert og simulert ved hjelp av modelleringsspråket Modelica, sammen med To evaluate the proposed systems, they are modeled and simulated using Modelica syntax in conjunction with Dymola\textsuperscript{\textregistered}. Systemene er simulert med dynamiske varmebehov for å kunne analysere systemenes opptreden i varierte stadier. Systemene som er simulert er basert på de naturlige kjølemediene ammoniakk og propan.

Simuleringsresultatene er presentert og analysert basert på energibrukern, og eventuelle utslippsreduksjoner i forhold til dagens system som er basert på naturgass. Til slutt konkluderes oppgaven, og forslag til videreføring av prosjektet er fremlagt.

The aim of this report is to investigate, propose and develop heating systems based on waste heat recovery, in order to provide heat to the campus buildings at CERN more efficiently and environmentally. The proposed solutions are based on heat recovery of waste heat from CERNs own data center located on the Meyrin campus. The heat recovery systems are based on High Temperature Heat Pumps (HTHP) and will provide heat to the local district heating system.

In order for this purpose to be achieved, a review of relevant theory on heating systems, and a literature review is considered necessary to provide a thorough understanding of the relevant systems. Research on refrigerants have been weighted, with a focus on natural refrigerants suitable for the case study. \bigskip To evaluate the proposed systems, they are modeled and simulated using Modelica syntax in conjunction with Dymola. The systems are simulated with dynamic heat loads, in order to analyze their performance in several stages of operation. The systems are based on the natural refrigerants ammonia and propane.

The simulation results are presented and analyzed in regards to energy performance, and possible emission reductions compared to the current heating system based on natural gas. Finally, the thesis is concluded, and proposals for further work are suggested.