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雙碳”趨勢下，零碳數據中心如何打造，要重點考慮"電從哪里來？熱到哪里去?"（四）

發布時間：2024-12-16

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四、熱回收方案的應用

隨著“雙碳”政策的推進，更多的數據中心從業者把目光鎖定在數據中心余熱上，數據中心在運行過程中產生的中低品位余熱，這些余熱是一種優質熱源，可以用于加熱生活用水、供暖，在幫助用戶降低用熱成本的同時，也可間接減少因使用化石燃料產生的二氧化碳。根據現有數據，我國北方地區數據中心的可回收余熱總量約10GW，理論上可支持3億平方米建筑供暖。目前，一些大型數據中心已經采用了數據中心余熱回收技術，如阿里千島湖數據中心、騰訊天津數據中心、中國電信重慶云計算基地、萬國數據北京三號數據中心和Ucloud烏蘭察布云計算數據中心等。采用余熱回收給園區供暖和熱水的技術不僅可以減少能源的消耗，還能降低數據中心的運營成本，可謂是一舉兩得。

目前采用余熱回收的主要方案包括以下幾種：

（一）冷凍水型機房空調系統的余熱利用

冷凍水型機房空調系統制冷流程為：冷凍水泵將機房內的熱量通過水循環帶入冷機蒸發器，壓縮機在電力驅動下將蒸發器吸取的熱量傳遞給冷凝器，冷卻水泵推動水循環將冷凝器的熱量換取并帶入冷卻塔，冷卻塔通過直接或間接的方式將循環水內的熱量通過強制換熱散發到室外環境中去。如此往復循環。

冷凍水型機房空調系統通常全年能源效率較低，一般多采用冷凍水側余熱回收，系統原理如下：

余熱回收利用主要發生在冬季，通過余熱回收機組進行熱回收，進而為周圍建筑物供暖。

（二） AHU空調系統機房回風余熱回收

AHU空調系統是一種被大型數據中心機房廣泛采用的溫控方式，尤其是在北方地區，能很好的利用自然冷源，大幅降低全年運行PUE。其余熱回收原理見下：

從機房出來的38℃熱風流過為余熱回收而增設的熱泵機組的蒸發器，溫度被降低到26～28℃，氣流原理如下：

此處（AHU機組換熱芯體室內回風側）熱量品位較高，回收效果最佳。然后，再過AHU機組中的空-空換熱器與室外空氣換熱，此時AHU可根據室內回風溫度自動調節進入空空換熱器的室外冷風。

經結合海悟AHU產品的運行參數進行測算，該熱回收方式只要在機房回風腔加裝翅片蒸發器，回風進回熱蒸發器的溫度38℃，出蒸發器的溫度26～28℃，可利用溫度達到10℃以上，而翅片風阻最高僅增加40Pa左右，造成的AHU風機總功耗增加約0.85kW，但海悟余熱回收熱泵在此工況下的運行COP卻可以達到6.31以上，使得四季制取45℃熱水的單位耗能都可以降低到傳統電暖設備的1/6以下，如充分加以利用，將取得非常好的經濟和社會效益。

（三）海悟PHU全天候節能機組熱回收

PHU機組本是在“嚴控PUE、WUE”政策壓力下誕生的，開發理念里自帶節約、增效、環境友好的基因。其中，海悟出品的帶熱回收的PHU機型，是2022年新推出的“能源技術與信息技術融合型產品”，是為了推動行業向著“構建綠色、低碳數據中心”為目標的正確方向上發展而做出的努力和貢獻。

在冬季采暖季節，海悟PHU熱回收機組可維持更高的蒸發溫度，利用小壓比壓縮機，以極致的的效率產出熱能，整機制熱能效比空氣源熱泵機組有顯著提升，從下面的對比表里可以一探端倪：

將數據中心制冷與辦公區域采暖集成于一體，最大限度的實現能源的綜合利用。其熱回收原理如下：

在壓縮機排氣管路上并聯一個熱回收模塊（水氟換熱板換），通過電磁閥來控制熱量的流向控制，回收排氣熱量，提供采暖熱水。通過電磁閥與電動球閥調節整機供熱量。A/B系統分級切入/切出熱回收工況，避免水溫劇烈波動。

（四）液冷數據中心方案中的余熱回收

前面展示的三種典型的數據中心余熱回收利用技術，其共同的特點是：余熱回收利用占全年總排熱的比例還很低，熱量利用的形式都是低溫的熱水，用途也受限于洗滌、供暖、養殖、印染……等較小的領域。由于低溫熱水的傳輸半徑極其有限，一般受管網及泵送成本的制約，僅能覆蓋在2-3公里范圍內，而數據中心的選址有特殊需求，周邊大概率缺少合適的熱量用戶，造成供需雙方的可望而不可及。

現在也有在探索冷板或浸沒式液冷方案中的熱回收，比如冷板液冷方案中，冷板液冷通常的出水溫度最大45℃，直接在冷板的出水管增加水源熱泵機組，以此來制造出較高溫度的熱水，但這種方案對熱利用的效率仍然不高。如果在芯片的溫度上考慮是否可以提高冷板液冷的出水溫度至65℃，甚至更高一些，通常芯片內部最大能承受的溫度不超過80℃，如果能提升冷板的出水溫度至65℃，這對于熱回收來說直接利用余熱的用處更廣泛。浸沒式液冷也同樣，如果能提升浸沒液體的溫度，對于熱回收的使用價值更大。

總之，數據中心的余熱回收在整個行業還處在摸索階段，目前供暖對象比較單一，與相關行業合作不多，規模還需進一步擴大，相關技術還需進一步完善，熱能利用率還需進一步提升。在這個領域，數據中心的發展遠遠沒有達到預期的水平。數據中心的熱到哪里去了？值得我們所有數據中心從業者考慮和研究，希望在余熱回收方面能為“雙碳”戰略做得更多。

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