為了符合《巴黎氣候協定》1.5℃的范圍，迫切需要采取措施減少工業的溫室氣體排放。習近平主席在2020年9月22日第75屆聯合國在大會上提出：我國二氧化碳排放力爭在2030年前達到峰值，努力爭取在2060年前實現碳中和。
隨著“東數西算”戰略、“八大算力樞紐建設”的推進，超大型數據中心增長迅速，年復合增長率超過45%。與此同時，數據中心的用電量和二氧化碳排放量，增長勢頭迅猛，越來越受到各級政府和全社會的關注。據CDCC數據，2021年全國數據中心用電量937億度，占全社會用電量1.13%（國家統計局數據則更高，接近CDCC數據的兩倍），預計到2025年將達到1200億度，二氧化碳排放量約7830萬噸，占全國二氧化碳排放量的0.77%，預計到2025年將達到1億噸。
在此背景下，數據中心的能效提升、可再生能源使用、余熱回收利用等，引起了業界的極大關注。其中，針對數據中心的余熱回收利用，大量相關國家標準規范及政策對其提出要求。
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《公共建筑節能設計標準》（GB 50189—2015）指出：有可利用的廢熱或工業余熱的區域，熱源宜采用廢熱或工業余熱。
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《數據中心設計規范》（GB 50174—2017）指出：數據中心空調系統設計時，應分別計算自然冷卻和余熱回收的經濟效益，并應采用經濟效益最大的節能設計方案。
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住房城鄉建設部印發的《綠色數據中心建筑評價技術細則》指出：數據中心輔助區和周邊區域有供暖或生活熱水需求時，宜設計能量綜合利用方案，回收主機房空調系統的排熱作為熱源，宜采用熱泵機組回收排熱。
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工業和信息化部、國家機關事務管理局、國家能源局聯合發布的《關于加強綠色數據中心建設的指導意見》提出：鼓勵在自有場所建設自然冷源、自有系統余熱回收利用或可再生能源發電等清潔能源利用系統。
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工業和信息化部發布的《關于加強“十三五”信息通信業節能減排工作的指導意見》提出：推廣綠色智能服務器、自然冷源、余熱利用、分布式供能等先進技術和產品的應用。
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國家發展改革委發布的《全國一體化大數據中心協同創新體系算力樞紐實施方案》中提出：推動數據中心采用高密度集成高效電子信息設備、新型機房精密空調、液冷、機柜模塊化、余熱回收利用等節能技術模式。
大型、超大型數據中心，甚至核心區域大型數據中心集群化，都為余熱利用項目的大規模、高效化、低成本、遠傳輸創造了更有利的條件。本白皮書，將對大型、超大型數據中心及其集群的余熱回收利用技術方案進行歸納和展望。
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，如此循環往復。
冷凍水型機房空調系統通常全年能源效率低，一般采用冷凍水側余熱回收，系統原理如下圖（圖1）。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，為周圍建筑物供暖。
圖1 機房冷凍水側余熱回收供暖原理
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，尤其在北方地區，能充分利用自然冷源，大幅降低全年運行PUE。其余熱回收原理見下圖（圖2），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℃，此處熱量品位較高，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。
（圖2a）AHU空調系統機房回風余熱回收原理
（圖2b）AHU空調系統機房回風余熱回收能流圖
經結合海悟集團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，骨子里自帶節約、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，彰顯著海悟人對數據中心余熱回收利用的不屈態度！
冬季采暖季節， 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。其原理如下圖（圖3），壓縮機排氣管路上并聯一個熱回收模塊，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。
圖3 熱回收型PHU整體氟泵機組原理
以上展示的幾種數據中心余熱回收利用技術和產品，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，處境相當尷尬。
四、余熱回收的供熱半徑擴展
節約和被回收的能源都是最“綠色”的能源。數據中心余熱總量極大，目標需方距離較遠，打通供需之間的輸送瓶頸，成為當務之急要攻克的難題，面對難題海悟人從不輕言放棄。
如何擴大用熱范圍？
目前，與電廠廢熱、化工廢熱、熱力公司余熱相比較，50℃左右的熱量參考熱價為50-60元/GJ，熱量的主要消費對象為：小區供暖、大宗熱水用戶（如：印染廠）、經濟作物種植大棚等。這三大客戶距離IDC的距離不受控制，供需建立關聯必須先解決熱量輸送的問題。通常，50℃左右的熱采用管道輸送只適合2-3km半徑內的距離，而更遠距離則需考慮其它轉移方式。
綜上，我們提出的幾種中心余熱回收熱量成本極低，與市場熱價間差額較大，完全有空間融入中間轉運、經營環節。用輪子連接熱源和用戶，就成為可行的拓展方式。目前，海悟人正著力于這一方案的實施落地，將來可用實例來印證這一途徑的可行性。下圖（圖4、圖5）為相變蓄熱車擴展供熱范圍的原理圖：
圖4 相變蓄熱車聯通熱源與用戶、增加就業
圖5 熱轉運擴大熱量的利用范圍
五、余熱回收的溫域擴展
工業蒸汽熱泵技術已日臻成熟，由電力驅動，是一種高能源性的橫切技術，可提供工藝熱量取代大部分的化石燃料的工業過程加熱。
從能流圖可以看出，熱泵產生的過程熱量是電能輸入和廢熱源輸入熱量的總和，熱輸出通常是電能輸入的2至5倍。海悟的高溫蒸汽熱泵，可以與PHU熱回收機組、AHU空調系統中的熱回收熱泵系統緊密結合，基于超大型數據中及其集群提供的海量而穩定的低溫熱源，生產出高品位的工業蒸汽，并通過管網輸送到半徑15公里的工商業用戶，獲得共贏的同時，是數據中心余熱獲得極高的經濟價值（圖6、圖7）：
圖6 采用PHU熱回收機組的供蒸汽系統
圖7 采用AHU散熱的數據中心的供蒸汽系統
實例證明，這種方式可以帶來“產業共生”的美好前景。在瑞士阿彭策爾，一個數據中心的余熱被用作高溫熱泵的熱源，高溫熱泵用于鄰近的奶酪廠生產工藝熱、熱水和建筑物供暖。這為山區奶酪工廠每年節省了約1.5GWh的天然氣。
