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双碳”趋势下，零碳数据中心如何打造，要重点考虑"电从哪里来？热到哪里去?"（四）

Publication Date:2024-12-16

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四、热回收方案的应用

随着“双碳”政策的推进，更多的数据中心从业者把目光锁定在数据中心余热上，数据中心在运行过程中产生的中低品位余热，这些余热是一种优质热源，可以用于加热生活用水、供暖，在帮助用户降低用热成本的同时，也可间接减少因使用化石燃料产生的二氧化碳。根据现有数据，我国北方地区数据中心的可回收余热总量约10GW，理论上可支持3亿平方米建筑供暖。目前，一些大型数据中心已经采用了数据中心余热回收技术，如阿里千岛湖数据中心、腾讯天津数据中心、中国电信重庆云计算基地、万国数据北京三号数据中心和Ucloud乌兰察布云计算数据中心等。采用余热回收给园区供暖和热水的技术不仅可以减少能源的消耗，还能降低数据中心的运营成本，可谓是一举两得。

目前采用余热回收的主要方案包括以下几种：

（一）冷冻水型机房空调系统的余热利用

冷冻水型机房空调系统制冷流程为：冷冻水泵将机房内的热量通过水循环带入冷机蒸发器，压缩机在电力驱动下将蒸发器吸取的热量传递给冷凝器，冷却水泵推动水循环将冷凝器的热量换取并带入冷却塔，冷却塔通过直接或间接的方式将循环水内的热量通过强制换热散发到室外环境中去。如此往复循环。

冷冻水型机房空调系统通常全年能源效率较低，一般多采用冷冻水侧余热回收，系统原理如下：

余热回收利用主要发生在冬季，通过余热回收机组进行热回收，进而为周围建筑物供暖。

（二） AHU空调系统机房回风余热回收

AHU空调系统是一种被大型数据中心机房广泛采用的温控方式，尤其是在北方地区，能很好的利用自然冷源，大幅降低全年运行PUE。其余热回收原理见下：

从机房出来的38℃热风流过为余热回收而增设的热泵机组的蒸发器，温度被降低到26～28℃，气流原理如下：

此处（AHU机组换热芯体室内回风侧）热量品位较高，回收效果最佳。然后，再过AHU机组中的空-空换热器与室外空气换热，此时AHU可根据室内回风温度自动调节进入空空换热器的室外冷风。

经结合海悟AHU产品的运行参数进行测算，该热回收方式只要在机房回风腔加装翅片蒸发器，回风进回热蒸发器的温度38℃，出蒸发器的温度26～28℃，可利用温度达到10℃以上，而翅片风阻最高仅增加40Pa左右，造成的AHU风机总功耗增加约0.85kW，但海悟余热回收热泵在此工况下的运行COP却可以达到6.31以上，使得四季制取45℃热水的单位耗能都可以降低到传统电暖设备的1/6以下，如充分加以利用，将取得非常好的经济和社会效益。

（三）海悟PHU全天候节能机组热回收

PHU机组本是在“严控PUE、WUE”政策压力下诞生的，开发理念里自带节约、增效、环境友好的基因。其中，海悟出品的带热回收的PHU机型，是2022年新推出的“能源技术与信息技术融合型产品”，是为了推动行业向着“构建绿色、低碳数据中心”为目标的正确方向上发展而做出的努力和贡献。

在冬季采暖季节，海悟PHU热回收机组可维持更高的蒸发温度，利用小压比压缩机，以极致的的效率产出热能，整机制热能效比空气源热泵机组有显著提升，从下面的对比表里可以一探端倪：

将数据中心制冷与办公区域采暖集成于一体，最大限度的实现能源的综合利用。其热回收原理如下：

在压缩机排气管路上并联一个热回收模块（水氟换热板换），通过电磁阀来控制热量的流向控制，回收排气热量，提供采暖热水。通过电磁阀与电动球阀调节整机供热量。A/B系统分级切入/切出热回收工况，避免水温剧烈波动。

（四）液冷数据中心方案中的余热回收

前面展示的三种典型的数据中心余热回收利用技术，其共同的特点是：余热回收利用占全年总排热的比例还很低，热量利用的形式都是低温的热水，用途也受限于洗涤、供暖、养殖、印染……等较小的领域。由于低温热水的传输半径极其有限，一般受管网及泵送成本的制约，仅能覆盖在2-3公里范围内，而数据中心的选址有特殊需求，周边大概率缺少合适的热量用户，造成供需双方的可望而不可及。

现在也有在探索冷板或浸没式液冷方案中的热回收，比如冷板液冷方案中，冷板液冷通常的出水温度最大45℃，直接在冷板的出水管增加水源热泵机组，以此来制造出较高温度的热水，但这种方案对热利用的效率仍然不高。如果在芯片的温度上考虑是否可以提高冷板液冷的出水温度至65℃，甚至更高一些，通常芯片内部最大能承受的温度不超过80℃，如果能提升冷板的出水温度至65℃，这对于热回收来说直接利用余热的用处更广泛。浸没式液冷也同样，如果能提升浸没液体的温度，对于热回收的使用价值更大。

总之，数据中心的余热回收在整个行业还处在摸索阶段，目前供暖对象比较单一，与相关行业合作不多，规模还需进一步扩大，相关技术还需进一步完善，热能利用率还需进一步提升。在这个领域，数据中心的发展远远没有达到预期的水平。数据中心的热到哪里去了？值得我们所有数据中心从业者考虑和研究，希望在余热回收方面能为“双碳”战略做得更多。

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