摘要：以典型规模的数据中心园区为模型，介绍了数据中心园区余热利用原理，对余热利用的节能量进行了定量测算，对节能潜力进行预估。列举国内外数据中心余热利用现状，提出数据中心余热利用的相关建议。
关键词：数据中心；余热利用；热泵机组
中图分类号：TK 11+5 文献标识码：A 文章编号：1004-7948 （ 2019 ） 08-0046-02
doi : 10.3969/j.issn.l004-7948.2019.08.017
Energy-saving research on waste heat recovery and utilization in large data center
LUO Yu-qing
Abstract: Taking typical data center park as a model, this paper introduces the pi*inciple of waste heat utilization in data center park, quantitatively calculates the energy saving amount of waste heat utilization, and estimates the energy saving potential. This paper lists the current situation of waste heat utilization in data centers at home and abroad, and puts forward relevant suggestions for waste heat utilization in data centers.
Key words: data center; waste heat utilization; heat pump units
引言
近年来，随着大数据、云计算、人工智能等信息技术的快速发展，大型数据中心迎来了速快速发展期，其中超大规模数据中心全球每年保持两位数的百分比增长。数据中心是耗能大户，预计202()年全球数据中心耗电量将占全球总用电量的5%。数据中心数据中心7 x 24 h不间断运行，IT设备电耗绝大部分最终转化为热量，通过冷却设备排放到大气中，热能白白浪费。随着我国数据中心数量的增长，国家及地方已陆续出台政策要求数据中心在设计时充分考虑节能要求，打造绿色数据中心。针对余热利用，要求数据中心在设计时宜采用余热回收技术山，满足数据中心及其他区域的用热需求。
水源热泵是利用地球表面浅层的水源，如地下水、河流和湖泊中吸收的太阳能和地热能而形成的低品位热能资源，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术回。水源热泵应用场景较多，目前已成为工业及民用领域重要节能设施。数据中心7x24 h不间断运行产生大量的热量，利用水源热泵可以对数据机房的低位余热进行回收利用，有效降低能耗。
以当前典型规模数据中心园区的余热回收利用为模型，根据经验设定相关参数。通过热泵机组将数据中心 的废热进行回收利用，为园区办公区域提供冬季供暖和 全年热水，实现能源的节约。对比采用余热回收供暖与 常规燃气供暖的成本情况，分析了该数据中心的余热利 用潜力。
1、系统介绍
园区数据机房占地2万平方米，办公区域面积约10万平方米。机房空调冷负荷约为4000RT。中央冷冻站设置在一层,冷冻水系统采用4台1000 RT水冷式离心机组。冷冻水供回水温度12/18℃。园区办公楼区域安装3台水冷螺杆式冷水机组为园区提供供暖和生活热水，其中冬季供暖2台， 单台供热量2630kW,全年供热水1台，供热量1500 kW。
另设2台热水锅炉，单台供热量1745 kW,作为前期数据机房投用初期余热不够时及日常备用。设备参数如表1所示。
园区水源热泵机组及热水机组蒸发器与数据机房冷冻水回水通过管道连接。在数据机房设2台循环水泵，将 数据机房18℃的回水输送至园区热泵机组，再将热泵机组12℃的回水输送回数据机房。园区设热泵循环泵3台， 锅炉循环泵2台。水泵设备参数如表2所示，余热回收系统图如图1所示。
2、数据机房余热利用节能分析
2.1 余热利用节能量计算
水源热泵通过回收数据机房废弃的低品位热源（16℃回水）,一方面向园区办公区域提供冬季供暖及全年热水,另一方面向数据机房返回约12℃的冷冻水用于数据机房制冷， 减少了数据机房的冷却负荷。 根据额定工况下参数计算， 对比了通过热泵机组利用数据机房余热供暖与传统锅炉供暖的成本情况。 实测I周数据后取平均值， 电力、燃气日消耗数据如表3所示， 成本统计如表4所示。
园区供暖周期平均约90 d,采用7 x 15 h供暖， 当地天然气价格为3.54元/m2，通过锅炉专用燃气表计量天然气使用量。 热泵、 相关水泵、 末端设备、 数据机房冷机用电情况均电力监控系统采集， 当地电价为0.9元/kWh。
根据以上测算及统计结果， 按照90d供暖季测算,采用数据机房余热供暖比单独采用锅炉供暖在供暖期內共节约费用91万元， 每年节约运行成本比例为66%。
2.2数据机房余热利用潜力分析
根据数据机房设计热负荷以及通过对实际供给园区热泵机组热量进行测算， 分析数据机房余热利用潜力。根据测算数据及计算如表5所示
单栋数据机房设计热负荷14000kW,目前， 通过园区余热回收利用余热2326 kW。 占比数据机房总负荷仅约17%,尚有8.3%的富裕热量，根据现有供暖面积粗略估算， 目前单栋数据机房剩余热量约11 674 kW,可提供供暖面积约50万m2。 余热利用潜力相当可观。
3、国内外数据中心余热与利用情况
目前， 国外对数据中心余热进行回收利用的案例较多， 尤其在北欧等国家。 例如早在2011年， 芬兰赫尔辛基公共能源公司研究通过不同的方式对云计算数据中心产岀的大量废热进行收集， 提供给企业建筑或居民建中供暖， 再将冷却后的气体输送回数据中心， 给数据中心降温； 俄罗斯搜索巨头Yandex公司位于芬兰南部城市曼采莱数据中心利用其数据中心产生的余热为该城供暖,帮助芬兰城市曼采莱减少了约40%碳排放量； 数据中心供应商DigiPlex和挪威最大的区域供热供应商Fortum OsloVarme AS合作为5 000户奥斯陆公寓提供供热需求。 芬兰和挪威等国家， 部分地方政府与当地数据中心签署热量回收意向书， 向数据中心购买热量提供给周边社区居民。
国内数据中心余热利用案例相对较少， 但随着近几年国内数据中心规模和数量快速增长， 政府对数据中心节能也提出了具体要求， 数据中心越来越重视节能增效。在余热利用案例也逐渐增多.如重庆某“ 云计算” 工业园区通过对比电厂凝汽器冷却水和“ 云计算中心” 冷冻水回水作为热源综合效益， 提出采用冷冻水回水余热利用方案相对一次能源消耗量相对可减少38.5%,额外投资成本相对较少， 附加经济效益显著。
4、结语
数据中心属于耗电大户， 而消耗的电力大部分又转化为热量。 对于大型数据中心来说， 余热利用潜力巨大。
利用数据中心低温冷冻水回水作为水源热泵的低位热源，通过水源热泵提升， 可承担数据中心园区其他办公区域冬季供暖热负荷以及全年生活热水负荷，相对于传统锅炉供暖的方式， 节能效果显著。
通过水源热泵对数据中心余热进行回收利用在技术上已非常成熟。 在当前数据中心建设规模及数量快速增长的情况下， 应积极探索数据中心余热回收利用新途径,并在设计阶段给予充分考虑。 同时政府部门应加强引导，提供相应政策支持。
作者简介： 罗玉庆， 硕士， 工程师， 研究方向为数据中心空调
系统运行。
作者简介： 罗玉庆， 硕士， 工程师， 研究方向为数据中心空调
系统运行。
参考文献
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京公网安备 11011502004515号
