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

四、熱回收方案的應用

隨著“雙碳”政策的推進，更多的數(shù)據(jù)中心從業(yè)者把目光鎖定在數(shù)據(jù)中心余熱上，數(shù)據(jù)中心在運行過程中產(chǎn)生的中低品位余熱，這些余熱是一種優(yōu)質(zhì)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(chǎn)生的二氧化碳。根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)，我國北方地區(qū)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心已經(jīng)采用了數(shù)據(jù)中心余熱回收技術，如阿里千島湖數(shù)據(jù)中心、騰訊天津數(shù)據(jù)中心、中國電信重慶云計算基地、萬國數(shù)據(jù)北京三號數(shù)據(jù)中心和Ucloud烏蘭察布云計算數(shù)據(jù)中心等。采用余熱回收給園區(qū)供暖和熱水的技術不僅可以減少能源的消耗，還能降低數(shù)據(jù)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(diào)系統(tǒng)的余熱利用

冷凍水型機房空調(diào)系統(tǒng)制冷流程為：冷凍水泵將機房內(nèi)的熱量通過水循環(huán)帶入冷機蒸發(fā)器，壓縮機在電力驅(qū)動下將蒸發(fā)器吸取的熱量傳遞給冷凝器，冷卻水泵推動水循環(huán)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(huán)水內(nèi)的熱量通過強制換熱散發(fā)到室外環(huán)境中去。如此往復循環(huán)。

冷凍水型機房空調(diào)系統(tǒng)通常全年能源效率較低，一般多采用冷凍水側(cè)余熱回收，系統(tǒng)原理如下：

余熱回收利用主要發(fā)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(diào)系統(tǒng)機房回風余熱回收

AHU空調(diào)系統(tǒng)是一種被大型數(shù)據(jù)中心機房廣泛采用的溫控方式，尤其是在北方地區(qū)，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(fā)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(nèi)回風側(cè)）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(jù)室內(nèi)回風溫度自動調(diào)節(jié)進入空空換熱器的室外冷風。

經(jīng)結(jié)合海悟AHU產(chǎn)品的運行參數(shù)進行測算，該熱回收方式只要在機房回風腔加裝翅片蒸發(fā)器，回風進回熱蒸發(fā)器的溫度38℃，出蒸發(fā)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(tǒng)電暖設備的1/6以下，如充分加以利用，將取得非常好的經(jīng)濟和社會效益。

（三）海悟PHU全天候節(jié)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(fā)理念里自帶節(jié)約、增效、環(huán)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(chǎn)品”，是為了推動行業(yè)向著“構(gòu)建綠色、低碳數(shù)據(jù)中心”為目標的正確方向上發(fā)展而做出的努力和貢獻。

在冬季采暖季節(jié)，海悟PHU熱回收機組可維持更高的蒸發(fā)溫度，利用小壓比壓縮機，以極致的的效率產(chǎn)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(shù)據(jù)中心制冷與辦公區(qū)域采暖集成于一體，最大限度的實現(xiàn)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(lián)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(diào)節(jié)整機供熱量。A/B系統(tǒng)分級切入/切出熱回收工況，避免水溫劇烈波動。

（四）液冷數(shù)據(jù)中心方案中的余熱回收

前面展示的三種典型的數(shù)據(jù)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(yǎng)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(wǎng)及泵送成本的制約，僅能覆蓋在2-3公里范圍內(nèi)，而數(shù)據(jù)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(xiàn)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(nèi)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(shù)據(jù)中心的余熱回收在整個行業(yè)還處在摸索階段，目前供暖對象比較單一，與相關行業(yè)合作不多，規(guī)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(shù)據(jù)中心的發(fā)展遠遠沒有達到預期的水平。數(shù)據(jù)中心的熱到哪里去了？值得我們所有數(shù)據(jù)中心從業(yè)者考慮和研究，希望在余熱回收方面能為“雙碳”戰(zhàn)略做得更多。