为了符合《巴黎气候协定》1.5℃的范围，迫切需要采取措施减少工业的温室气体排放。习近平主席在2020年9月22日第75届联合国在大会上提出：我国二氧化碳排放力争在2030年前达到峰值，努力争取在2060年前实现碳中和。

随着“东数西算”战略、“八大算力枢纽建设”的推进，超大型数据中心增长迅速，年复合增长率超过45%。与此同时，数据中心的用电量和二氧化碳排放量，增长势头迅猛，越来越受到各级政府和全社会的关注。据CDCC数据，2021年全国数据中心用电量937亿度，占全社会用电量1.13%（国家统计局数据则更高，接近CDCC数据的两倍），预计到2025年将达到1200亿度，二氧化碳排放量约7830万吨，占全国二氧化碳排放量的0.77%，预计到2025年将达到1亿吨。

在此背景下，数据中心的能效提升、可再生能源使用、余热回收利用等，引起了业界的极大关注。其中，针对数据中心的余热回收利用，大量相关国家标准规范及政策对其提出要求。

• 《公共建筑节能设计标准》（GB 50189—2015）指出：有可利用的废热或工业余热的区域，热源宜采用废热或工业余热。

• 《数据中心设计规范》（GB 50174—2017）指出：数据中心空调系统设计时，应分别计算自然冷却和余热回收的经济效益，并应采用经济效益最大的节能设计方案。

• 住房城乡建设部印发的《绿色数据中心建筑评价技术细则》指出：数据中心辅助区和周边区域有供暖或生活热水需求时，宜设计能量综合利用方案，回收主机房空调系统的排热作为热源，宜采用热泵机组回收排热。

• 工业和信息化部、国家机关事务管理局、国家能源局联合发布的《关于加强绿色数据中心建设的指导意见》提出：鼓励在自有场所建设自然冷源、自有系统余热回收利用或可再生能源发电等清洁能源利用系统。

• 工业和信息化部发布的《关于加强“十三五”信息通信业节能减排工作的指导意见》提出：推广绿色智能服务器、自然冷源、余热利用、分布式供能等先进技术和产品的应用。

• 国家发展改革委发布的《全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案》中提出：推动数据中心采用高密度集成高效电子信息设备、新型机房精密空调、液冷、机柜模块化、余热回收利用等节能技术模式。

   

大型、超大型数据中心，甚至核心区域大型数据中心集群化，都为余热利用项目的大规模、高效化、低成本、远传输创造了更有利的条件。本白皮书，将对大型、超大型数据中心及其集群的余热回收利用技术方案进行归纳和展望。

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，如此循环往复。

冷冻水型机房空调系统通常全年能源效率低，一般采用冷冻水侧余热回收，系统原理如下图（图1）。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，为周围建筑物供暖。

图1 机房冷冻水侧余热回收供暖原理

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，尤其在北方地区，能充分利用自然冷源，大幅降低全年运行PUE。其余热回收原理见下图（图2），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℃，此处热量品位较高，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。

（图2a）AHU空调系统机房回风余热回收原理

（图2b）AHU空调系统机房回风余热回收能流图
 

经结合AG8旗舰厅集团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AG8旗舰厅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、AG8旗舰厅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，骨子里自带节约、增效、环境友好的基因。其中，AG8旗舰厅出品的带热回收的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，彰显着AG8旗舰厅人对数据中心余热回收利用的不屈态度！

冬季采暖季节， 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。其原理如下图（图3），压缩机排气管路上并联一个热回收模块，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。

图3 热回收型PHU整体氟泵机组原理

以上展示的几种数据中心余热回收利用技术和产品，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，处境相当尴尬。

四、余热回收的供热半径扩展

节约和被回收的能源都是最“绿色”的能源。数据中心余热总量极大，目标需方距离较远，打通供需之间的输送瓶颈，成为当务之急要攻克的难题，面对难题AG8旗舰厅人从不轻言放弃。

如何扩大用热范围？

目前，与电厂废热、化工废热、热力公司余热相比较，50℃左右的热量参考热价为50-60元/GJ，热量的主要消费对象为：小区供暖、大宗热水用户（如：印染厂）、经济作物种植大棚等。这三大客户距离IDC的距离不受控制，供需建立关联必须先解决热量输送的问题。通常，50℃左右的热采用管道输送只适合2-3km半径内的距离，而更远距离则需考虑其它转移方式。

综上，我们提出的几种中心余热回收热量成本极低，与市场热价间差额较大，完全有空间融入中间转运、经营环节。用轮子连接热源和用户，就成为可行的拓展方式。目前，AG8旗舰厅人正着力于这一方案的实施落地，将来可用实例来印证这一途径的可行性。下图（图4、图5）为相变蓄热车扩展供热范围的原理图：

图4 相变蓄热车联通热源与用户、增加就业

图5 热转运扩大热量的利用范围

五、余热回收的温域扩展

工业蒸汽热泵技术已日臻成熟，由电力驱动，是一种高能源性的横切技术，可提供工艺热量取代大部分的化石燃料的工业过程加热。

从能流图可以看出，热泵产生的过程热量是电能输入和废热源输入热量的总和，热输出通常是电能输入的2至5倍。AG8旗舰厅的高温蒸汽热泵，可以与PHU热回收机组、AHU空调系统中的热回收热泵系统紧密结合，基于超大型数据中及其集群提供的海量而稳定的低温热源，生产出高品位的工业蒸汽，并通过管网输送到半径15公里的工商业用户，获得共赢的同时，是数据中心余热获得极高的经济价值（图6、图7）：

图6  采用PHU热回收机组的供蒸汽系统

图7 采用AHU散热的数据中心的供蒸汽系统

实例证明，这种方式可以带来“产业共生”的美好前景。在瑞士阿彭策尔，一个数据中心的余热被用作高温热泵的热源，高温热泵用于邻近的奶酪厂生产工艺热、热水和建筑物供暖。这为山区奶酪工厂每年节省了约1.5GWh的天然气。