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1、浸沒式液冷 數據中心熱回收白皮書 編號：ODCC-2023-09008浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 I 版權聲明版權聲明 浸沒液冷智算產業發展論壇發布的各項成果，受著作權法保護，編制單位共同享有著作權。轉載、摘編或利用其它方式使用浸沒液冷智算產業發展論壇成果中的文字或者觀點的，應注明來源：“浸沒液冷智算產業發展論壇”。對于未經著作權人書面同意而實施的剽竊、復制、修改、銷售、改編、匯編和翻譯出版等侵權行為，浸沒液冷智算產業發展論壇及有關單位將追究其法律責任，感謝各單位的配合與支持。浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 II 編制說明編制說明 本報告由 OPPO 廣東移動通信有限公司牽頭撰寫，在撰寫過

2、程中得到了其他單位的大力支持，在此特別感謝以下參編單位和參編人員：參編單位（排名不分先后）：OPPO廣東移動通信有限公司、中國信息通信研究院、阿里云計算有限公司 參編人員（排名不分先后）：孔慶一、唐虎、郭亮、文芳志、盧象明、李忠科、王榮環、袁小艷 項目經理：孔慶一，郵箱：浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 III 前言前言 2021 年國務院印發的2030 年前碳達峰行動方案表明應實施園區節能降碳工程，以高耗能高排放項目（以下稱“兩高”項目）集聚度高的園區為重點，推動能源系統優化和梯級利用，打造一批國際先進水平的節能低碳園區。同時提及推動既有設施綠色升級改造，積極推廣應用高效制冷、先進通風、余熱利

3、用、智能化用能控制等技術，提高設施能效水平。數據中心園區作為兩高大戶，應響應國家政策，增加能源利用梯度，實現綠色化低碳化運營。浸沒式液冷和配套的熱回收技術為數據中心低碳運營帶來了新機遇。浸沒式液冷作為一種先進的、剛剛商業化起步的技術，行業涉及較少?；诮]式液冷數據中心的余熱回收符合能源梯級利用的原則，有利于改善數據中心的碳排放表現，可以帶來額外的經濟價值，值得深入調研。本文旨在提供一套較為系統的浸沒式液冷數據中心熱回收技術理論參考。本文共分為五個模塊，分別闡述數據中心行業熱回收現狀、浸沒式液冷數據中心熱回收架構示例、浸沒式液冷數據中心熱回收價值、社會用能面專項研究、國家政策聯動研究。本白皮書

4、由 OPPO 數智工程算力資源組負責管理和具體技術內容的解釋，業內在實際的工程實踐中若發現需要修改或補充之處，請將意見和建議反饋至 ，以作日后修訂時的參考，謝謝。浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 IV 目錄目錄 版權聲明.I 編制說明.II 前言.III 0.通用.1 0.1 術語解釋.1 0.2 名詞解釋.2 1.數據中心熱回收現狀與挑戰.2 1.1 行業政策及發展現狀.2 1.1.1 數據中心行業的社會壓力.2 1.1.2 數據中心熱回收的相關政策.3 1.1.3 數據中心行業熱回收發展現狀.4 1.2 傳統風冷數據中心過往的挑戰.6 1.2.1 風冷數據中心廢熱品位過低，再利用難.6 1.

5、2.2 全年運行時間短，投資回報不如人意.6 1.3 浸沒式液冷技術發展趨勢.7 1.3.1 液冷數據中心大規模鋪開是趨勢，液冷有利于余熱回收落地.7 1.3.2 數據中心規劃成熟，服務器利用率提高.9 2.液冷數據中心熱回收發展路徑.9 2.1 液冷數據中心熱回收選址.9 2.2 液冷數據中心熱回收建筑及機電配套需求.11 2.2.1 建筑配套需求.11 浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 V 2.2.2 機電配套需求.11 2.3 液冷數據中心熱回收架構.11 2.4 液冷數據中心熱回收控制管理系統.20 3.液冷數據中心熱回收價值.21 3.1 技術價值.22 3.2 經濟價值.24 3.3

6、 減碳價值.30 4.社會用熱清單研究.32 4.1 第一產業.33 4.2 第二產業.35 4.3 第三產業.37 5.液冷數據中心熱回收政策聯動.39 5.1 雙碳政策.39 5.2 東數西算.39 5.3 共同富裕.41 5.4 數據中心招商困境.41 6.總結與展望.41 7.參考文獻.42 浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 1 0.0.通用通用0.1 術語解釋 0.1.1 浸沒式液冷 Immersion liquid cooling 以冷卻液作為傳熱介質，將發熱器件完全浸沒在冷卻液中，發熱器件與冷卻液直接接觸并進行熱交換的液冷形式。按照熱交換過程中冷卻液是否存在相態變化，可分為單相液冷

7、和相變液冷兩類。下文中“浸沒式液冷”簡稱為“液冷”。0.1.2 單相液冷 Single-phase liquid cooling 作為傳熱介質的液體在熱量傳遞過程中僅發生溫度變化，而不存在相態轉變，過程中完全依靠物質的顯熱變化傳遞熱量。0.1.3 相變液冷 Phase-change liquid cooling 作為傳熱介質的液體在熱量傳遞過程中發生相態轉變，依靠物質的潛熱變化傳遞熱量。0.1.4 浸沒式液冷數據中心 Immersion cooling data center 暖通及配套系統采用浸沒式液冷技術的數據中心 0.1.5 浸沒式液冷數據中心余熱回收系統 Waste heat reco

8、very and utilization system in immersion cooling data center 通過與浸沒液冷系統結合，對液冷數據中心信息/通信設備所產生熱量進行余熱回收的系統。下文中“浸沒式液冷數據中心余熱回收系統”簡稱為“余熱回收系統”。0.1.6 一次冷卻循環系統 Primary side cooling circulation system 液冷系統內，負責將被冷卻設備元器件的發熱量傳遞至冷卻液分配單元的冷卻液循環系統，簡稱一次側。0.1.7 二次冷卻循環系統 Secondary side cooling circulation system 液冷系統內，將通

9、過冷卻液分配單元熱交換而來的信息/通信設備元器件所產生熱量散發到環境中的冷卻水循環系統，簡稱二次側。0.1.8 虛擬化 Virtualization 將計算機的各種實體資源（CPU、內存、磁盤空間、網路適配器等）抽象、轉換后呈現出來，供分割、組合為一個或多個應用環境的一種計算資源管理技術。0.1.9 免費供冷 Free-Cooling 利用機房所在地理位置的氣候條件，讓低溫天然資源成為 IT 信息機房制冷系統的冷源的一種制冷方式。0.1.10水源熱泵 Water-source heat pump 浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 2 利用低品位熱能資源，應用熱泵原理，通過少量的高位電能輸入，實現

10、低位熱能向高位熱能轉移的一種裝置。0.1.11空氣源熱泵 Air-source heat pump 利用高位能使熱量從低位熱源空氣流向高位熱源的節能裝置。0.2 名詞解釋 Tank 液冷機柜 Tank CDU 冷卻液分配單元 Coolant Distribution Unit GPU 圖形處理器 Graphic Processing Unit TDP 散熱設計功耗 Thermal Design Power COP 制熱能效比 Coefficient Of Performance PUE 電源使用效率 Power Usage Effectiveness WUE 水資源使用效率 Water Use

11、 Efficiency EER 能源效率比 Energy Efficiency Ratio Colo 主機托管 Colocation GWP 全球變暖潛能值 Global Warming Potential ODP 臭氧消耗潛能值 Ozone Depletion Potential ACH 每小時換氣次數 Air Changes per Hour 1.1.數據中心熱回收現狀與挑戰數據中心熱回收現狀與挑戰1.1 行業政策及發展現狀1.1.1 數據中心行業的社會壓力 在新基建政策和互聯網產業發展的雙重推動下，數據中心數量與機架數量劇增，電力需求增長迅猛。截至 2018 年底，我國數據中心總量已超過

12、 40 萬個，大型及以上數據中心的總機架數達204萬個1。預計到 2025年，大型及以上數據中心的機架數量將達到 802 萬個。從服務器角度看，根據 IDC 發布的 2021 年全球服務器市場追蹤報告，在疫情背景下服務器市場仍保持 12.7%的同比高增長，這側面證明數據中心行業未來仍會保持高速增長趨勢2。數據中心機架數及服務器數量的大幅增加將導致數據中心電力需求不斷增長。2018 年我國數據中心用電總量為 1,609 億千瓦時，占全社會總用電量的 2.35%；2020 年用電總量達 2,023 億千瓦時，占全社會用電總量的 2.7%，約為北京市 2021年全社會用電量的兩倍；預計 2030 年

13、將突破 4,000 億千瓦時，占全社會用電總量的 3.7%1。如此大額的用電量給數據中心行業帶來了巨大的社會和政策壓力。浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 3 圖一：數據中心產業用電量統計45 1.1.2 數據中心熱回收的相關政策 自2019年初工信部等三部門聯合發布加快構建綠色數據中心的指導意見3以來，在發改委、工信部、能源局等多個部門發布的包括關于進一步加強數據中心項目節能審查的若干規定4關于加快建立健全綠色低碳循環發展經濟體系的指導意見5新型數據中心發展三年行動計劃（2021-2023 年）6在內的多份全國性及地方性政策文件中均提及要推進綠色數據中心建設。過往行業內普遍認為數據中心作為數據處

14、理的大腦，服務器運算可以看作是輸入電力能源輸出算力的過程。根據數據中心服務器運行的底層邏輯，大部分電能通過阻性載流的元器件轉化為熱能，小部分以電磁波形式散出。因此，數據中心生產算力的本質應為輸入電力能源，輸出計算能力及廢熱，且幾乎所有的電能都被轉化為廢熱。由此數據中心的熱回收應用場景應運而生，旨在合理利用數據中心產生的廢熱，實現能源的梯級利用?？紤]到數據中心龐大的存量用電量及迅猛的增量趨勢，余熱回收目前存量及未來增量都潛能巨大。圖二：數據中心產生廢熱理論基礎 829100011081250150017632035563935693359710636256940472852751101.47%1

15、.76%1.86%1.96%2.16%2.42%2.71%0.00%0.50%1.00%1.50%2.00%2.50%3.00%010000200003000040000500006000070000800002014201520162017201820192020用電量用電量(億千瓦時億千瓦時)數據中心用電量全社會用電量數據中心社會用電量占比浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 4 在國家層面，國務院發改委發出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7特別提及推動數據中心采用余熱回收利用等節能技術模式。同時，2021 年國務院印發的2030 年前碳達峰行動方案8表明應實施園區節能降碳工程

16、，以高耗能高排放項目集聚度高的園區為重點，推動能源系統優化和梯級利用，打造一批國際先進水平的節能低碳園區。同時提及推動既有設施綠色升級改造，積極推廣使用高效制冷、先進通風、余熱利用、智能化用能控制等技術，提高設施能效水平。在地方性文件方面，2021 年 1 月 21 日北京市經信局發布的北京市數據中心統籌發展實施方案（2021-2023 年）（征求意見稿）9中重點提到，鼓勵數據中心進行熱源利用。鼓勵數據中心采用余熱回收利用措施，為周邊建筑提供熱源，提高能源再利用效率。2022 年 5 月 16 日北京市發展和改革委員會印發的“關于印發北京市低效數據中心綜合治理工作方案的通知”10特別提到推動數

17、據中心余熱利用試點示范，促進數據中心余熱接入城市大網或區域熱力管網，征集適合數據中心的低溫余熱利用、冷熱聯供等余熱利用相關技術，有序推進試點示范。與此同時，江蘇省發改委提出的江蘇省新型數據中心統籌發展實施意見11、杭州市發改委提出的關于數據中心建設有關事項的通知12、重慶市經濟和信息化委員會發出的綠色數據中心評價指標體系13等政府文件都特別提及了鼓勵余熱回收技術在數據中心行業的應用?？傮w來看，不管是國家層面還是地方層面都開始對數據中心的廢熱利用加以關注。1.1.3 數據中心行業熱回收發展現狀 a.海外數據中心熱回收使用概覽在瑞典，斯德哥爾摩被譽為數據中心供暖之都，該數據中心熱回收項目被稱為斯德

18、哥爾摩數據公園（Stockholm Data Parks）。整個項目由市政府、當地供熱和制冷機構（Fortum Vrme）以及其他機構合作運營，項目納入了當地大部分的數據中心。其技術原理為服務器里散發出來的熱量被傳回到熱泵中，將熱水的溫度提升到 70 度，然后將熱能分配到公共的熱力管網中供家庭取暖使用；在熱泵的另一端也就是蒸發側，產出 7 度到 9 度的冷凍水，用來冷卻數據中心的服務器散發出的熱量。經過如此回收循環利用，初步估算可以降低約 30%的供暖成本。該項目目標為 2035 年滿足斯德哥爾摩全部供暖需求的 10%14。除此典型案例之外，芬蘭、美國、加拿大及法國也有類似的項目應用。例如，臉

19、書（Facebook）在位于歐登塞的數據中心中，通過熱泵將來自數據中心的余熱配合可再生能源產生高溫熱水用于區域供暖，熱水通過區域管網向社區中 6900 戶居民提供服務15，充分實現了對經濟、社會和環境的多重賦能。除了為就近居民供暖之外，國外一些數據中心也進行了其他熱回收實踐：瑞士IBM Uitikon 數據中心利用余熱加熱當地的游泳池；亞馬遜數據中心將余熱利用到西雅圖市中心的商圈項目中；巴黎 Condorcet 數據中心利用余熱為現場的氣候植物園供暖，該植物園被用來模擬未來法國盛行的氣候條件；加拿大魁北克省溫尼伯的數據中心將余熱輸送售賣到附近一家制作報紙的工廠，使報紙公司利用數據中心余浸沒式液

20、冷數據中心熱回收白皮書 5 熱提高自己的能源效率，降低生產成本?？偨Y來說，海外已經有一定的跨行業數據中心熱回收的經驗，也進行過數據中心大規模為城市市政熱網供熱的工程實踐。圖三：典型數據中心熱回收社區 b.我國數據中心熱回收現狀目前，我國數據中心行業的余熱回收實踐不管在質量還是數量上，均處于初級階段。利用余熱回收技術回收廢熱加以利用的數據中心包括：阿里巴巴千島湖數據中心、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、UCloud 優刻得烏蘭察布云計算中心、中經云北京亦莊數據中心等。目前國內數據中心余熱回收實踐主要表現為以下特征：-與社會其他用熱單位耦合不緊密，用能模式較為單

21、一。通常僅為自己的辦公區或支持區供暖，沒有打通各個行業。典型案例為華為云貴安數據中心（一期）使用余熱回收技術為園區內的辦公區和游泳池供暖，萬國數據北京三號數據中心為所在園區供暖。-有宏觀規劃余熱回收的數據中心比例較小，未出現類似國外斯德哥爾摩為大片區域供暖的使用案例。c.液冷數據中心熱回收現狀液冷技術最先應用于超算中心，相對應的余熱回收技術也在超算及科研行業內有落地的案例。我國上海交通大學“思源一號”計算中心，計算機運算過程中產生的余熱，能夠用于研究所球形大廳的冬季供暖、食堂廚房的熱水加熱、地下室除濕以及實驗室的空調溫控，實現每年 950 噸的額外碳補償。在海外，德國波茲坦氣候研究所的超算集群

22、利用 IT 設備產生的余熱供給整個研究大樓，實現 100%的采暖由余熱供應。浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 6 1.2 傳統風冷數據中心過往的挑戰 數據中心余熱回收潛力巨大且有政策偏向，但目前落地的數據中心余熱回收項目較少，主要原因是現有的風冷余熱回收技術和運營模式有以下的局限性：1.2.1 風冷數據中心廢熱品位過低，再利用難 考慮到冷水機組的運行能效比(COP)，若使用冷卻水作為熱源，常規風冷數據中心的冷卻水供回水設計溫度一般不會超過38(視當地室外環境而定)；使用循環冷凝側的制冷劑進行熱回收(熱回收型冷機)，則溫度設置不超過45。若想要通過提高壓縮機壓縮比來提高冷卻水的溫度，相應的冷水主機

23、的冷凝側溫度會升高，最終可能會導致以下的結果：經濟性角度：冷凝側溫度升高，冷凍水側的溫度不變會導致逆卡諾循環搬運熱量的難度變大，整機的能效比受到影響。技術性角度：過高的冷凝側溫度，有可能影響冷水機組的供冷能力，進而影響整個機房的可靠性。圖四：雙冷凝器熱回收冷機 考慮到管路熱損失及板換溫降等問題，數據中心廢熱能提供的熱水極限溫度最多不超過 38，且受限于戶外環境條件及供冷策略，全年大部分時間達不到此溫度。若熱回收的溫度品位過低，可能需要再配置熱泵或鍋爐設備對其進行溫度提升。若使用冷凍水作為取熱源，其溫度品位相較冷卻水更低，熱泵設備需要提升的溫度更高，機組 COP 受底層熱力學定律影響難以做得相對

24、高效。1.2.2 全年運行時間短，投資回報不如人意 若從冷卻水側取熱，會產生如下問題：隨著國家雙碳政策的落地，數據中心對于 PUE 的要求也越來越高，就傳統的風冷數據中心而言，使用免費供冷是最為便捷的節能方式之一。在烏蘭察布、中衛等北方城市，數據中心除了夏季高溫時期，基本全部使用免費供冷。在免費供冷期間，整套系統的熱回收能力會大打折扣。若從冷凍水側取熱，余熱品位通常不會超過 20，品位過低，除了在部分北浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 7 方寒冷地區具備一定的價值，從全國范圍來看經濟性價值相對有限。綜合考慮整套熱回收系統全年運行的時間較短，能滿工況運行的時間也較短，從全年維度來看，受天氣波動及業

25、務負載率的波動影響，熱回收量較小。同時考慮到施工改造需要造成的停工停產等機會成本，熱回收相關的投資的回收期表現并不如人意。1.2.3 數據中心與周邊用能單位配套不匹配 數據中心作為能源密集型產業，其發熱量較大，運行中的功率密度約為辦公室的 30 至 50 倍，如果要利用數據中心廢熱對周邊支持區、辦公區及生活區進行供暖，為消化此等熱量，該園區需要具備較大的規模。與此同時，數據中心要求24小時365天的散熱能力，而常規辦公業態無需連續的供熱，數據中心熱量產出及辦公區消耗的錯配可能會導致冷塔和熱回收設備切換頻繁進而對可靠性造成負面影響。一方面是數據中心熱回收的產熱量與園區內的用熱量不能匹配，另一方面

26、是數據中心產熱和園區用熱時間上的不匹配，這兩方面的問題都可能會造成數據中心內散熱不足，影響業務穩定性。1.3 浸沒式液冷技術發展趨勢 1.3.1 液冷數據中心大規模鋪開是趨勢，液冷有利于余熱回收落地 政策性方面，發改委 21 年 10 月提出的新建大型數據中心 PUE 不得高于 1.3 的新要求，進一步規范了數據中心的用電情況，這幾乎逼近了傳統風冷架構能做到的極限 PUE。同時部分省市對超低 PUE 數據中心出臺了利好政策，例如深圳發改委發出的深圳市發展和改革委員會關于數據中心節能審查有關事項的通知16對于PUE 值為 1.35-1.4（含 1.35）的數據中心，新增能源消費量可給予實際替代量

27、 10%及以下的支持；對于 PUE 值為 1.30-1.35（含 1.30）的數據中心，新增能源消費量可給予實際替代量 20%及以下的支持；對于 PUE 值為 1.25-1.30（含 1.25）的數據中心，新增能源消費量可給予實際替代量 30%及以下的支持；對于 PUE 值低于 1.25的數據中心，新增能源消費量可給予實際替代量 40%以上的支持。與此同時在芯片行業發展層面，隨著摩爾定律失效，算力和發熱量幾乎呈線性遞增的關系，例如英偉達最新發布的 H100 GPU 芯片的 TDP 高達 700W。不管在政策方面還是芯片行業需求方面均需要一種新的技術來破解數據中心行業的困境。液冷技術路徑又分為冷

28、板式、浸沒式和噴淋式，其中冷板式和浸沒式較為主流?？紤]到資產保全、換熱效率、系統架構復雜度及 IT 設備故障率等因素，浸沒式的技術路線較為適合作為熱回收的應用場景?？傮w來說，浸沒式液冷方案既可以滿足政策性的節能需求，也能滿足芯片高解熱的需求。為應對新的市場及政策環境，相關龍頭企業都開始嘗試浸沒式液冷的方案，以求進一步降低PUE，助力3060的碳中和、碳達峰戰略。從硬件運維的角度，使用浸沒式液冷可以降低 IT 器件的運行溫度，使得相同硬件能夠將算力潛能充分釋放。與此同時，根據“10減半法則”，IT 器件可以擁有更長的使用壽命。由于液冷環境取消了高速風扇、減少了振動，過往風冷系統中的設備失效故障模

29、式發浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 8 生變化。根據阿里巴巴發布的浸沒液冷服務器可靠性白皮書顯示，使用浸沒式技術可顯著降低服務器故障率 50%。17 在浸沒式液冷的大環境下，由于浸沒式液冷數據中心使用的冷卻液解熱效率比空氣高，在滿足同等解熱需求的情況下，冷卻液的溫度也可以設定得相對高，整個系統的回路可以達到比較高的溫度。浸沒式液冷系統根據散熱方式的不同可分為兩種：單相浸沒及兩相浸沒。單相浸沒系統包含一次側回路及二次側回路。二次側回路中，冷卻液流經發熱的電子器件時通過熱傳導來實現散熱，后流經 CDU 系統中的板式換熱器與一次側回路中的冷卻水換熱以降低冷卻液溫度。整個系統通過 CDU 中的泵實現冷

30、卻液循環。一次側回路可以看作二次側回路的散熱系統。冷卻水流經 CDU 中的板換吸收熱量，溫度上升，后被冷卻水泵輸配至散熱設備，實現散熱降溫。一次側的室外散熱設備通常為冷卻塔、干冷器等。單相浸沒系統在二次側路由中，冷卻液沒有發生相變，僅通過液體的溫升溫降（顯熱變化）實現電子器件的散熱，因此被稱為單相浸沒系統。圖五：單相浸沒式液冷系統原理圖 兩相浸沒系統僅有一個回路，系統的散熱涉及到兩種形態的介質。冷卻液在電子器件表面吸收熱量汽化為氣體。蒸汽態的冷卻液由于密度改變上升至 Tank 的頂部，與布置在此處的一次側冷卻水管換熱，蒸汽在盤管表面重新冷凝為液體并受重力作用流回 Tank 內。整個過程涉及冷卻

31、液的相變（潛熱變化）來實現服務器的散熱。浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 9 圖六：兩相浸沒式液冷系統原理圖 1.3.2 數據中心規劃成熟，服務器利用率提高 隨著虛擬化技術在云計算數據中心的不斷落地，服務器等相關設備的算力資源利用方式也逐步變得高效完善。通過調配熱數據和冷數據的計算需求，服務器的利用率可以長時間保持在一個比較高的水平，以充分利用數據中心的算力資源。該技術在提升數據中心可擴展性，降低成本之余，還會進一步釋放液冷數據中心的熱回收利用的潛力。虛擬化技術有利于在熱回收系統中增大服務器層面的顆粒度，使之更容易被管控。通過該技術可以實現服務器高利用率的維持，避免多臺服務器同時低功率運行。此舉

32、可以幫助整個液冷二次側回路處于較高溫狀態，通過控制 CDU 中泵的變頻器實現定溫差變流量的控制邏輯，可以實現高品位熱源的持續輸出。2.2.液冷數據中心熱回收發展路徑液冷數據中心熱回收發展路徑2.1 液冷數據中心熱回收選址液冷數據中心落地熱回收系統，需要考慮其與用熱單位之間的距離，若距離過遠會造成路由管路初投資成本的大幅增加，而且輸送回路中介質熱量的損失也會隨之加大。從經濟性的角度來看，數據中心與用熱單位背靠背為最優的模式。但考慮到數據中心的高可靠性需求，若用熱單位有影響數據中心業務的可能性，則需要考慮與之保持一定的物理間隔距離。液冷數據中心通過熱回收系統與相關傳統行業進行合作時，需依據數據中心

33、重要等級，詳細評估用熱單位是否會對其可靠性造成影響?？偟膩碚f，選址時應充分平衡經濟性與數據中心可靠性。同時考慮到用熱單位的多樣性，可能會導致用熱單位相鄰土地的土地性質并不能用于建設數據中心，因此數據中心選址過程中需特別注意土地性質問題。根據 GB50174-2017數據中心設計規范中的選址要求18，有可能影響到熱回收選址的有以下幾點規范條目：浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 10-應遠離產生粉塵、油煙、有害氣體以及生產或儲存具有腐蝕性、易燃性、易爆物品的場所；-應遠離強振源和強噪聲源；-應避開強電磁場干擾；-大中型數據中心不宜建在住宅小區和商業區內；表一：數據中心設計規范技術參數附表 下表為行業

34、標準 YD/T2441-2013互聯網數據中心技術及分級分類標準的選址要求19中對于數據中心與其他設施距離的定義，供參考。浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 11 表二：數據中心與其他設施的距離要求 場所 R3 級要求 R2 級要求 距離化學工廠中的危險區域垃圾填埋場 不宜小于 400m 不宜小于 400m 距離核電站的危險 區域 不宜小于 1600m 不宜小于 1600m 距離停車場 不宜小于 20m 不宜小于 10m 距離鐵路或高速公 路的距離 不宜小于 200m 不宜小于 100m 距離飛機場 不宜小于 4000m 不宜小于 1600m 2.2 液冷數據中心熱回收建筑及機電配套需求 2.2.

35、1 建筑配套需求 搭建一套熱回收系統可能會涉及到增設以下主要設備：熱泵、板換、水泵、蓄熱罐及其他支持設備(供配電、消防、給排水)等。因此，在建筑配套方面需要預留以上設備的機電空間，例如使用空氣源熱泵等需要與室外空氣換熱的設備，需要在屋頂等室外區域預留機電部署的空間。與此同時，熱回收系統可能會增加建筑水管井的需求，應在建筑設計階段提前預留。2.2.2 機電配套需求 a.機房環境若系統包含水源熱泵，機房環境配置建議與冷水主機房相同，機房內設置平時兼事故通風系統，平時通風量建議按 6ACH 預留，事故通風量建議按 12ACH 預留，無需配置空調。熱泵機房內應配置冷媒泄露探測裝置，該裝置與事故通風系統

36、聯動。若機房內僅包含板換，水泵等常規設備可以考慮僅配置平時排風系統，排風量可按 6ACH 考慮，無需配置空調。b.供配電系統根據用熱單位不同等級的用熱穩定性需求，熱回收系統可考慮使用單路市電、雙路市電、一路市電一路 U 電或雙路 U 電等。因為熱回收系統有冷卻塔系統備份，本質屬于 2N 的架構，數據中心側的可靠性可以得到保證。c.定壓補水及軟水設備若熱回收架構為閉式系統，需考慮增加新的定壓補水及軟水系統。d.旁濾系統為保障熱回收系統中的水質，需設置旁濾系統。e.自動加藥設備若熱回收架構為閉式系統，需考慮增加新的自動加藥系統。2.3 液冷數據中心熱回收架構 從用水場景的角度看，熱回收系統輸出類型

37、可分為以下兩種：浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 12-開式用水場景-閉式用水場景從設計架構角度看，熱回收系統可分為以下五個部分：-液冷熱回收二次側-液冷熱回收一次側-熱品位提升模塊-熱水儲存及輸配系統-液冷熱回收自控系統2.3.1 開式用水場景開式用水場景可以理解為輸送至用熱單位的熱水是單向的，使用過后不會再回到原有熱回收系統。若要持續輸出熱水，則需要從市政中取水。典型用熱場景為：園區生活熱水、醫院 CSSD、洗滌及印染行業等。圖七：液冷數據中心開式用熱場景熱回收示意圖 開式用水單位的余熱回收分為兩個階段：-階段一：市政水預熱常規來講，液冷數據中心的冷卻水溫度較高(一般能達到 40以上)，通過

38、板式換熱器(下簡稱為板換)等換熱手段可以實現市政水的預熱。較為先進成熟的板換設備可以將溫降控制在 1以內，預熱水仍然可以保持相對高位的熱品位。若廢熱使用方對余熱品位要求不高，例如生活熱水、禽畜飼養等使用場景，可將預熱水經由保溫管路直接輸送至用熱方。若用熱單位對供熱溫度有要求，則需要考慮二次加熱以提升供水溫度。-階段二：二次加熱，溫度提升浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 13 根據不同的用能單位的需求，應選擇不同的二次加熱的設備，常規的加熱設備有風冷熱泵、水源熱泵、鍋爐、太陽能熱水器、電加熱等，詳情見熱品位提升模塊。2.3.2 閉式用水場景該系統將液冷一次側接至水源熱泵的蒸發側，作為余熱回收系統的

39、取熱源，冷凝側則接供熱的管網，持續供熱。通過應用液冷的熱回收技術，蒸發側和冷凝側的溫差可以控制得較小，根據逆卡諾循環的原理，其提升的溫度越小，對熱的搬運的難度也相對越小，熱泵的效率可以得到相應的改善。圖八：液冷數據中心閉式用熱場景熱回收示意圖 2.3.3 液冷熱回收二次側熱回收典型架構方案 a.熱回收系統與 CDU 二次側系統串聯此方案在液冷的二次側取熱，在 CDU 的路由上游或下游額外設置一套板換系統，同時在二次側回路中設置旁通管路及閥門以控制運行情況。在熱回收系統開啟時打開 CDU 內部的板換旁通閥門，使熱量在熱回收板換處被回收。本方案可以復用 CDU內部的泵系統，節約初投資成本。與此同時

40、，該方案直接與二次側的冷卻液進行熱交換，減少了板換的多次溫降，相較其他方案換熱效率更高，回收的熱品位也更高。但本方案相應的有以下缺點：首先，熱回收板換需要與 CDU 內的泵和兩套旁通閥門進行控制的聯動，相對較為復雜；同時 CDU 設備層面上需要定制特定揚程的泵設備；其次，該方案復用 CDU 內的泵，兩種工況下可能會造成一方的水力不平衡，工程改造難度也較高。浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 14 圖九：熱回收系統與 CDU 二次側系統串聯原理圖 b.熱回收系統與 CDU 二次側系統并聯此方案在液冷的二次側取熱，CDU 與熱回收的板換進行并聯。運行熱回收工況時關閉 CDU 的旁路，開啟熱回收旁路，熱

41、回收旁路配置專門的泵系統，由此可以做到兩套路由分別獨立運行，水力平衡表現較好，工程改造難度較低。與此同時，該方案直接與二次側的液冷冷卻液進行熱交換，減少了板換的多次溫降，相較其他方案效率更高，熱品位也更高。但相比于串聯的架構，本方案需要更多管路及多一套泵系統，初投資較高。圖十：熱回收系統與 CDU 二次側系統并聯原理圖 c.液冷熱回收二次側熱回收典型架構方案總結浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 15 總體來說，二次側熱回收系統方案減少了用熱側與熱源的路由復雜度，有利于對余熱進行高效的采集。若液冷系統已經配備獨立 2N 的系統，亦可以考慮使用其中的一套 CDU 做熱回收，另一套作為一次側路由備用，

42、進而節省成本。相對而言，利用二次側進行余熱回收也有以下的缺點：首先，該系統的二次側會增加路由的長度，若使用氟化液等較為昂貴的冷卻液會增加本項目的初投資成本。其次，熱回收系統與二次側耦合較為緊密，一旦出現問題會直接影響服務器的運行，同時改造及維護時可能對業務穩定性造成影響。2.3.4 液冷熱回收一次側典型架構方案 a.熱回收系統與冷卻塔串聯此方案在液冷系統的一次側取熱，冷塔與熱回收系統串聯，可以通過開閉閥門及旁通路由進行運行工況的切換。在熱回收工況時冷塔于旁路運行，冷卻水于熱回收板換處進行熱交換。本方案可以復用冷卻系統的水泵，以節約整套系統的初投資成本。但本方案相應的有以下缺點：首先，熱回收板換

43、、冷塔及水泵需要進行控制的聯動，涉及的設備較多。其次，板換和閉式冷塔的壓差存在差異，使用同一套水泵可能會造成水力不平衡的問題，工程改造難度同樣較高。圖十一：熱回收系統與冷卻塔串聯原理圖 b.熱回收系統與冷卻塔并聯此方案在液冷的一次側取熱，冷卻塔與熱回收系統進行并聯，系統可以通過閥門的開閉切換對應的工況。閉式冷塔和熱回收系統分別獨立配置一次泵，兩個系統較為獨立，控制邏輯較為清晰且水力平衡表現好，工程改造難度降低，但也相應的增加了設備數目及管路的長度，造成更多的前期投資。浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 16 圖十二：熱回收系統與冷卻塔并聯原理圖 c.熱回收系統與冷卻塔并聯獨立系統 2N本方案在熱回

44、收系統與冷卻塔并聯系統的基礎上，將一次側冷卻路由與熱回收系統完全分隔，形成獨立的 2N 系統。此方案控制邏輯清晰，水力平衡穩定且具備較高的可靠性，但相應的 CDU 設備需要做定制化設計。圖十三：熱回收系統與冷卻塔并聯獨立 2N 原理圖 d.液冷熱回收一次側典型架構方案總結此方案于一次側進行熱回收，即冷卻水熱回收。相較直接于二次側進行熱回收，本方案不改變二次側的路由及架構，對原有系統的影響較小。與此同時，熱回收系統的所有路由均以水作為冷媒載體，運維時較為簡單方便。但相應的因為多設置了一次換熱的回路，熱回收熱品位會有所下降。2.3.5 溫度提升模塊方案 現熱回收直接利用方案可穩定換出 40左右的熱

45、水，已能滿足部分常規的用熱場景。若希望通過熱回收系統產出更高品位的熱源則需要加設溫度提升系統，常浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 17 規的溫度提升設備有熱泵、鍋爐等。a.空氣源熱泵開式方案本方案使用熱回收的熱量對低溫市政水進行預熱，再使用空氣源熱泵進行二次加熱。該方案比較適合用于空氣源熱泵能效較高的非嚴寒區域。但空氣源熱泵占用的機電面積較多，需根據數據中心屋面情況確定。圖十四：空氣源熱泵溫度提升原理圖(開式系統)b.水源熱泵開式方案本方案使用余熱對低溫市政水進行預熱，再使用水源熱泵進行二次加熱。與此同時，本方案的水源熱泵還可以產出低溫冷凍水用于常規風冷空調區域的供冷。在北方嚴寒地區或在外界環境

46、較惡劣及機電空間不夠的情況下可以考慮此方案。圖十五：水源熱泵溫度提升原理圖(開式系統)c.水源熱泵閉式方案浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 18 本方案的水源熱泵蒸發側接液冷一次側系統取熱，冷凝側接閉式供熱回路放熱。圖十六：水源熱泵溫度提升原理圖(閉式系統)d.溫度提升模塊方案總結風冷熱泵：適用于輸出 4060的熱水，方案占用機電面積較大，需要充分考慮場地的可行性，方案無需額外的水泵環路。若液冷數據中心周邊無其他取熱途徑例如湖泊、地熱等且項目位置位于非嚴寒地區時，可以考慮使用風冷熱泵作為二次溫度提升的設備。水源熱泵：若數據中心周邊有湖泊、地熱等取熱途徑或位于嚴寒地區無法使用空氣源熱泵時可以考慮使

47、用此系統。本方案適用于輸出 4060的熱水，其占地面積較小但需額外配置水泵環路，若場地有冷凍水需求亦可考慮此方案。高溫熱泵：若供熱溫度在 60100或有蒸汽需求可以考慮使用高溫熱泵設備，但目前主流設備的容量不大，需要多臺并聯。表三：熱泵產品選型表 鍋爐：若供熱溫度在 60100或有蒸汽需求可以考慮使用鍋爐設備。鍋爐設備對外界環境要求較低，適用于嚴寒地區的二次加熱。太陽能熱水器：供熱溫度在 50到 100不等，供熱能力受天氣影響波動且供熱能力較弱，僅適用于小型數據中心熱回收及對熱水可靠性要求不高的用熱場景。浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 19 電加熱：供熱溫度最高可達 100，但考慮到其電能轉化

48、比較低，不適合數據中心對于高效節能低 PUE 的需求，不建議使用。2.3.6 熱水輸送與儲存 考慮到計算機的計算負荷是隨著業務的計算需要而不斷波動的，整個數據中心的能提供的熱量也是會波動的，與此同時用熱側的用熱能力也不是一成不變的，在部分高可用性需求的場景下，例如工業生產，民生保障等，設置專門的熱水蓄水罐是必要的，具體的熱水蓄水量設計可參考以下因素：數據中心規模與熱水產出能力用熱單位用能情況(用熱量、可靠性要求、用熱持續性等)用熱單位與數據中心的距離蓄熱罐設計應以保溫效果為準繩，保溫工藝建議采用雙層不銹鋼板結構，中間用聚胺脂整體發泡保溫體,每 24 小時內箱（罐）水體溫度下降不超過 5。儲熱系

49、統所用容器宜遵守 GB/T150.1-2011壓力容器(所有部分）20的規定，設計低于0.1MPa 的容器及真空度低于 0.02MPa 的常壓容器時宜遵守 JB/T 4735-1997鋼制焊接常壓容器21相關規定。a.蓄熱罐存放預熱水本方案將蓄熱罐置于熱回收板換與二次加熱設備之間，對預熱水進行存儲，減小 IT 負載波動造成的對供熱穩定性的影響。本方案可以通過控制預熱水輸送至溫度提升設備的流量進而控制熱泵設備一直處于高效運行的工況。例如使用離心式的熱泵時，可考慮負荷控制在額定功率的 60%70%，螺桿式的熱泵則應控制在50%60%。但相應的本方案對供熱的連續性和可靠性的保障有限，若二次加熱設備出

50、現損壞，蓄熱罐無法作為備用熱源暫時保障供熱。在供熱需求超過供熱能力時也無法超額輸出熱水給用能單位。圖十七：蓄熱罐原理圖(儲存預熱水)浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 20 b.蓄熱罐存放供水熱水本方案將蓄熱罐置于二次加熱設備下游，對熱水進行存儲，減小 IT 負載波動造成的對供熱穩定性的影響。本方案可以實現熱回收系統供熱能力的高可靠性保障，熱回收系統出現故障無法供熱時蓄熱罐內的熱水可作為短期的熱源備用。若用熱單位有瞬時的高熱負荷需求，蓄熱罐可以幫助輸出高于熱回收產熱能力熱水量。本方案二次加熱設備需要根據 IT 負載產生的熱量大小和預熱系統提供的預熱水流量調節自身的運行功率，這可能會導致設備無法長期

51、運行在能效的甜蜜區，進而影響整套系統的能源利用率。圖十八：蓄熱罐原理圖(儲存供熱水)c.熱水輸配考慮到設計規范對數據中心選址的安全性要求，熱水的輸送長度通常較長，為保證熱水的溫度，需要對輸送管路進行保溫包裹。輸配過程中同時需要考慮采用合適材質的防銹管道，防止出現腐蝕和水垢，熱水中的氯離子含量宜25mg/L。輸配管路中需考慮設置過濾器等設施，保證熱水水質，水質宜符合 GB/T 50050-2017 工業循環冷卻水處理設計規范的規定22。注入和補充的熱媒水質，宜符合GBT 12145-2016 火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量23中對于熱網補充水的質量要求。具體設計中可參考以下規范：GB 507

52、36-2012 民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范GB/T8175-2008 設備及管道絕熱設計導則GB/T 4272-2008 設備及管道絕熱技術通則08K507-1 管道與設備絕熱圖集16S401 管道和設備保溫、防結露及電伴熱圖集2.4 液冷數據中心熱回收控制管理系統 浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 21 數據中心是數字經濟的基石，高可用是數據中心的典型特點，因此在對數據中心廢熱進行回收的時候需要嚴格保證數據中心的高可用性。數據中心在設計過程中仍需要配置冷卻塔或干冷器等傳統一次側設備，以應對用能單位用熱不足的情況。這進而延伸出液冷數據中心二次側、一次側、熱回收系統及冷塔系統的耦合和控制邏

53、輯問題。為了使熱回收系統更加智能化，需要配置自動化控制系統。自動化控制系統架構分為 4 層：現場層、控制層、集中監控層、管理平臺層。2.4.1 現場層 現場層由設備的監控點組成。重要設備例如水泵、板換、熱泵、蓄熱罐都應配置點位?？刂茖油ㄟ^監控點監視和控制現場層的設備。主要監控點為閥門開閉度、進出水/冷卻液溫溫度、水/冷卻液流量、水/冷卻液壓力、室外環境溫度等。2.4.2 控制層 控制層由控制器和 HMI 組成?？刂茖咏尤氍F場層的設備，對采集上來的數據進行實時計算，通過控制邏輯控制現場層的設備運行。常用的控制器有 PLC、DDC、單片機等。熱回收控制邏輯有：1)運行模式切換2)加減機3)蓄冷罐沖

54、冷放冷4)末端壓差控制2.4.3 集中監控 控制層的數據應上傳到集中監控平臺，集中監控平臺可展示系統運行狀態、告警等功能。一些跨系統或子系統的控制邏輯可放在集中監控平臺上運行。如Tank/CDU 與熱回收系統聯動，冷卻塔與熱回收系統切換邏輯等。涉及到其他非熱回收系統暖通設備的聯動需部署于 BA 平臺側。常用的集中監控平臺有動力和環境監控系統、樓宇自動化監控系統、一體化監控系統等。這些系統都可以用于集中監控平臺。2.4.4 綜合管理平臺 現場層、控制層、集中監控滿足了對熱回收系統的自動化控制需求。但還需要對熱回收系統進行運維管理。綜合管理平臺就是數據中心運營平臺，熱回收系統也是其管理對象，因此集

55、中監控平臺需要接入到綜合管理平臺內。綜合管理平臺可為熱回收系統提供巡檢、維保、變更等運維管理功能，還可以提供資產管理、能耗管理等運營功能。3.3.液冷數據中心熱回收價值液冷數據中心熱回收價值本文將從技術價值、經濟性價值及減碳價值等多個方面對液冷數據中心的價值浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 22 進行剖析。3.1 技術價值 總體看液冷數據中心熱回收系統具有熱品位高，供熱穩定性強等優勢。3.1.1 液冷數據中心熱回收熱品位價值 不管是傳統的精密空調風冷架構還是新晉的液冷架構，數據中心暖通系統本質是將熱量從電子元件中帶走，滿足其 TDP 要求。風冷和單相液冷主要散熱的原理為熱的對流，以 3M 的 F

56、C-40 氟化液為例，其導熱系數為 0.065W/m.K24，而空氣的導熱系數為0.02524W/m.K，氟化液的導熱能力約為空氣的2.5倍；從流體載熱能力的角度來看，單位體積的流體，浸沒式冷卻液的載熱量為空氣的 1600 倍。在相同的TDP 散熱需求的基礎上，冷卻液與電子器件之間的溫差可以做的相對較小，因此二次側路由的溫度可以設定的較高，相應的能回收的熱的品位也較高。目前主流液冷設備廠商大多數都將其單相浸沒產品的二次側回液溫度設定在 4045，這意味著可以從液冷系統中持續換出 40左右的余熱。兩相浸沒的原理為液體相變為氣體帶走熱量，相對于單相浸沒系統，兩相浸沒的解熱能力更強，相應的其能設定的

57、二次側回路溫度可以更高。圖十九：風冷液冷二次側對比 數據中心的余熱主要可用于三個方面：-低品位熱直接利用-高溫熱水的預熱-水源熱泵取熱源a.低品位熱直接利用若從液冷一次側或二次側換出的余熱品位能夠滿足用熱側的需求，可考慮直接進行利用，整套系統僅需水泵等設備進行路由的循環，綜合能效較高。浸沒式液冷系統提供的相對高品位的熱源可以支撐部分場景使用這種直接利用的模式。浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 23 b.高溫熱水預熱浸沒式液冷余熱可以用于預熱。相對應的，液冷余熱的品位越高，預熱效果越好，預熱水的熱品位也越高，進而需要二次加熱的熱提升也較少。較高的余熱品位可以降低二次加熱系統(例如熱泵，鍋爐等)的能

58、耗，進一步優化熱回收系統的效率。c.水源熱泵取熱源浸沒式液冷余熱可以作為水源熱泵的取熱源，相較于靠近江河的水源熱泵或空氣源熱泵，基于此架構的水源熱泵可以從較高品位的液冷數據中心余熱中取熱，根據逆卡諾循環中制熱工況的理論 COP 值公式，T1 與 T2的溫差越小，COP 的理論值相對的可以做的越高，相應的整套系統的能效也越高。根據核算，使用液冷余熱作為取熱源，熱泵理論 COP 值可提升 68.8%。理論值=112T1:放熱側溫度 T2:取熱側溫度 目前的熱泵產品 COP 較理論值相差較大，主要有兩方面原因：首先，現實情況與理論模型有差異，實際運行中做不到等熵壓縮；第二，等熵效率與制冷劑種類、機組

59、壓力、管路保溫等因素有關，目前大多數熱泵設備的機組壓力較高，根據GB29541 熱泵熱水機(器)能效限定值及能效等級規范25中對于低溫型熱泵設備 COP能效要求最低為 3.0，符合目前大多數熱泵的運行情況。但若針對余熱回收特性進行優化，可大幅度提升設備 COP。表四：不同溫度下理論 COP 值核算 蒸發側溫度 冷凝側溫度 理論 COP 34/40 45/50 14.8 34/40 55/60 10.5 34/40 65/70 8.24 34/40 75/80 6.85 17/23 55/60 6.86 12/18 55/60 6.22 3.1.2 液冷數據中心熱回收供熱穩定性價值 傳統的風冷數

60、據中心熱回收系統因為有免費供冷 free-cooling 及冷機運行兩種工況，余熱的供熱能力及品位均不穩定。相較而言，浸沒式液冷數據中心的供熱能力僅與 IT 負載有關，通過云化等措施可以有效的調控 IT 負載，搭配蓄熱罐的部署，液冷數據中心的供熱穩定性可以得到保證。通過改善數據中心余熱供熱的穩定性，本系統對供熱有高可靠性需求的用熱單位來說會更有吸引力。3.1.3 液冷數據中心熱回收節水節電價值 浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 24 熱回收系統對液冷的一次側或二次側進行熱量收集的過程中也對液冷系統進行了散熱。相應的原有系統的冷卻塔可以維持在一個低功耗運行的狀態，進而節省冷卻塔風機和噴淋泵的用電量

61、，同時降低冷卻塔的補水需求，以降低整個系統的用電量和用水量。3.2 經濟價值 為使經濟性分析更加量化與客觀，現引入一個典型的 10,000kVA 浸沒式液冷數據中心的模型作為數據核算的基礎，下面為該數據中心的預設條件 電容量：10000kVA地址：北京市郊區全年 PUE：1.15年平均 IT 負載率：70%市政水溫度：16.5余熱預熱水溫：40輸出水溫：60市政水一般取自地表水，根據崔科于數據中心空調冷卻及余熱回收技術分析研究26中統計的自來水廠數據取平均值可得到年平均水溫約 16.5。表五 北京某水廠自來水全年月平均溫度 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 溫度 6

62、7 12 17 20 25 27 27 23 16 11 7 考慮到目前市場主流浸沒式廠家設計的二次側水溫，預熱水溫設定為 40。輸出水溫設定為 60主要考慮以下兩點因素：其一該溫度已能應付大部分常規用熱場景例如生活熱水，地板采暖及公共建筑的冬季空調制熱工況，較有代表性；另一方面，系統在該溫度區間可以保持較高的能效比，貼近實際使用工況。浸沒式液冷數據中心熱回收系統根據用熱模式可劃分為開式系統和閉式系統。開式系統僅有供水，沒有系統回水，取水主要來自市政水，典型的使用場景為：生活熱水，自來水廠供水預熱等。閉式系統即為輸配系統供回水齊全，回水需要二次加熱后再供給熱源。典型使用場景為支持區或園區供暖。

63、根據以上預設的條件可以計算熱回收功率及全年余熱年回收量。熱回收功率=供電容量平均 PUE 尖峰 IT 負載率=8,696kW 全年熱回收量=熱回收功率 平均 IT 負載率 年運行時長=53,321,739 浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 25 供電容量取值:10000kVA平均 PUE 取值:1.15尖峰 IT 負載率取值:100%平均 IT 負載率取值:70%全年運行時長:365 天24 小時以上文液冷提及的 40預熱水為輸入，可以得到本系統產出 40預熱水的能力如下所示。開式產水能力=熱回收功率水比熱容 溫差=88L/s 開式年產水總量=產水能力 平均 IT 負載率 年運行時長=1,944

64、,944 噸 熱回收功率取值:8,696kW平均 IT 負載率取值:70%開式產水溫差取值:40-16.5=23.5全年運行時長:365 天24 小時經濟性計算基于以上數據做全年的核算，因計算過程較為簡單清晰，下文中的經濟性核算方法僅提供表格及注釋，不再贅述計算公式。3.2.1 開式用熱場景經濟性核算 a.方案介紹該系統運行主要分為兩個階段，首先是通過將板換和輸配系統搭配，充分利用浸沒式液冷數據中心的余熱對常溫的市政水進行預熱，將其熱品位盡可能提高。然后利用空氣源熱泵將預熱過的市政水加熱至 60左右后由主泵輸配至用熱單位。為保障高可用性，熱回收系統輸配至外部用熱單位的水泵設置 N+1 的備用，

65、且顆粒度設計的較小，一旦出現問題，影響界面也較小。與此同時，熱回收系統與冷卻塔系統進行并聯，一旦用熱側無需供熱則立刻切換至冷卻塔運行，以保障數據中心的高可用性。b.原理圖(詳細系統圖見附錄)浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 26 圖二十：液冷數據中心開式用熱場景熱回收示意圖 c.經濟性分析本章節將從初投資，降本及創收三個角度對浸沒式液冷數據中心熱回收系統的經濟效益進行分析，下表為初步測算的開式系統初投資成本清單，容量及臺數均按照 10,000kVA 的供電功率進行選型：表六 開式系統初投資成本分析 設備類型 容量 臺數 單價(萬元)總價(萬元)風冷熱泵 1500kW 6 180 1080 板換

66、1500kW 6 7.5 45 水泵 108L/s 2 4.5 9 水泵 18L/s 7 1.5 10.5 蓄水罐 388m3 1 58 58 主管路 DN250 200 米 0.07/米 14 其他管路 DN125 200 米 0.03/米 6 總價 1223 從降本角度來看，若用數據中心熱回收系統對生活熱水進行加熱，相較傳統的熱泵方案及鍋爐方案分別有 54%和 75%的降本效果，詳細計算見下表：浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 27 表七 開式系統運行能源成本分析 浸沒式液冷熱回收方案 電價 0.6727 元/kWh 熱泵 COP 3 熱回收溫度 40 生活用水供水溫度 60 加熱 1 噸生

67、活熱水的成本 5.21 元/噸 全年熱水成本(一萬人)190.21 萬元 熱泵方案 電價 0.6727 元/kWh 熱泵 COP 3 熱回收溫度 16.5 生活用水供水溫度 60 加熱 1 噸生活熱水的成本 11.33 元/噸 全年熱水成本(一萬人)413.70 萬元 相較熱泵方案回收期 2.07 年 燃氣鍋爐方案 燃氣單價 3.5228 元/m3 燃氣熱值 8300Kcal/m3 鍋爐綜合效率 0.9 自來水溫度 16.5 生活用水供水溫度 60 加熱 1 噸生活熱水的成本 20.59 元/噸 全年熱水成本(一萬人)751.63 萬元 相較鍋爐回收期 1.46 年 計算中電價取值按峰平谷時間

68、加權平均，燃氣取值為采暖季及非采暖季加權平均，相關市政條件的原始數據均取自北京市政府網站。以該數據中心滿足服務周邊一萬人，每人熱水用量 100L 每天為輸入，可以得到浸沒式液冷熱回收方案相較傳統熱泵方案和燃氣鍋爐方案的回收期分別為 2.07 年與 1.46 年。根據目前的數據中心發熱量核算，其能負擔的最多人數可達六萬余人，仍有較大的擴容潛力。以增效創收角度看可以得到下面的計算模型：表八 開式系統出售熱源收支明細分析 熱回收功率 8696 kW 全年熱回收量 53,321,739 kWh 熱回收方案加熱單價 5.21 元/噸 市政水單價 929 元/噸 熱水單位總成本 14.21 元/噸 年產

69、60熱水 2,285,217 噸 工業熱水售價 20.33 元/噸 年凈收入 1,399 萬元 回收期 0.87 年 浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 28 根據核算，使用自建風冷熱泵產出熱水成本為 20.33 元/噸(含市政水價)，使用自建鍋爐產出熱水成本為 29.59 元/噸(含市政水價)。若以自有熱泵運行成本20.33 元/噸的價格出售熱回收產出的熱水，余熱回收系統回收期為 0.87 年左右。由此可見，從降本和增效兩個角度進行經濟性分析，余熱回收回收期均小于三年，具備投資價值。典型的開式用熱場景為：生活熱水、自來水廠、洗滌業、印染業等。3.2.2 閉式用熱場景經濟性核算 a.方案介紹該系統

70、將浸沒式液冷一次側的冷卻水直接接至水源熱泵的蒸發器作為熱源，閉式供熱水則接至水源熱泵的冷凝器側。為保障高可用性，熱回收系統的輸配至外部用熱單位的水泵設置 N+1 的備用，且顆粒度設計的較小。與此同時，系統與閉式冷卻塔系統進行并聯，一旦熱回收系統用熱側無需供熱則立刻切換至冷卻塔運行，以保障系統的高可用性。b.原理圖(詳細系統圖見附錄)圖二十一：液冷數據中心閉式用熱場景熱回收示意圖 c.經濟性分析本章節將從初投資，降本及創收等角度對閉式浸沒液冷數據中心熱回收系統的經濟效益進行了分析，下表為初步測算的閉式系統初投資成本清單：浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 29 表九 閉式系統初投資成本分析 設備類型

71、 容量 臺數 單價(萬元)總價(萬元)水源熱泵 3000kW 3 240 720 水泵 205L/s 2 8 16 水泵 71L/s 4 3.5 14 蓄水罐 700m3 1 105 105 主管路 DN300 200 0.08 16 其他管路 DN200 200 0.045 9 總價 880 傳統熱電廠可以將余熱出售給市政供暖公司，以此價格為參考，可以得到下面的閉式系統降本增效模型。表十 閉式系統出售熱源收支明細分析 熱回收功率 8,696 kW 全年熱回收量 53,321,739 kWh 熱回收系統 EER 4.4 全年運行全年運行 熱回收系統用電量 12,118,577 kWh 電單價

72、0.6727 元/kWh 總電價(全年運行)812 萬元 余熱出售單價 77.530 元/吉焦 余熱總量 191,958 吉焦 余熱收入 1488 萬元 余熱凈收入 676 萬元 回收期 1.30 年 僅冬季供暖季節運行僅冬季供暖季節運行 供暖天數 136 天 熱回收系統用電量 4,515,415 kWh 電單價 0.6727 元/kWh 總電價(僅冬季供暖)303 萬元 余熱出售單價 77.530 元/吉焦 余熱總量 71,524 吉焦 余熱收入 554 萬元 余熱凈收入 252 萬元 回收期 3.49 年 由此可見，若余熱回收系統僅用作冬季采暖用途，其回收期達 3.49 年；若在其他季節可

73、以找到用熱單位則回收期為 1.30 年。閉式系統的典型用熱場景為園區及支持區采暖。3.2.3 經濟性核算總結 浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 30 由上述典型浸沒式液冷數據中心可以得到，除了僅在冬季用作供暖用途工況回收期超過三年外，其他工況的回收期均為一至兩年，經濟性表現較好。3.3 減碳價值 自雙碳政策發布以來，社會各界的低碳意識得到快速的提升，數據中心作為用電大戶，其減碳壓力較大。目前國內各大互聯網公司例如阿里巴巴，騰訊及百度等均承諾以各種形式達成 2030 年碳中和的目標；數據中心 colo 公司例如萬國數據也承諾 2030 年實現碳中和外加 100%使用可再生能源。目前，各行各業頭部公

74、司也認為的碳排放承諾是一種對社會責任感的體現，可以提升公司的品牌價值及品牌形象，因此在減碳領域上紛紛布局。在較為明確的大目標背景下，如何在數據中心行業中減碳會是接下來的一個核心課題。浸沒式液冷技術可以大幅降低 PUE，提高單臺服務器算力已是共識，不再贅述。本文就液冷數據中心的熱回收模塊可以提供怎樣的減碳價值做詳細闡述。3.3.1 熱回收減碳的價值 目前對于數據中心的余熱利用官方并無明確表明可以對應折抵多少碳排放。本次核算通過三種計算方式全面呈現熱回收技術的減碳價值。核算以總熱量作為基準，換算得到產生相同的熱量需要多少電力或化石能源，再進一步將其換算至碳排放量，以此等效看作減排的數值。與此同時，

75、目前部分行標及團標已開始關注數據中心余熱回收所帶來的變相減碳效果，例如團標 T/EES 0001-2021溫室氣體排放核算與報告明確表明數據中心輸出的熱力可抵扣總的數據中心排碳量31，本文亦使用北京市二氧化碳排放核算和報告要求的熱力供應排放因子來計算數據中心余熱回收變相節碳量，供各方參考13。3.3.2 減碳能力核算 表十一 熱回收變相減碳能力核算 全年熱回收量 53,321,739 kWh 熱力供應排放因子 0.1132 tCO2/GJ 變相節碳量 21,116 噸 折算熱泵用電量 17,773,913 kWh 電力碳排放因子 0.60432 kg/kWh 變相節碳量(等效熱泵)10,735

76、 噸 折算鍋爐用氣量 5,669,509 m3 燃氣碳排放因子 2.16532 kg/m3 變相節碳量(等效鍋爐)12,274 噸 浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 31 表十二 各方案年均減碳核算 初始值(噸/年)因子折算(噸/年)熱泵折算(噸/年)鍋爐折算(噸/年)FC-40 62,637 41,521 51,902 50,363 國產液體 39,597 18,481 28,862 27,323 礦物油 37,037 15,921 26,302 24,763 風冷方案 43,479 35,666 39,507 38,937 圖二十二 各方案年均碳減排柱狀圖 表十三 各方案年均減碳比例統計 硬

77、件方案 按因子 折算減碳 按熱泵 折算減碳 按鍋爐 折算減碳 FC-40 液冷方案 34%17%20%國產氟化液方案 53%27%31%礦物油液冷方案 57%29%33%風冷方案 18%9%10%總體來說，根據核算方式和液冷方案的不同，通過液冷余熱回收技術可以實現17%57%的可觀碳減排。在實際部署液冷數據中心時，需留意不同浸沒式液冷方案由于所用冷卻液的 GWP 值不同，其熱回收減碳效果亦有所不同；另外風冷方案由于運行時間較液冷方案短，熱品位低，其減碳效果也有限?？紤]到液冷數據中心熱回收系統可以作為熱源供給其他行業，而其他行業有產生碳匯的可能性，例如林業育苗，木材烘干等。在與其他行業的聯動過程

78、中，數據中心有可能獲得額外的碳匯以進一步減少數據中心的碳排放。3.3.3 減碳的降本效益 同時從另一個角度來看，減碳也可以實現數據中心的降本增效。為實現碳中和目標，為數據中心采購綠電為主要的舉措之一。但常規來說數據中心采購綠電的電浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 32 單價會比常規用電高，若能通過數據中心的熱回收進行減碳，其所需購買的綠電量也將降低，進而降低總的用電成本。由于綠證價格不同，使用綠電的成本也各不相同，下表為各種綠證以減碳能力57%進行核算通過熱回收能帶來的減碳降本效果。表十四 減碳綠電降本統計 綠證價格(元/MWh)綠電單價(元/kWh)減碳后單價(元/kWh)電價降本效果 GEC

79、 補貼綠證 120 元 0.69+0.12=0.81 0.81*57%+0.69*43%=0.742 8.4%GEC 平價綠證 50 元 0.69+0.05=0.74 0.74*57%+0.69*43%=0.712 3.9%APX TIGER 30 元 0.69+0.03=0.72 0.72*57%+0.69*43%=0.703 2.4%I-REC4 元 0.69+0.004=0.694 0.694*57%+0.69*43%=0.692 0.3%4.4.社會用熱清單研究社會用熱清單研究為全面分析整個社會層面能夠利用數據中心熱回收的行業，本文將提供社會面用能行業清單。該清單覆蓋三大產業，其中包含

80、 13 個一級行業，分別為：區域采暖、區域供冷、生活用水、化工業、食品業、農業、養殖業、紡織業、包裝業、造紙業、林業、醫療行業、環保業。每個一級行業下面劃分多個細化的二級行業，每個二級行業都經過調研確定其需要的大致的熱水溫度，方便未來數據中心實施熱回收時根據廢熱的品位、數據中心所在位置及周邊商業環境進行匹配?？紤]到東部人口密集，天然就有供熱和生活熱水的需求，西部地區地廣人稀，如何為數據中心找到合適的用熱源將會是個挑戰，為聚焦數據中心余熱回收熱源用能單位的畫像，本文搭建了以下模型以研究液冷數據中心熱回收用熱場景最優解。表十五 不同運行工況 EER 開式場景 EER 閉式場景 EER 40供水 6

81、8 26 50供水 8.1 5.9 60供水 5.6 4.4 70供水 4.0 3.7 80供水 3.6 3.1 由上述圖表數據可以得出結論在 40供熱時，開式場景和閉式場景均無需配置二次加熱模塊，所以兩者皆擁有最高的能效比。因為開式系統的溫差普遍大于閉式系統，其輸配系統用電量更少，所以擁有更高的 EER。隨著溫度的升高，開式及閉式系統的 EER 均有所下降?？傮w來說，40的低溫用熱場景及中溫的開式用熱場景比較適合使用液冷數據中心的余熱回收系統作為熱源。高溫的閉式系統整體 EER與獨立的空氣源熱泵基本沒有差別，僅考慮在部分特殊情況部署使用，例如嚴寒地區。浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 33 以

82、此為準則，本文提供了具體的用熱場景名錄，詳見附表一?？偟膩碚f，用熱單位的選擇受以下多因素共同影響：熱品位需求開式場景/閉式場景年用熱量用熱連續性用熱可靠性要求距離用熱單位距離等4.1 第一產業 植物生長的基本條件為：陽光、溫度、空氣中的 CO2、水分及肥料。數據中心的運營中所產生的低品位廢熱在農產品的種植及加工全鏈條能夠發現很多機會。數據中心產業使用了大量電力，進而在范圍二中產生了大量的碳足跡，不符合國家雙碳政策的指導方向。與此同時農業作為世界上最古老的產業之一，其作物生長過程中天然具備捕獲 CO2 的能力，可以間接減少數據中心運營過程中產生的 CO2 凈排放量。數據中心電子廢熱的直接利用減少

83、了設施農業的用能，進一步間接減少了整個生態中的 CO2 排放量與運營成本。圖二十三 數據中心與第一產業生態圖 數據中心余熱利用在第一產業領域的利用尚有較大潛力。實際落地與運營過程中可以實現生態閉環：火電廠生產電力，產生碳排放；數據中心使用高品位電力，產生低品位余熱；農業設施利用低品位余熱取暖，同時捕獲空氣中 CO2，間接減少整個生態的凈碳排放?？紤]到目前的數據中心選址受限，大都為較為偏僻的郊區，該區域地廣人稀，適合第一產業的發展。浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 34 4.1.1 余熱利用 溫室供暖 植物生產運行需要的基本環境溫度為：白天 2530，夜 1215。為滿足植物在不適宜生長的季節增加

84、產量，溫室技術因此誕生。溫室，又稱暖房，指有防寒、加溫和透光等設施，供冬季培育喜溫植物的房間。在不適宜植物生長的季節，能提供生育期和增加產量，多用于低溫季節喜溫蔬菜、花卉、林木等植物栽培或育苗等。但由于溫室不能完全隔離外部熱量，日光溫室白天充當太陽能集熱器用于吸收太陽輻射進行室內加溫和蓄熱，室內地面、后墻以及室內空氣的溫度都較高。室內淺層土壤的溫度達10以上，室內空氣溫度達25-37左右，太陽熱的30-50%的熱量通過覆蓋膜散至室外，其余通過墻、土壤蓄熱，部分通過墻體傳熱散失。白天僅 30%太陽能熱儲存在后墻和淺層土壤并在夜間釋放到溫室中，這部分熱量常常不能滿足室內作物夜間的生長需求。當外部環

85、境惡劣時(溫度過低、陰天、濕度過大)，溫室仍需要外來熱源保持棚內溫度。常規來說，標準日光溫室跨度 8-11 米，長 60-80 米，帶保溫被，熱負荷需求約為 30-80W/m2。熱源溫度在 30-45最宜，適合風盤送風或地板采暖，熱源溫度在 25-35需要對根區加溫，環境溫度可適當降低，根區溫度控制在 15可保持作物旺盛生長。連棟溫室的熱負荷需求約為 300W/m2。從熱品位角度，液冷數據中心的余熱無需二次提升溫度即可用于溫室供暖工況。從熱總量的角度考慮，單個10000kVA 電的液冷數據中心即可為約兩萬平方米的連棟溫室供暖。4.1.2 余熱利用 畜禽舍供暖 畜禽舍供暖熱負荷需求的產生主要有兩

86、方面原因，一方面為禽舍本身與外界圍護結構換熱產生的熱負荷需求；另一方面是為保證畜禽舍內空氣質量，需要周期性與室外進行換氣，引入室外新風造成的新風負荷。此類工況單位面積供熱負荷在30-150W/m2 不等，與人居住環境供暖負荷相當。豬舍：哺乳仔豬適宜溫度在 30-32，隨著年齡段增長溫度需求也逐漸降低，育成豬 15-27，育肥豬 0-20。當環境溫度低于臨界溫度(1821)時,豬在寒冷的環境中必須消耗一部分飼料用于產熱以維持正常體溫。環境溫度過低，會導致用于維持體溫的能量消耗過大，降低飼料的利用率，增加生產成本。牛舍：奶制品的質量很大程度上取決于奶牛舍的環境質量,奶牛舍內氣流速度、溫度、相對濕度

87、以及有害氣體的濃度是影響奶牛健康、生產性能的關鍵因素。奶牛是恒溫動物，最適合的溫度范圍為 525。當溫度低于-4時會對奶牛的產奶量造成較大的影響。在北方冬季肉牛生產中，低溫環境飲水是重要的研究課題之一。在不同溫度條件下，肉牛最佳飲水量不同，冬季每采食 1 kg 飼料需要飲水 3.5 kg。反芻動物瘤胃內容物正常平均溫度為 3841。研究表明，奶牛飲用 20的溫水可使干物質采食量提高 6.47%，同時增加產奶量；肉牛飲用溫水可提高日增重及生長速度，緩解冷應激。冬季每頭肉牛飲用 20溫水的日增重較飲用 4冷水提高 0.22 kg/d 浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 35 雞舍:蛋雞育雛育成舍的環境

88、溫度主要是由通風和供暖設備來調控的。蛋雞的育雛期為 04 周齡,育成期為 518 周齡。育雛初期,溫度要求控制在 3234,之后每周溫度降低 23,室內溫度達到 20左右即可脫溫。4.1.3 余熱利用 水產養殖供暖 水產養殖大棚是設施水產養殖的關鍵設備，通過人工控制大棚小氣候，使魚類能在最適宜的溫度下快速生長。設施水產養殖可使魚類養殖周期縮短 1/6 1/2，單位面積產量比高產池塘提高 20 80 倍，使得單位產量養殖用水量和養殖廢水排放量大幅減少。但是，養殖大棚的環境調控需要消耗大量的能源，設施水產養殖系統運行能耗高是目前必須要解決的重要問題。常規來講熱水性魚類的適宜溫度區間約為 1836，

89、較為適合數據中心低品位余熱作為供熱源。同時，此類設備對于供熱穩定性要求較高，與數據中心余熱天然自帶的的高可靠屬性也較為匹配。4.2 第二產業 工業生產具備長鏈條，大容量，集中性強的特點，適合與數據中心這類用電產熱大戶進行配合。工業生產對熱源也具有高可靠性的要求，與數據中心天然的高可靠性匹配。與此同時，多數工業制造過程全年都不會中斷，有利于增加數據中心余熱回收系統的運行時間，帶來可持續的價值。4.2.1 余熱利用乳制品發酵 近年來我國酸奶市場有較快增長，2005 年全國酸奶零售量約為 171.33 萬噸，到 2015 年全國酸奶產品零售量約為 647.74 萬噸，年均復合增長率 14.22%33

90、。通過發酵，牛奶中所含的一些乳糖被微生物分解為乳酸，并產生乙醛、丙酮、丁酮等香氣物質。發酵過程中的主要菌類為乳酸菌，其最佳發酵溫度是 40-42，如果溫度不合適，不僅乳酸菌不能順利發酵，還會增加致病菌繁殖的風險，影響酸奶的口感和品質。從乳酸菌發酵領域來看，其具備較大的增量潛力，適合作為數據中心這類大量余熱的消納設施。與此同時，其所需求的熱值溫度與液冷數據中心匹配，無需再二次加熱。圖二十四 發酵乳制作流程 浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 36 4.2.2 余熱利用造紙業 中國造紙行業常年產銷量均位居全球首位，約占全球總量的四分之一，2021年全年，全國機制紙及紙板產量 13583.9 萬噸，同比

91、增長 6.8%；新聞紙產量 89.6萬噸，同比下降 11.2%。34 造紙行業整條鏈條較長，其中制漿和烘干過程都需要用到大量的熱量。其本身作為高能耗高污染行業，受到政府及社會的壓力，對于能源的創新性應用本身也有天然的驅動力。造紙工藝中，原材料的加壓蒸煮，蒸汽需求(黑漿萃取及化學品溶液加熱)，洗漿洗滌，紙張干燥均可利用數據中心余熱作為熱源。其中前三步數據中心可以直接提供預熱水給造紙廠，造紙廠再通過二次加熱提升至其所需要的溫度。紙張干燥可直接使用數據中心的余熱實現。與此同時，海外已有數據中心與造紙印刷業合作的案例：加拿大魁北克省溫尼伯的數據中心將余熱輸送售賣到附近一家制作報紙的工廠，使得報紙公司重

92、新利用數據中心余熱提高自己的能源效率，降低生產成本。圖二十五 造紙工藝流程圖 4.2.3 余熱利用紡織業 2021 年中國皮革產量為 5.97 億平方米，同比增長 4%。其中 2021 年中國皮革產量最多地區為河北省占比 33.2%；其次是浙江省地區皮革產量占比 16%；再次是河南省地區皮革產量占比為 13.9%35。皮革工藝:常規來講為動物原皮經削肉脫毛等前處理后可變為生皮。生皮經鞣制后可變為皮胚，皮胚經過后加工可變為皮革成品。以上步驟可具體到以下工序流浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 37 程：生皮浸水去肉脫脂脫毛浸堿膨脹脫灰軟化浸酸鞣制剖層削勻中和染色加油填充干燥整理涂飾成品皮革。其中很多

93、步驟需要用到熱水，同時涉及到開式用水及閉式用水。圖二十六 皮革工藝圖示 除皮革工藝外，傳統紡織業中還有印染工藝，洗滌等使用場景均可以利用液冷數據中心余熱。4.3 第三產業 第三產業定義較廣，品類較多。過往數據中心熱回收落地的主要服務對象大部分集中在第三產業。4.3.1 余熱利用市政供暖 常規來講園區內部的小組網供暖的熱水溫度 60即可滿足要求，若要接市政管網的話建議提高熱水溫度至 80。根據住建部資料中國集中供暖管網在 2015 年共計生產了 977 太瓦時的熱力36。而數據中心 2020 年全年耗電量約為 204 太瓦時1，市政供暖的熱量需求巨大，足以消納數據中心余熱總量。4.3.2 余熱利

94、用生活熱水 除了少數高檔酒店對生活熱水的溫度要求較高，在整體生活熱水管網已做好充足保溫的情況下，液冷數據中心的余熱無需二次加熱即可滿足大多數的生活熱水要求。目前尚有大量居民使用電熱水器這種高能耗的加熱方式，若能通過數據中心的余熱回收系統對自來水供水進行預熱，則可以減少居民電熱水器的用電量。4.3.3 余熱利用農產品干燥 物料的干燥需將物料里面的水分和其他較易揮發的成分除去，是一個物相變化的生化反應和熱質耦合的過程。干燥也是農產品加工中耗能最多的環節，總量占我國國民經濟總耗能的 12%，僅次于造紙業耗能37。干燥節能，是物料干燥領域的主要課題。浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 38 我國主要的農產

95、品包括 11 大類、46 種類、128小類、801 個品種，種類繁多。2018 中國年鑒統計顯示，2017 年我國糧食總產量高達 66160.7 萬噸、水果總產量 25241.9 萬噸，干燥需求逐年增大。新鮮農產品含水量較高，加之我國農產品產地往往遠離人口集中的消費市場，使得農產品在長途運輸的過程中大量腐爛變質。據統計我國農產品產后損失超過 30，農業發達國家非常重視產后加工技術，產品的損耗率一般控制在 5-20之間38，可見新鮮農產品的及時加工處理尤為重要。與發達國家相比我國農產品干燥加工比例較低。以美國洋蔥、大蒜等加工量為例，它們干燥加工分別占其收獲量的 20和 80，農產品加工前后的平均

96、產值比可達 1:3.8，農產品的產后損失僅為 1.75；而我國蔬菜干燥加工量僅占收獲總量的 10左右，農產品加工前后的平均產值比僅為 1:1.939；我國糧食產后只有約 1左右能夠使用機械化干燥，絕大多數糧食仍采用自然晾曬的方式進行干燥40。自然晾曬受天氣或氣候等因素影響較大，從而導致糧食品質得不到保障，給農戶和糧食企業帶來巨大經濟損失。利用數據中心排出的夏秋廢熱，可以建設大規模烘干廠，提升我國農產品干燥效能。數據中心余熱體量大、供給穩定，能夠為干燥生產提供足夠熱源；易于實現在線、智能控制，提高物料的干燥質量；也可以利用余熱與多種干燥技術聯合使用。數據中心與農產品干燥室合理布局設計可以將干燥設

97、備初投資和糧食干燥用能成本大大降低，4.3.4 余熱利用沼渣及淤泥干燥 生物質能源的發展促進了沼氣工程日益成熟，沼液和沼渣中包含有大量農作物所需要的氮、磷、鉀等營養成分，若能利用好這些資源，可極大降低農業生產中的肥料消耗。同時我國城市發展迅速，城市排污淤泥數量也巨大。一般需要淤泥進行干燥再進入還田、沼氣工程或者填埋。數據中心的低溫余熱適合用于此類非作物的烘干。4.3.5 余熱利用木材干燥 據核算，使用傳統方法進行木材干燥每立方木材消耗約 153 千克標準煤，現代干燥設備能夠將能耗提高為每立方120千克標準煤左右。我國每年鋸材用量約7000萬立方米/年，人工干燥量占用量的23%，約1600萬立方

98、米/年，即人工干燥木材會消耗約 192 萬噸標準煤。若遵循能源梯級利用的原則，使用標煤進行發電，液冷數據中心利用電力產生算力，再利用液冷數據中心廢熱對木材進行干燥?？纱罅繙p少化石能源燃燒引起的碳排放和環境污染，同時減少木材烘干廠商的能源成本。4.3.6 余熱利用污水處理 就我國城市污水處理廠現狀情況而言，整體數量及處理能力快速增長，根據數據顯示，截止 2020 年我國城市污水處理廠和處理能力分別為 2618 座和 19267 萬立方米/日，其他設施處理能力為 1138 萬立方米/日。目前我國整體日均處理能力已浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 39 超過 2 萬立方米，預計隨著經濟發展推動工業及制

99、造業發展和人民生活水平提高，我國城市污水處理能力將持續提高。水的溫度為污水處理廠的重要參數，因為它對活性污泥中微生物繁殖速度，微生物反應和反應速率，水中溶解氧等等都會產生影響。在污水處理廠的活性污泥中，通常遇到的微生物大致分為三個溫度組：(1)低溫菌(低端溫度通常在 030)，(2)嗜溫菌(中等溫度通常為 15-40)和(3)嗜熱菌(溫度從 45-80)。在大多數時間段及大多數的污水處理過程中嗜溫菌為污水處理的主要力量。通過使用液冷數據中心的余熱品位無需二次提升溫度即可對污水進行預熱，再輸送至污水處理池中，以最大幅度保證冬季的污水處理能力。4.3.7 余熱利用沼液預熱 沼氣發酵可分為三個溫度范

100、圍：5065高溫發酵，2045中溫發酵，20以下低溫發酵。此外，隨自然溫度變化的發酵方式稱為常溫發酵。溫度高低直接影響發酵原料的消化速度和產氣率。在適溫范圍內溫度越高，沼氣細菌的生長、繁殖就越快，產氣也就越多；溫度不適宜，沼氣細菌生長發育慢，可能造成產氣少或不產氣等問題。同時微生物對溫度變化十分敏感，溫度突升或突降，都會影響其生命活動，使產氣狀況惡化。液冷數據中心產生的余熱品位在沼氣發酵需求的溫度范圍內，可以保證沼氣池的產氣量；與此同時，產生的生物質氣可以用于發電反哺數據中心，發電過后的煙氣可以產生高品位余熱以做其他用途。5.5.液冷數據中心熱回收政策聯動液冷數據中心熱回收政策聯動5.1 雙碳

101、政策2020 年的 9 月和 12 月，中國在聯合國大會上和氣候雄心峰會上向世界承諾中國將提高應對氣候變化的國家自主貢獻度，力爭在 2030 年實現碳達峰，2060 年實現碳中和41。數據中心行業作為用電大戶不僅要節能減碳助力 3060，又要繼續作為我國數字化經濟的堅實底座，熱回收技術帶來的 17%57%的可觀減碳效果對雙碳政策具備契合性?？紤]到熱回收系統是給下游產業供熱的設施，若下游產業為可以產生碳票的行業，例如第一產業中的林業等，其也相當于變相獲得額外碳票，降低整個數據中心設施的碳排放。5.2 東數西算 國家發展改革委等部門聯合印發通知，同意在京津冀、長三角、粵港澳大灣區、成渝、內蒙古、貴

102、州、甘肅、寧夏啟動建設國家算力樞紐節點。10 個國家數據中心集群42：張家口集群、長三角生態綠色一體化發展示范區集群、蕪湖集群、韶關集群、天府集群、重慶集群、貴安集群、和林格爾集群、慶陽集群、中衛集群。根據目前的東數西算規劃，因為東部數據中心主要承接低延遲高頻實時算力需浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 40 求43，相對應的其數據中心負載會不斷波動，進而影響數據中心熱回收供熱的穩定性，不適合高可靠性的熱水供應場景使用。于此同時，東部地區受土地資源，電力資源等外部客觀原因限制，用熱單位較為單一，主要以居民用生活熱水和冬季采暖為主。而內蒙古、貴州、甘肅、寧夏等西部算力資源則主要側重在后臺加工，離線分

103、析，儲存備份等業務上43。經過合理規劃后，數據中心負載較為穩定，可以產生持續穩定的熱。西部在土地資源，電力資源及政策傾斜等方面都具有天然優勢，根據社會用能面研究的清單可以看到，相關工業用能的發展潛力較大。以其中一個西算節點寧夏中衛為例，其地處我國“黃金奶源帶”，年產鮮奶30 萬噸以上，非常適合發展畜牧業。根據中國農業信息網上的數據，懷孕奶牛與泌乳奶牛最適宜的溫度為 1620，犢牛最適宜的溫度為 3538，而該地的冬季最低溫度可達-11，數據中心廢熱可用于養殖業的冬季供暖。與此同時，中衛的中寧枸杞，硒砂瓜等產業發達。枸杞鮮果烘干，硒砂瓜農業大棚養殖同樣有大量的用熱需求。另外中衛旅游業同樣發達，大

104、量酒店飯店等公共建筑可以作為數據中心廢熱的用能用戶。定量來看，2021-2027 年中國寧夏枸杞行業市場深度分析及投資規模預測報告顯示，2020年寧夏中衛枸杞產量約為9.8萬噸44，當地大多數枸杞采用自然攤曬法進行干加工。但枸杞鮮果保質期極短，通常只有 23 天，相關產業因脫水保質問題每年損失較大。若使用液冷數據中心余熱對枸杞進行烘干則可以大幅改善行業現狀。根據某品牌的枸杞烘干機選型可以測算出烘干一千克枸杞所需消耗的熱量 烘干效率=制熱量 枸杞烘干時長烘干機烘干量=2.2kWh/kg 枸杞烘干時長：按 48 小時取值；制熱量：選型參數 50kW；烘干機烘干量：選型參數 1080kg 以烘干效率

105、對應核算中衛枸杞年產量烘干所需總熱量約為 776,160 吉焦，考慮枸杞烘干行業的旺季為每年的 6 至 11 月，僅枸杞烘干行業就能消費約 9 座 10,000kVA容量的大型液冷數據中心的余熱。從數據中心角度，單個 10,000kVA 的大型數據中心余熱可為日產 80 噸左右的枸杞烘干廠提供熱源。由此類比，內蒙古、貴州、甘肅也可以找到當地的特色產業與數據中心的廢熱匹配。相比于傳統的熱回收用于供暖的思路，此等因地制宜的熱回收策略有以下優點：a)典型熱回收用熱單位供暖工況僅在北方的冬季適用，而用于工業生產的熱量有部分場景可以全年提供，余熱回收的經濟性效益將得到改善浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書

106、41 b)部分生產場景的用熱量很大，更容易和數據中心巨大的余熱量匹配c)部分生產場景占地面積較大，不適合東部地區布置，而西部地廣人稀，較為適合(例如農業大棚，養殖業等)總的來看，若在東數西算大規劃中補充數據中心余熱回收的思考，有利于東數西算的效益進一步釋放。5.3 共同富裕 共同富裕分為多個維度，本技術有利于在以下兩個維度實現共同富裕：a.東部沿海發達地區幫扶西部落后地區在東數西算的大背景下，未來會有越來越多的數據中心部署在西部地區。通過使用余熱回收技術，部署在西部的數據中心可以承擔起當地供熱中心的角色，為當地各行各業提供低成本熱源，提升西部人民的生活水平，降低相關行業的生產成本。以此技術為基

107、石，東部可以享受西部產出的算力資源，西部可以使用本地數據中心提供的低成本熱源，實現東西部雙贏。b.互聯網高科技行業賦能落后產業目前互聯網及高科技行業受資本追捧，資金充足，可以看做社會中的“富”行業，而其他實體傳統行業則面臨些許困境?；ヂ摼W行業過去提到對傳統行業的賦能大多為使用數字化的能力提升傳統行業的生產效率，但能承受轉型陣痛的行業及公司基本均為行業龍頭，大部分中小型公司并沒有吃到互聯網技術飛速發展的紅利。通過使用余熱回收技術，可以提供給其他行業非常低成本的熱源。依據典型的經濟性核算，即使以低于自建熱泵運營成本的價格出售熱源仍能達到 2 年內的回收期。由此，傳統行業可以通過液冷數據中心的余熱回

108、收技術大幅降低其用熱成本。5.4 數據中心招商困境 不同于新基建政策剛發布時，目前部分地方政府對于數據中心的招商引入態度由大力歡迎轉換為相對冷靜保守，其中有部分原因為雙碳政策對能耗指標的壓縮。數據中心作為用電大戶可能會消耗當地大量的能耗和排放指標，這意味著可能會壓縮了其他新產業的用能發展空間。與此同時，數據中心的落地并不能給地方政府帶來特別大的收益。相對于其他產業，數據中心對周邊經濟的拉動性較差，給當地創造的崗位較少。為打消當地政府的疑慮，真正接受數據中心在本地的落地，如何發掘數據中心除了產生算力之外的價值，以低成本熱能為核心競爭力建立一個用熱生態圈會是一個突破口。若能利用余熱回收技術使液冷數

109、據中心變為一個區域供熱站，提供低成本的熱源，可以產生集聚效應，拉動周邊傳統產業的發展，增加大量的就業崗位，帶來額外的地方稅收，實現數據中心與當地政府的雙贏。6.6.總結與展望總結與展望總體來說基于浸沒式液冷數據中心的熱回收在技術性、經濟性及政策性三個角度上都有較明顯的優勢。浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 42 從技術性優勢角度來看，液冷數據中心熱回收品位較高，相應的可應用的場景也更多；供熱連續性強，沒有風冷冬季免費供冷的工況，基本不會因為環境變化而影響熱源的輸出質量。從經濟性的角度來看，開式非高溫的用熱場景及低溫閉式用熱場景與液冷數據中心熱回收技術較為匹配，建模數據顯示熱回收的經濟效益潛力大，

110、值得深入發掘。從政策性角度來看，該技術契合雙碳及東數西算政策。在雙碳政策角度，熱回收可以為數據中心提供較為可觀的變相減碳效果。與此同時，該技術可以推動液冷數據中心熱回收領域更加多元化的發展，產生新的用能生態，進一步為西部傳統行業賦能，加速東數西算，實現合作共贏?？紤]到數據中心的余熱利用可能涉及到市政，數據中心，用能單位等多個不同行業，參照瑞典數據中心供暖之都斯德哥爾摩的成功經驗，需要政府及當地市政公司主導推動，一體化統籌協調，方能達到最佳效果。目前浸沒式液冷行業仍在摸索階段，主流廠商方案二次側回液溫度普遍設置為4045，與核心部件的極限溫度相差較大。若能將二次側溫度提高，液冷數據中心熱回收的熱

111、品位也會提高，進一步釋放熱回收技術的潛力。7.7.參考文獻參考文獻1 人民政協報.數據中心行業在能源轉型中將發揮重要作用N/OL.http:/ IDC.2021年第二季度中國服務器市場跟蹤報告R/OLhttps:/ 工業和信息化部 能源局.三部門關于加強綠色數據中心建設的指導意見Z/OL.http:/ 北京市發展改革委.關于印發進一步加強數據中心項目節能審查若干規定的通知Z/OL.http:/ 發展改革委 網信辦 工業和信息化部 能源局.全國一體化大數據中心協同創新體系算力樞紐實施方案Z.20210524浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 43 8 國務院.國務院關于印發2030年前碳達峰行動方案

112、的通知Z/OL.http:/ 北京市經信局.北京市數據中心統籌發展實施方案（2021-2023年）Z/OL.https:/ 北京市發改委.關于印發北京市低效數據中心綜合治理工作方案的通知Z.2022-05-1811 江蘇省工業和信息化廳.省工業和信息化廳關于印發 江蘇省新型數據中心統籌發展實施意見的通知Z.2021123112 杭州市發展和改革委員會.關于數據中心建設有關事項的通知Z.2020063013 重慶市經濟和信息化委員會.綠色數據中心評價指標體系Z.2021120714 BBC.The city where the internet warms peoples homes N/OL.

113、https:/ 丹佛斯.綠色數據中心解決方案N/OL.https:/ 深圳市發改委.深圳市發展和改革委員會關于數據中心節能審查有關事項的通知Z/OL.http:/ ODCC浸沒液冷服務器可靠性白皮書Z2021,17-1718 GB50174-2017,數據中心設計規范S.19 YD/T2441-2013，互聯網數據中心技術及分級分類標準的選址要求S.20 GB/T150.1-2011 壓力容器(所有部分）S.21 JB/T 4735-1997 鋼制焊接常壓容器S.22 GB/T 50050-2017 工業循環冷卻水處理設計規范S.23 GBT 12145-2016 火力發電機組及蒸汽動力設備水

114、汽質量S.24 3M.FC-40產品簡介N/OL.http:/www.3m-novec- GB29541熱泵熱水機(器)能效限定值及能效等級規范S.26 崔科，趙進良，付曉飛數據中心空調冷卻及余熱回收系統技術分析節能技術，2020,38（4）：379-38427 北京市發展和改革委員會.北京市銷售電價表EB/OL.http:/ 44 9720038957372.pdf 28 北京市發展和改革委員會.北京市非居民用管道天然氣銷售價格表EB/OL.http:/ 北京市發展和改革委員會.北京市居民、非居民用水銷售價格表EB/OL.http:/ 北京市發展和改革委員會.關于調整本市燃氣電廠熱力出廠價格

115、的通知EB/OL.http:/ T/EES 0001-2021,溫室氣體排放核算與報告S.32 DB11/T 1785-2020,二氧化碳排放核算和報告要求 服務業S.33 智研咨詢.2016-2022年中國酸奶市場運行態勢及投資戰略研究報告R/OLhttps:/ 中國造紙協會.中國造紙工業2021年度報告R/OLhttp:/www.chinappi.org/reps/20220505162443556190.html35 智研咨詢.2022-2028年中國皮革行業發展現狀調研及未來前景分析報告R/OLhttps:/ IEA.中國區域清潔供暖發展研究報告R/OLhttps:/ 何萬寶.農產品干

116、燥加工節能減排工藝及設備J.南方農機,2016,47(06):64-65.38 鄢仲天,楊斌.生產綠色農產品重要意義J.農業與技術,2012,32(11):167-168.39 李笑光.我國農產品干燥加工技術現狀及發展趨勢J.農業工程技術（農產品加工業）,2014(2):16-20.40 李格萍.基于(火用)理論的糧食干燥系統能量評價法研究D.廣東:華南農業大學,2009.41 新華網.習近平在氣候雄心峰會上的講話（全文）N/OL.http:/ 發改委.“東數西算”工程系列解讀之三|“東數西算”助力中國數字經濟均衡發展Z/OL.浸沒式液冷數據中心熱回收白皮書 45 https:/ 43 發改委

117、.“東數西算”工程系列解讀之六：“東數西算”推動我國新型算力網絡體系構建Z/OL.https:/ 智研資訊,2021-2027年中國寧夏枸杞行業市場深度分析及投資規模預測報告R.202145 前瞻產業研究院,2021年中國數據中心行業市場現狀與發展趨勢分析 能耗過高亟待解決Z/OL.https:/ 進出水溫差循環類型用熱連續性用熱體量熱品位需求總得分結論備注天然溫室35-45小溫差閉式僅冬季小低溫50適宜大棚內溫度保持，不同日齡大棚有所不同連棟溫室35-45小溫差閉式僅冬季小低溫50適宜大棚內溫度保持，不同日齡大棚有所不同煙草繁育40小溫差閉式全年小中溫40不適宜煙草適宜生長溫度在30攝氏度左

118、右淡水魚養殖30-35小溫差閉式全年小低溫60適宜部分魚類例如甲魚等在較高水溫情況下生長較快昆蟲養殖30-40小溫差閉式僅冬季小低溫50適宜黑水虻生長活動所需要溫度25-30度，最適濕度為20-30度，溫度降至15度以下時生長緩慢或冬眠，低于5度以下死亡。不同昆蟲種類不同冬季支持區供暖80小溫差閉式僅冬季中高溫30不適宜市政管網熱水預熱80小溫差閉式僅冬季大高溫50適宜冬季大園區供暖80小溫差閉式僅冬季大高溫50適宜冬季支持區地暖供暖60小溫差閉式僅冬季中中溫50適宜冬季大園區地暖供暖60小溫差閉式僅冬季大中溫70非常適宜市政地暖供暖60小溫差閉式僅冬季大中溫70非常適宜生活熱水55大溫差開式

119、全年中中溫80非常適宜住宅區，浴場，泳池，酒店，商場等餐廳用水55大溫差開式全年中中溫80非常適宜化學品加工50-100視情況而定開式/閉式全年大高溫60適宜添加劑、中間體、原料藥，場景過多過細，不一一列舉催化劑生產50-100視情況而定開式/閉式全年大高溫60適宜場景過多過細，不一一列舉日化60-90視情況而定開式/閉式全年大高溫60適宜皂基產品生產電鍍40-70大溫差開式全年中中溫80非常適宜不同材料及電鍍液對應需要的熱水溫度也不同，場景過多過細，不一一列舉乳制品發酵4050小溫差閉式全年中中溫60適宜酸奶發酵所需的保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌需保持活性，最佳發酵溫度在4244攝氏度左右。巴

120、氏殺菌60視情況而定開式/閉式全年中中溫60適宜巴氏殺菌常規為將牛奶加熱到62-65，保持30min茶葉加工50100小溫差閉式僅收獲期中高溫20不適宜綠茶去陳味溫度100度，新茶提香溫度5070度。僅適用于部分茶葉種類釀酒4050小溫差閉式全年中中溫60適宜啤酒廠商及白酒廠商需要蒸汽及低溫發酵熱源煙草烘干3560小溫差閉式全年中中溫60適宜煙草變黃期(35)、定色期(50)、干筋期(60)制糖業蒸汽小溫差開式全年中高溫60適宜高溫蒸汽使熬糖過程中的糖漿沸騰均勻，不易發苦水產加工45-60小溫差閉式僅非禁漁期中中溫40不適宜水產烘干熟食加工100/蒸汽大溫差開式全年大高溫80非常適宜熟食制作肉

121、類加工45-60小溫差閉式全年中中溫60適宜肉制品烘干其他采暖畜禽舍供暖40小溫差閉式僅冬季大中溫70非常適宜適宜溫度可以提升畜類產奶量及幼崽成活率包裝業泡沫箱廠蒸汽大溫差開式全年中高溫60適宜泡沫箱的成型加工是以蒸汽模塑法成型為主，需要大量蒸汽造紙業造紙廠蒸汽大溫差開式全年大高溫80非常適宜造紙廠加工過程中的化學品如氫氧化鈉溶液，硫酸鈉，碳酸鉀等都必須用蒸汽加熱。此外，生產加工和成形紙、黑漿萃取這些也必須蒸汽印染加工50-100大溫差開式全年小高溫40不適宜處理、染色、印花以及后整理，洗水等。分散染料要以5055溫水調開,活性染料要以6080熱水溶解,中性染料要以90100開水溶化。皮革工藝

122、40大溫差開式全年小低溫80非常適宜鞣制，染色工藝需要低溫熱水成衣高溫定型農產品服務業糧食烘干4060小溫差閉式僅收獲期大中溫60適宜用于烘干糧食，殺死蟲卵，解決糧食儲存及霉變問題。不同類型的糧食由于含水量的不同對烘干溫度要求不同。肉類加工業 屠宰場40100大溫差開式全年中高溫60適宜屠宰場的圈欄沖洗、淋洗、屠宰及其它廠房地坪沖洗、燙毛、剖解、副食加工、洗油、工作人員淋浴等洗滌30小溫差開式全年小低溫80非常適宜衣物洗滌烘干60小溫差閉式全年中中溫60適宜衣物烘干林業木材及生物質烘干3560小溫差閉式全年中中溫60適宜中藥材烘干20-65小溫差閉式全年中中溫60適宜含揮發油的中藥飲片或中草藥

123、適用于45-65，多汁藥材適用于65-90，花葉狀適用于20-45，根部適宜30-65。醫院CSSD消毒蒸汽大溫差開式全年中高溫60適宜醫院CSSD全天需要高溫蒸汽對醫用器械進行消毒污水處理35-50大溫差閉式全年大中溫80非常適宜低溫會影響菌類處理污水的效率，嗜溫菌（中等溫度通常為15-40），嗜熱菌（溫度從45-80）海水淡化100小溫差閉式全年大高溫60適宜蒸餾法進行海水淡化城市淤泥烘干50小溫差閉式全年大中溫80非常適宜作為優選，所述熱的烘干循環空氣的溫度為60-70，濕度在20%以下，經帶式污泥烘干箱處理后進入熱泵的濕的低溫循環空氣溫度為50-60，濕度在50%以上。區域供冷溴化鋰吸收式空調熱源80小溫差閉式全年小高溫20不適宜第一產業養殖業第二產業第三產業醫療業環保業紡織業紡織業區域采暖生活用水化工農副產品加工業農業