1、浸没式液冷 数据中心热回收白皮书 编号：ODCC-2023-09008浸没式液冷数据中心热回收白皮书 I 版权声明版权声明 浸没液冷智算产业发展论坛发布的各项成果，受著作权法保护，编制单位共同享有著作权。转载、摘编或利用其它方式使用浸没液冷智算产业发展论坛成果中的文字或者观点的，应注明来源：“浸没液冷智算产业发展论坛”。对于未经著作权人书面同意而实施的剽窃、复制、修改、销售、改编、汇编和翻译出版等侵权行为，浸没液冷智算产业发展论坛及有关单位将追究其法律责任，感谢各单位的配合与支持。浸没式液冷数据中心热回收白皮书 II 编制说明编制说明 本报告由 OPPO 广东移动通信有限公司牵头撰写，在撰写过

2、程中得到了其他单位的大力支持，在此特别感谢以下参编单位和参编人员：参编单位（排名不分先后）：OPPO广东移动通信有限公司、中国信息通信研究院、阿里云计算有限公司 参编人员（排名不分先后）：孔庆一、唐虎、郭亮、文芳志、卢象明、李忠科、王荣环、袁小艳 项目经理：孔庆一，邮箱：浸没式液冷数据中心热回收白皮书 III 前言前言 2021 年国务院印发的2030 年前碳达峰行动方案表明应实施园区节能降碳工程，以高耗能高排放项目（以下称“两高”项目）集聚度高的园区为重点，推动能源系统优化和梯级利用，打造一批国际先进水平的节能低碳园区。同时提及推动既有设施绿色升级改造，积极推广应用高效制冷、先进通风、余热利

3、用、智能化用能控制等技术，提高设施能效水平。数据中心园区作为两高大户，应响应国家政策，增加能源利用梯度，实现绿色化低碳化运营。浸没式液冷和配套的热回收技术为数据中心低碳运营带来了新机遇。浸没式液冷作为一种先进的、刚刚商业化起步的技术，行业涉及较少。基于浸没式液冷数据中心的余热回收符合能源梯级利用的原则，有利于改善数据中心的碳排放表现，可以带来额外的经济价值，值得深入调研。本文旨在提供一套较为系统的浸没式液冷数据中心热回收技术理论参考。本文共分为五个模块，分别阐述数据中心行业热回收现状、浸没式液冷数据中心热回收架构示例、浸没式液冷数据中心热回收价值、社会用能面专项研究、国家政策联动研究。本白皮书

4、由 OPPO 数智工程算力资源组负责管理和具体技术内容的解释，业内在实际的工程实践中若发现需要修改或补充之处，请将意见和建议反馈至 ，以作日后修订时的参考，谢谢。浸没式液冷数据中心热回收白皮书 IV 目录目录 版权声明.I 编制说明.II 前言.III 0.通用.1 0.1 术语解释.1 0.2 名词解释.2 1.数据中心热回收现状与挑战.2 1.1 行业政策及发展现状.2 1.1.1 数据中心行业的社会压力.2 1.1.2 数据中心热回收的相关政策.3 1.1.3 数据中心行业热回收发展现状.4 1.2 传统风冷数据中心过往的挑战.6 1.2.1 风冷数据中心废热品位过低，再利用难.6 1.

5、2.2 全年运行时间短，投资回报不如人意.6 1.3 浸没式液冷技术发展趋势.7 1.3.1 液冷数据中心大规模铺开是趋势，液冷有利于余热回收落地.7 1.3.2 数据中心规划成熟，服务器利用率提高.9 2.液冷数据中心热回收发展路径.9 2.1 液冷数据中心热回收选址.9 2.2 液冷数据中心热回收建筑及机电配套需求.11 2.2.1 建筑配套需求.11 浸没式液冷数据中心热回收白皮书 V 2.2.2 机电配套需求.11 2.3 液冷数据中心热回收架构.11 2.4 液冷数据中心热回收控制管理系统.20 3.液冷数据中心热回收价值.21 3.1 技术价值.22 3.2 经济价值.24 3.3

6、 减碳价值.30 4.社会用热清单研究.32 4.1 第一产业.33 4.2 第二产业.35 4.3 第三产业.37 5.液冷数据中心热回收政策联动.39 5.1 双碳政策.39 5.2 东数西算.39 5.3 共同富裕.41 5.4 数据中心招商困境.41 6.总结与展望.41 7.参考文献.42 浸没式液冷数据中心热回收白皮书 1 0.0.通用通用0.1 术语解释 0.1.1 浸没式液冷 Immersion liquid cooling 以冷却液作为传热介质，将发热器件完全浸没在冷却液中，发热器件与冷却液直接接触并进行热交换的液冷形式。按照热交换过程中冷却液是否存在相态变化，可分为单相液冷

7、和相变液冷两类。下文中“浸没式液冷”简称为“液冷”。0.1.2 单相液冷 Single-phase liquid cooling 作为传热介质的液体在热量传递过程中仅发生温度变化，而不存在相态转变，过程中完全依靠物质的显热变化传递热量。0.1.3 相变液冷 Phase-change liquid cooling 作为传热介质的液体在热量传递过程中发生相态转变，依靠物质的潜热变化传递热量。0.1.4 浸没式液冷数据中心 Immersion cooling data center 暖通及配套系统采用浸没式液冷技术的数据中心 0.1.5 浸没式液冷数据中心余热回收系统 Waste heat reco

8、very and utilization system in immersion cooling data center 通过与浸没液冷系统结合，对液冷数据中心信息/通信设备所产生热量进行余热回收的系统。下文中“浸没式液冷数据中心余热回收系统”简称为“余热回收系统”。0.1.6 一次冷却循环系统 Primary side cooling circulation system 液冷系统内，负责将被冷却设备元器件的发热量传递至冷却液分配单元的冷却液循环系统，简称一次侧。0.1.7 二次冷却循环系统 Secondary side cooling circulation system 液冷系统内，将通

9、过冷却液分配单元热交换而来的信息/通信设备元器件所产生热量散发到环境中的冷却水循环系统，简称二次侧。0.1.8 虚拟化 Virtualization 将计算机的各种实体资源（CPU、内存、磁盘空间、网路适配器等）抽象、转换后呈现出来，供分割、组合为一个或多个应用环境的一种计算资源管理技术。0.1.9 免费供冷 Free-Cooling 利用机房所在地理位置的气候条件，让低温天然资源成为 IT 信息机房制冷系统的冷源的一种制冷方式。0.1.10水源热泵 Water-source heat pump 浸没式液冷数据中心热回收白皮书 2 利用低品位热能资源，应用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现

10、低位热能向高位热能转移的一种装置。0.1.11空气源热泵 Air-source heat pump 利用高位能使热量从低位热源空气流向高位热源的节能装置。0.2 名词解释 Tank 液冷机柜 Tank CDU 冷却液分配单元 Coolant Distribution Unit GPU 图形处理器 Graphic Processing Unit TDP 散热设计功耗 Thermal Design Power COP 制热能效比 Coefficient Of Performance PUE 电源使用效率 Power Usage Effectiveness WUE 水资源使用效率 Water Use

11、 Efficiency EER 能源效率比 Energy Efficiency Ratio Colo 主机托管 Colocation GWP 全球变暖潜能值 Global Warming Potential ODP 臭氧消耗潜能值 Ozone Depletion Potential ACH 每小时换气次数 Air Changes per Hour 1.1.数据中心热回收现状与挑战数据中心热回收现状与挑战1.1 行业政策及发展现状1.1.1 数据中心行业的社会压力 在新基建政策和互联网产业发展的双重推动下，数据中心数量与机架数量剧增，电力需求增长迅猛。截至 2018 年底，我国数据中心总量已超过

12、 40 万个，大型及以上数据中心的总机架数达204万个1。预计到 2025年，大型及以上数据中心的机架数量将达到 802 万个。从服务器角度看，根据 IDC 发布的 2021 年全球服务器市场追踪报告，在疫情背景下服务器市场仍保持 12.7%的同比高增长，这侧面证明数据中心行业未来仍会保持高速增长趋势2。数据中心机架数及服务器数量的大幅增加将导致数据中心电力需求不断增长。2018 年我国数据中心用电总量为 1,609 亿千瓦时，占全社会总用电量的 2.35%；2020 年用电总量达 2,023 亿千瓦时，占全社会用电总量的 2.7%，约为北京市 2021年全社会用电量的两倍；预计 2030 年

13、将突破 4,000 亿千瓦时，占全社会用电总量的 3.7%1。如此大额的用电量给数据中心行业带来了巨大的社会和政策压力。浸没式液冷数据中心热回收白皮书 3 图一：数据中心产业用电量统计45 1.1.2 数据中心热回收的相关政策 自2019年初工信部等三部门联合发布加快构建绿色数据中心的指导意见3以来，在发改委、工信部、能源局等多个部门发布的包括关于进一步加强数据中心项目节能审查的若干规定4关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见5新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023 年）6在内的多份全国性及地方性政策文件中均提及要推进绿色数据中心建设。过往行业内普遍认为数据中心作为数据处

14、理的大脑，服务器运算可以看作是输入电力能源输出算力的过程。根据数据中心服务器运行的底层逻辑，大部分电能通过阻性载流的元器件转化为热能，小部分以电磁波形式散出。因此，数据中心生产算力的本质应为输入电力能源，输出计算能力及废热，且几乎所有的电能都被转化为废热。由此数据中心的热回收应用场景应运而生，旨在合理利用数据中心产生的废热，实现能源的梯级利用。考虑到数据中心庞大的存量用电量及迅猛的增量趋势，余热回收目前存量及未来增量都潜能巨大。图二：数据中心产生废热理论基础 829055639356933597472852751101.47%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%000004000050000600007000080000200020用电量用电量(亿千瓦时亿千瓦时)数据中心用电量全社会用电量数据中心社会用电量占比浸没式液冷数据中心热回收白皮书 4 在国家层面，国务院发改委发出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7特别提及推动数据中心采用余热回收利用等节能技术模式。同时，2021 年国务院印发的2030 年前碳达峰行动方案8表明应实施园区节能降碳工程

16、，以高耗能高排放项目集聚度高的园区为重点，推动能源系统优化和梯级利用，打造一批国际先进水平的节能低碳园区。同时提及推动既有设施绿色升级改造，积极推广使用高效制冷、先进通风、余热利用、智能化用能控制等技术，提高设施能效水平。在地方性文件方面，2021 年 1 月 21 日北京市经信局发布的北京市数据中心统筹发展实施方案（2021-2023 年）（征求意见稿）9中重点提到，鼓励数据中心进行热源利用。鼓励数据中心采用余热回收利用措施，为周边建筑提供热源，提高能源再利用效率。2022 年 5 月 16 日北京市发展和改革委员会印发的“关于印发北京市低效数据中心综合治理工作方案的通知”10特别提到推动数

17、据中心余热利用试点示范，促进数据中心余热接入城市大网或区域热力管网，征集适合数据中心的低温余热利用、冷热联供等余热利用相关技术，有序推进试点示范。与此同时，江苏省发改委提出的江苏省新型数据中心统筹发展实施意见11、杭州市发改委提出的关于数据中心建设有关事项的通知12、重庆市经济和信息化委员会发出的绿色数据中心评价指标体系13等政府文件都特别提及了鼓励余热回收技术在数据中心行业的应用。总体来看，不管是国家层面还是地方层面都开始对数据中心的废热利用加以关注。1.1.3 数据中心行业热回收发展现状 a.海外数据中心热回收使用概览在瑞典，斯德哥尔摩被誉为数据中心供暖之都，该数据中心热回收项目被称为斯德

18、哥尔摩数据公园（Stockholm Data Parks）。整个项目由市政府、当地供热和制冷机构（Fortum Vrme）以及其他机构合作运营，项目纳入了当地大部分的数据中心。其技术原理为服务器里散发出来的热量被传回到热泵中，将热水的温度提升到 70 度，然后将热能分配到公共的热力管网中供家庭取暖使用；在热泵的另一端也就是蒸发侧，产出 7 度到 9 度的冷冻水，用来冷却数据中心的服务器散发出的热量。经过如此回收循环利用，初步估算可以降低约 30%的供暖成本。该项目目标为 2035 年满足斯德哥尔摩全部供暖需求的 10%14。除此典型案例之外，芬兰、美国、加拿大及法国也有类似的项目应用。例如，脸

19、书（Facebook）在位于欧登塞的数据中心中，通过热泵将来自数据中心的余热配合可再生能源产生高温热水用于区域供暖，热水通过区域管网向社区中 6900 户居民提供服务15，充分实现了对经济、社会和环境的多重赋能。除了为就近居民供暖之外，国外一些数据中心也进行了其他热回收实践：瑞士IBM Uitikon 数据中心利用余热加热当地的游泳池；亚马逊数据中心将余热利用到西雅图市中心的商圈项目中；巴黎 Condorcet 数据中心利用余热为现场的气候植物园供暖，该植物园被用来模拟未来法国盛行的气候条件；加拿大魁北克省温尼伯的数据中心将余热输送售卖到附近一家制作报纸的工厂，使报纸公司利用数据中心余浸没式液

20、冷数据中心热回收白皮书 5 热提高自己的能源效率，降低生产成本。总结来说，海外已经有一定的跨行业数据中心热回收的经验，也进行过数据中心大规模为城市市政热网供热的工程实践。图三：典型数据中心热回收社区 b.我国数据中心热回收现状目前，我国数据中心行业的余热回收实践不管在质量还是数量上，均处于初级阶段。利用余热回收技术回收废热加以利用的数据中心包括：阿里巴巴千岛湖数据中心、腾讯天津数据中心、中国电信重庆云计算基地、万国数据北京三号数据中心、UCloud 优刻得乌兰察布云计算中心、中经云北京亦庄数据中心等。目前国内数据中心余热回收实践主要表现为以下特征：-与社会其他用热单位耦合不紧密，用能模式较为单

21、一。通常仅为自己的办公区或支持区供暖，没有打通各个行业。典型案例为华为云贵安数据中心（一期）使用余热回收技术为园区内的办公区和游泳池供暖，万国数据北京三号数据中心为所在园区供暖。-有宏观规划余热回收的数据中心比例较小，未出现类似国外斯德哥尔摩为大片区域供暖的使用案例。c.液冷数据中心热回收现状液冷技术最先应用于超算中心，相对应的余热回收技术也在超算及科研行业内有落地的案例。我国上海交通大学“思源一号”计算中心，计算机运算过程中产生的余热，能够用于研究所球形大厅的冬季供暖、食堂厨房的热水加热、地下室除湿以及实验室的空调温控，实现每年 950 吨的额外碳补偿。在海外，德国波兹坦气候研究所的超算集群

22、利用 IT 设备产生的余热供给整个研究大楼，实现 100%的采暖由余热供应。浸没式液冷数据中心热回收白皮书 6 1.2 传统风冷数据中心过往的挑战 数据中心余热回收潜力巨大且有政策偏向，但目前落地的数据中心余热回收项目较少，主要原因是现有的风冷余热回收技术和运营模式有以下的局限性：1.2.1 风冷数据中心废热品位过低，再利用难 考虑到冷水机组的运行能效比(COP)，若使用冷却水作为热源，常规风冷数据中心的冷却水供回水设计温度一般不会超过38(视当地室外环境而定)；使用循环冷凝侧的制冷剂进行热回收(热回收型冷机)，则温度设置不超过45。若想要通过提高压缩机压缩比来提高冷却水的温度，相应的冷水主机

23、的冷凝侧温度会升高，最终可能会导致以下的结果：经济性角度：冷凝侧温度升高，冷冻水侧的温度不变会导致逆卡诺循环搬运热量的难度变大，整机的能效比受到影响。技术性角度：过高的冷凝侧温度，有可能影响冷水机组的供冷能力，进而影响整个机房的可靠性。图四：双冷凝器热回收冷机 考虑到管路热损失及板换温降等问题，数据中心废热能提供的热水极限温度最多不超过 38，且受限于户外环境条件及供冷策略，全年大部分时间达不到此温度。若热回收的温度品位过低，可能需要再配置热泵或锅炉设备对其进行温度提升。若使用冷冻水作为取热源，其温度品位相较冷却水更低，热泵设备需要提升的温度更高，机组 COP 受底层热力学定律影响难以做得相对

24、高效。1.2.2 全年运行时间短，投资回报不如人意 若从冷却水侧取热，会产生如下问题：随着国家双碳政策的落地，数据中心对于 PUE 的要求也越来越高，就传统的风冷数据中心而言，使用免费供冷是最为便捷的节能方式之一。在乌兰察布、中卫等北方城市，数据中心除了夏季高温时期，基本全部使用免费供冷。在免费供冷期间，整套系统的热回收能力会大打折扣。若从冷冻水侧取热，余热品位通常不会超过 20，品位过低，除了在部分北浸没式液冷数据中心热回收白皮书 7 方寒冷地区具备一定的价值，从全国范围来看经济性价值相对有限。综合考虑整套热回收系统全年运行的时间较短，能满工况运行的时间也较短，从全年维度来看，受天气波动及业

25、务负载率的波动影响，热回收量较小。同时考虑到施工改造需要造成的停工停产等机会成本，热回收相关的投资的回收期表现并不如人意。1.2.3 数据中心与周边用能单位配套不匹配 数据中心作为能源密集型产业，其发热量较大，运行中的功率密度约为办公室的 30 至 50 倍，如果要利用数据中心废热对周边支持区、办公区及生活区进行供暖，为消化此等热量，该园区需要具备较大的规模。与此同时，数据中心要求24小时365天的散热能力，而常规办公业态无需连续的供热，数据中心热量产出及办公区消耗的错配可能会导致冷塔和热回收设备切换频繁进而对可靠性造成负面影响。一方面是数据中心热回收的产热量与园区内的用热量不能匹配，另一方面

26、是数据中心产热和园区用热时间上的不匹配，这两方面的问题都可能会造成数据中心内散热不足，影响业务稳定性。1.3 浸没式液冷技术发展趋势 1.3.1 液冷数据中心大规模铺开是趋势，液冷有利于余热回收落地 政策性方面，发改委 21 年 10 月提出的新建大型数据中心 PUE 不得高于 1.3 的新要求，进一步规范了数据中心的用电情况，这几乎逼近了传统风冷架构能做到的极限 PUE。同时部分省市对超低 PUE 数据中心出台了利好政策，例如深圳发改委发出的深圳市发展和改革委员会关于数据中心节能审查有关事项的通知16对于PUE 值为 1.35-1.4（含 1.35）的数据中心，新增能源消费量可给予实际替代量

27、 10%及以下的支持；对于 PUE 值为 1.30-1.35（含 1.30）的数据中心，新增能源消费量可给予实际替代量 20%及以下的支持；对于 PUE 值为 1.25-1.30（含 1.25）的数据中心，新增能源消费量可给予实际替代量 30%及以下的支持；对于 PUE 值低于 1.25的数据中心，新增能源消费量可给予实际替代量 40%以上的支持。与此同时在芯片行业发展层面，随着摩尔定律失效，算力和发热量几乎呈线性递增的关系，例如英伟达最新发布的 H100 GPU 芯片的 TDP 高达 700W。不管在政策方面还是芯片行业需求方面均需要一种新的技术来破解数据中心行业的困境。液冷技术路径又分为冷

28、板式、浸没式和喷淋式，其中冷板式和浸没式较为主流。考虑到资产保全、换热效率、系统架构复杂度及 IT 设备故障率等因素，浸没式的技术路线较为适合作为热回收的应用场景。总体来说，浸没式液冷方案既可以满足政策性的节能需求，也能满足芯片高解热的需求。为应对新的市场及政策环境，相关龙头企业都开始尝试浸没式液冷的方案，以求进一步降低PUE，助力3060的碳中和、碳达峰战略。从硬件运维的角度，使用浸没式液冷可以降低 IT 器件的运行温度，使得相同硬件能够将算力潜能充分释放。与此同时，根据“10减半法则”，IT 器件可以拥有更长的使用寿命。由于液冷环境取消了高速风扇、减少了振动，过往风冷系统中的设备失效故障模

29、式发浸没式液冷数据中心热回收白皮书 8 生变化。根据阿里巴巴发布的浸没液冷服务器可靠性白皮书显示，使用浸没式技术可显著降低服务器故障率 50%。17 在浸没式液冷的大环境下，由于浸没式液冷数据中心使用的冷却液解热效率比空气高，在满足同等解热需求的情况下，冷却液的温度也可以设定得相对高，整个系统的回路可以达到比较高的温度。浸没式液冷系统根据散热方式的不同可分为两种：单相浸没及两相浸没。单相浸没系统包含一次侧回路及二次侧回路。二次侧回路中，冷却液流经发热的电子器件时通过热传导来实现散热，后流经 CDU 系统中的板式换热器与一次侧回路中的冷却水换热以降低冷却液温度。整个系统通过 CDU 中的泵实现冷

30、却液循环。一次侧回路可以看作二次侧回路的散热系统。冷却水流经 CDU 中的板换吸收热量，温度上升，后被冷却水泵输配至散热设备，实现散热降温。一次侧的室外散热设备通常为冷却塔、干冷器等。单相浸没系统在二次侧路由中，冷却液没有发生相变，仅通过液体的温升温降（显热变化）实现电子器件的散热，因此被称为单相浸没系统。图五：单相浸没式液冷系统原理图 两相浸没系统仅有一个回路，系统的散热涉及到两种形态的介质。冷却液在电子器件表面吸收热量汽化为气体。蒸汽态的冷却液由于密度改变上升至 Tank 的顶部，与布置在此处的一次侧冷却水管换热，蒸汽在盘管表面重新冷凝为液体并受重力作用流回 Tank 内。整个过程涉及冷却

31、液的相变（潜热变化）来实现服务器的散热。浸没式液冷数据中心热回收白皮书 9 图六：两相浸没式液冷系统原理图 1.3.2 数据中心规划成熟，服务器利用率提高 随着虚拟化技术在云计算数据中心的不断落地，服务器等相关设备的算力资源利用方式也逐步变得高效完善。通过调配热数据和冷数据的计算需求，服务器的利用率可以长时间保持在一个比较高的水平，以充分利用数据中心的算力资源。该技术在提升数据中心可扩展性，降低成本之余，还会进一步释放液冷数据中心的热回收利用的潜力。虚拟化技术有利于在热回收系统中增大服务器层面的颗粒度，使之更容易被管控。通过该技术可以实现服务器高利用率的维持，避免多台服务器同时低功率运行。此举

32、可以帮助整个液冷二次侧回路处于较高温状态，通过控制 CDU 中泵的变频器实现定温差变流量的控制逻辑，可以实现高品位热源的持续输出。2.2.液冷数据中心热回收发展路径液冷数据中心热回收发展路径2.1 液冷数据中心热回收选址液冷数据中心落地热回收系统，需要考虑其与用热单位之间的距离，若距离过远会造成路由管路初投资成本的大幅增加，而且输送回路中介质热量的损失也会随之加大。从经济性的角度来看，数据中心与用热单位背靠背为最优的模式。但考虑到数据中心的高可靠性需求，若用热单位有影响数据中心业务的可能性，则需要考虑与之保持一定的物理间隔距离。液冷数据中心通过热回收系统与相关传统行业进行合作时，需依据数据中心

33、重要等级，详细评估用热单位是否会对其可靠性造成影响。总的来说，选址时应充分平衡经济性与数据中心可靠性。同时考虑到用热单位的多样性，可能会导致用热单位相邻土地的土地性质并不能用于建设数据中心，因此数据中心选址过程中需特别注意土地性质问题。根据 GB50174-2017数据中心设计规范中的选址要求18，有可能影响到热回收选址的有以下几点规范条目：浸没式液冷数据中心热回收白皮书 10-应远离产生粉尘、油烟、有害气体以及生产或储存具有腐蚀性、易燃性、易爆物品的场所；-应远离强振源和强噪声源；-应避开强电磁场干扰；-大中型数据中心不宜建在住宅小区和商业区内；表一：数据中心设计规范技术参数附表 下表为行业

34、标准 YD/T2441-2013互联网数据中心技术及分级分类标准的选址要求19中对于数据中心与其他设施距离的定义，供参考。浸没式液冷数据中心热回收白皮书 11 表二：数据中心与其他设施的距离要求 场所 R3 级要求 R2 级要求 距离化学工厂中的危险区域垃圾填埋场 不宜小于 400m 不宜小于 400m 距离核电站的危险 区域 不宜小于 1600m 不宜小于 1600m 距离停车场 不宜小于 20m 不宜小于 10m 距离铁路或高速公 路的距离 不宜小于 200m 不宜小于 100m 距离飞机场 不宜小于 4000m 不宜小于 1600m 2.2 液冷数据中心热回收建筑及机电配套需求 2.2.

35、1 建筑配套需求 搭建一套热回收系统可能会涉及到增设以下主要设备：热泵、板换、水泵、蓄热罐及其他支持设备(供配电、消防、给排水)等。因此，在建筑配套方面需要预留以上设备的机电空间，例如使用空气源热泵等需要与室外空气换热的设备，需要在屋顶等室外区域预留机电部署的空间。与此同时，热回收系统可能会增加建筑水管井的需求，应在建筑设计阶段提前预留。2.2.2 机电配套需求 a.机房环境若系统包含水源热泵，机房环境配置建议与冷水主机房相同，机房内设置平时兼事故通风系统，平时通风量建议按 6ACH 预留，事故通风量建议按 12ACH 预留，无需配置空调。热泵机房内应配置冷媒泄露探测装置，该装置与事故通风系统

36、联动。若机房内仅包含板换，水泵等常规设备可以考虑仅配置平时排风系统，排风量可按 6ACH 考虑，无需配置空调。b.供配电系统根据用热单位不同等级的用热稳定性需求，热回收系统可考虑使用单路市电、双路市电、一路市电一路 U 电或双路 U 电等。因为热回收系统有冷却塔系统备份，本质属于 2N 的架构，数据中心侧的可靠性可以得到保证。c.定压补水及软水设备若热回收架构为闭式系统，需考虑增加新的定压补水及软水系统。d.旁滤系统为保障热回收系统中的水质，需设置旁滤系统。e.自动加药设备若热回收架构为闭式系统，需考虑增加新的自动加药系统。2.3 液冷数据中心热回收架构 从用水场景的角度看，热回收系统输出类型

37、可分为以下两种：浸没式液冷数据中心热回收白皮书 12-开式用水场景-闭式用水场景从设计架构角度看，热回收系统可分为以下五个部分：-液冷热回收二次侧-液冷热回收一次侧-热品位提升模块-热水储存及输配系统-液冷热回收自控系统2.3.1 开式用水场景开式用水场景可以理解为输送至用热单位的热水是单向的，使用过后不会再回到原有热回收系统。若要持续输出热水，则需要从市政中取水。典型用热场景为：园区生活热水、医院 CSSD、洗涤及印染行业等。图七：液冷数据中心开式用热场景热回收示意图 开式用水单位的余热回收分为两个阶段：-阶段一：市政水预热常规来讲，液冷数据中心的冷却水温度较高(一般能达到 40以上)，通过

38、板式换热器(下简称为板换)等换热手段可以实现市政水的预热。较为先进成熟的板换设备可以将温降控制在 1以内，预热水仍然可以保持相对高位的热品位。若废热使用方对余热品位要求不高，例如生活热水、禽畜饲养等使用场景，可将预热水经由保温管路直接输送至用热方。若用热单位对供热温度有要求，则需要考虑二次加热以提升供水温度。-阶段二：二次加热，温度提升浸没式液冷数据中心热回收白皮书 13 根据不同的用能单位的需求，应选择不同的二次加热的设备，常规的加热设备有风冷热泵、水源热泵、锅炉、太阳能热水器、电加热等，详情见热品位提升模块。2.3.2 闭式用水场景该系统将液冷一次侧接至水源热泵的蒸发侧，作为余热回收系统的

39、取热源，冷凝侧则接供热的管网，持续供热。通过应用液冷的热回收技术，蒸发侧和冷凝侧的温差可以控制得较小，根据逆卡诺循环的原理，其提升的温度越小，对热的搬运的难度也相对越小，热泵的效率可以得到相应的改善。图八：液冷数据中心闭式用热场景热回收示意图 2.3.3 液冷热回收二次侧热回收典型架构方案 a.热回收系统与 CDU 二次侧系统串联此方案在液冷的二次侧取热，在 CDU 的路由上游或下游额外设置一套板换系统，同时在二次侧回路中设置旁通管路及阀门以控制运行情况。在热回收系统开启时打开 CDU 内部的板换旁通阀门，使热量在热回收板换处被回收。本方案可以复用 CDU内部的泵系统，节约初投资成本。与此同时

40、，该方案直接与二次侧的冷却液进行热交换，减少了板换的多次温降，相较其他方案换热效率更高，回收的热品位也更高。但本方案相应的有以下缺点：首先，热回收板换需要与 CDU 内的泵和两套旁通阀门进行控制的联动，相对较为复杂；同时 CDU 设备层面上需要定制特定扬程的泵设备；其次，该方案复用 CDU 内的泵，两种工况下可能会造成一方的水力不平衡，工程改造难度也较高。浸没式液冷数据中心热回收白皮书 14 图九：热回收系统与 CDU 二次侧系统串联原理图 b.热回收系统与 CDU 二次侧系统并联此方案在液冷的二次侧取热，CDU 与热回收的板换进行并联。运行热回收工况时关闭 CDU 的旁路，开启热回收旁路，热

41、回收旁路配置专门的泵系统，由此可以做到两套路由分别独立运行，水力平衡表现较好，工程改造难度较低。与此同时，该方案直接与二次侧的液冷冷却液进行热交换，减少了板换的多次温降，相较其他方案效率更高，热品位也更高。但相比于串联的架构，本方案需要更多管路及多一套泵系统，初投资较高。图十：热回收系统与 CDU 二次侧系统并联原理图 c.液冷热回收二次侧热回收典型架构方案总结浸没式液冷数据中心热回收白皮书 15 总体来说，二次侧热回收系统方案减少了用热侧与热源的路由复杂度，有利于对余热进行高效的采集。若液冷系统已经配备独立 2N 的系统，亦可以考虑使用其中的一套 CDU 做热回收，另一套作为一次侧路由备用，

42、进而节省成本。相对而言，利用二次侧进行余热回收也有以下的缺点：首先，该系统的二次侧会增加路由的长度，若使用氟化液等较为昂贵的冷却液会增加本项目的初投资成本。其次，热回收系统与二次侧耦合较为紧密，一旦出现问题会直接影响服务器的运行，同时改造及维护时可能对业务稳定性造成影响。2.3.4 液冷热回收一次侧典型架构方案 a.热回收系统与冷却塔串联此方案在液冷系统的一次侧取热，冷塔与热回收系统串联，可以通过开闭阀门及旁通路由进行运行工况的切换。在热回收工况时冷塔于旁路运行，冷却水于热回收板换处进行热交换。本方案可以复用冷却系统的水泵，以节约整套系统的初投资成本。但本方案相应的有以下缺点：首先，热回收板换

43、、冷塔及水泵需要进行控制的联动，涉及的设备较多。其次，板换和闭式冷塔的压差存在差异，使用同一套水泵可能会造成水力不平衡的问题，工程改造难度同样较高。图十一：热回收系统与冷却塔串联原理图 b.热回收系统与冷却塔并联此方案在液冷的一次侧取热，冷却塔与热回收系统进行并联，系统可以通过阀门的开闭切换对应的工况。闭式冷塔和热回收系统分别独立配置一次泵，两个系统较为独立，控制逻辑较为清晰且水力平衡表现好，工程改造难度降低，但也相应的增加了设备数目及管路的长度，造成更多的前期投资。浸没式液冷数据中心热回收白皮书 16 图十二：热回收系统与冷却塔并联原理图 c.热回收系统与冷却塔并联独立系统 2N本方案在热回

44、收系统与冷却塔并联系统的基础上，将一次侧冷却路由与热回收系统完全分隔，形成独立的 2N 系统。此方案控制逻辑清晰，水力平衡稳定且具备较高的可靠性，但相应的 CDU 设备需要做定制化设计。图十三：热回收系统与冷却塔并联独立 2N 原理图 d.液冷热回收一次侧典型架构方案总结此方案于一次侧进行热回收，即冷却水热回收。相较直接于二次侧进行热回收，本方案不改变二次侧的路由及架构，对原有系统的影响较小。与此同时，热回收系统的所有路由均以水作为冷媒载体，运维时较为简单方便。但相应的因为多设置了一次换热的回路，热回收热品位会有所下降。2.3.5 温度提升模块方案 现热回收直接利用方案可稳定换出 40左右的热

45、水，已能满足部分常规的用热场景。若希望通过热回收系统产出更高品位的热源则需要加设温度提升系统，常浸没式液冷数据中心热回收白皮书 17 规的温度提升设备有热泵、锅炉等。a.空气源热泵开式方案本方案使用热回收的热量对低温市政水进行预热，再使用空气源热泵进行二次加热。该方案比较适合用于空气源热泵能效较高的非严寒区域。但空气源热泵占用的机电面积较多，需根据数据中心屋面情况确定。图十四：空气源热泵温度提升原理图(开式系统)b.水源热泵开式方案本方案使用余热对低温市政水进行预热，再使用水源热泵进行二次加热。与此同时，本方案的水源热泵还可以产出低温冷冻水用于常规风冷空调区域的供冷。在北方严寒地区或在外界环境

46、较恶劣及机电空间不够的情况下可以考虑此方案。图十五：水源热泵温度提升原理图(开式系统)c.水源热泵闭式方案浸没式液冷数据中心热回收白皮书 18 本方案的水源热泵蒸发侧接液冷一次侧系统取热，冷凝侧接闭式供热回路放热。图十六：水源热泵温度提升原理图(闭式系统)d.温度提升模块方案总结风冷热泵：适用于输出 4060的热水，方案占用机电面积较大，需要充分考虑场地的可行性，方案无需额外的水泵环路。若液冷数据中心周边无其他取热途径例如湖泊、地热等且项目位置位于非严寒地区时，可以考虑使用风冷热泵作为二次温度提升的设备。水源热泵：若数据中心周边有湖泊、地热等取热途径或位于严寒地区无法使用空气源热泵时可以考虑使

47、用此系统。本方案适用于输出 4060的热水，其占地面积较小但需额外配置水泵环路，若场地有冷冻水需求亦可考虑此方案。高温热泵：若供热温度在 60100或有蒸汽需求可以考虑使用高温热泵设备，但目前主流设备的容量不大，需要多台并联。表三：热泵产品选型表 锅炉：若供热温度在 60100或有蒸汽需求可以考虑使用锅炉设备。锅炉设备对外界环境要求较低，适用于严寒地区的二次加热。太阳能热水器：供热温度在 50到 100不等，供热能力受天气影响波动且供热能力较弱，仅适用于小型数据中心热回收及对热水可靠性要求不高的用热场景。浸没式液冷数据中心热回收白皮书 19 电加热：供热温度最高可达 100，但考虑到其电能转化

48、比较低，不适合数据中心对于高效节能低 PUE 的需求，不建议使用。2.3.6 热水输送与储存 考虑到计算机的计算负荷是随着业务的计算需要而不断波动的，整个数据中心的能提供的热量也是会波动的，与此同时用热侧的用热能力也不是一成不变的，在部分高可用性需求的场景下，例如工业生产，民生保障等，设置专门的热水蓄水罐是必要的，具体的热水蓄水量设计可参考以下因素：数据中心规模与热水产出能力用热单位用能情况(用热量、可靠性要求、用热持续性等)用热单位与数据中心的距离蓄热罐设计应以保温效果为准绳，保温工艺建议采用双层不锈钢板结构，中间用聚胺脂整体发泡保温体,每 24 小时内箱（罐）水体温度下降不超过 5。储热系

49、统所用容器宜遵守 GB/T150.1-2011压力容器(所有部分）20的规定，设计低于0.1MPa 的容器及真空度低于 0.02MPa 的常压容器时宜遵守 JB/T 4735-1997钢制焊接常压容器21相关规定。a.蓄热罐存放预热水本方案将蓄热罐置于热回收板换与二次加热设备之间，对预热水进行存储，减小 IT 负载波动造成的对供热稳定性的影响。本方案可以通过控制预热水输送至温度提升设备的流量进而控制热泵设备一直处于高效运行的工况。例如使用离心式的热泵时，可考虑负荷控制在额定功率的 60%70%，螺杆式的热泵则应控制在50%60%。但相应的本方案对供热的连续性和可靠性的保障有限，若二次加热设备出

50、现损坏，蓄热罐无法作为备用热源暂时保障供热。在供热需求超过供热能力时也无法超额输出热水给用能单位。图十七：蓄热罐原理图(储存预热水)浸没式液冷数据中心热回收白皮书 20 b.蓄热罐存放供水热水本方案将蓄热罐置于二次加热设备下游，对热水进行存储，减小 IT 负载波动造成的对供热稳定性的影响。本方案可以实现热回收系统供热能力的高可靠性保障，热回收系统出现故障无法供热时蓄热罐内的热水可作为短期的热源备用。若用热单位有瞬时的高热负荷需求，蓄热罐可以帮助输出高于热回收产热能力热水量。本方案二次加热设备需要根据 IT 负载产生的热量大小和预热系统提供的预热水流量调节自身的运行功率，这可能会导致设备无法长期

51、运行在能效的甜蜜区，进而影响整套系统的能源利用率。图十八：蓄热罐原理图(储存供热水)c.热水输配考虑到设计规范对数据中心选址的安全性要求，热水的输送长度通常较长，为保证热水的温度，需要对输送管路进行保温包裹。输配过程中同时需要考虑采用合适材质的防锈管道，防止出现腐蚀和水垢，热水中的氯离子含量宜25mg/L。输配管路中需考虑设置过滤器等设施，保证热水水质，水质宜符合 GB/T 50050-2017 工业循环冷却水处理设计规范的规定22。注入和补充的热媒水质，宜符合GBT 12145-2016 火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量23中对于热网补充水的质量要求。具体设计中可参考以下规范：GB 507

52、36-2012 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范GB/T8175-2008 设备及管道绝热设计导则GB/T 4272-2008 设备及管道绝热技术通则08K507-1 管道与设备绝热图集16S401 管道和设备保温、防结露及电伴热图集2.4 液冷数据中心热回收控制管理系统 浸没式液冷数据中心热回收白皮书 21 数据中心是数字经济的基石，高可用是数据中心的典型特点，因此在对数据中心废热进行回收的时候需要严格保证数据中心的高可用性。数据中心在设计过程中仍需要配置冷却塔或干冷器等传统一次侧设备，以应对用能单位用热不足的情况。这进而延伸出液冷数据中心二次侧、一次侧、热回收系统及冷塔系统的耦合和控制逻

53、辑问题。为了使热回收系统更加智能化，需要配置自动化控制系统。自动化控制系统架构分为 4 层：现场层、控制层、集中监控层、管理平台层。2.4.1 现场层 现场层由设备的监控点组成。重要设备例如水泵、板换、热泵、蓄热罐都应配置点位。控制层通过监控点监视和控制现场层的设备。主要监控点为阀门开闭度、进出水/冷却液温温度、水/冷却液流量、水/冷却液压力、室外环境温度等。2.4.2 控制层 控制层由控制器和 HMI 组成。控制层接入现场层的设备，对采集上来的数据进行实时计算，通过控制逻辑控制现场层的设备运行。常用的控制器有 PLC、DDC、单片机等。热回收控制逻辑有：1)运行模式切换2)加减机3)蓄冷罐冲

54、冷放冷4)末端压差控制2.4.3 集中监控 控制层的数据应上传到集中监控平台，集中监控平台可展示系统运行状态、告警等功能。一些跨系统或子系统的控制逻辑可放在集中监控平台上运行。如Tank/CDU 与热回收系统联动，冷却塔与热回收系统切换逻辑等。涉及到其他非热回收系统暖通设备的联动需部署于 BA 平台侧。常用的集中监控平台有动力和环境监控系统、楼宇自动化监控系统、一体化监控系统等。这些系统都可以用于集中监控平台。2.4.4 综合管理平台 现场层、控制层、集中监控满足了对热回收系统的自动化控制需求。但还需要对热回收系统进行运维管理。综合管理平台就是数据中心运营平台，热回收系统也是其管理对象，因此集

55、中监控平台需要接入到综合管理平台内。综合管理平台可为热回收系统提供巡检、维保、变更等运维管理功能，还可以提供资产管理、能耗管理等运营功能。3.3.液冷数据中心热回收价值液冷数据中心热回收价值本文将从技术价值、经济性价值及减碳价值等多个方面对液冷数据中心的价值浸没式液冷数据中心热回收白皮书 22 进行剖析。3.1 技术价值 总体看液冷数据中心热回收系统具有热品位高，供热稳定性强等优势。3.1.1 液冷数据中心热回收热品位价值 不管是传统的精密空调风冷架构还是新晋的液冷架构，数据中心暖通系统本质是将热量从电子元件中带走，满足其 TDP 要求。风冷和单相液冷主要散热的原理为热的对流，以 3M 的 F

56、C-40 氟化液为例，其导热系数为 0.065W/m.K24，而空气的导热系数为0.02524W/m.K，氟化液的导热能力约为空气的2.5倍；从流体载热能力的角度来看，单位体积的流体，浸没式冷却液的载热量为空气的 1600 倍。在相同的TDP 散热需求的基础上，冷却液与电子器件之间的温差可以做的相对较小，因此二次侧路由的温度可以设定的较高，相应的能回收的热的品位也较高。目前主流液冷设备厂商大多数都将其单相浸没产品的二次侧回液温度设定在 4045，这意味着可以从液冷系统中持续换出 40左右的余热。两相浸没的原理为液体相变为气体带走热量，相对于单相浸没系统，两相浸没的解热能力更强，相应的其能设定的

57、二次侧回路温度可以更高。图十九：风冷液冷二次侧对比 数据中心的余热主要可用于三个方面：-低品位热直接利用-高温热水的预热-水源热泵取热源a.低品位热直接利用若从液冷一次侧或二次侧换出的余热品位能够满足用热侧的需求，可考虑直接进行利用，整套系统仅需水泵等设备进行路由的循环，综合能效较高。浸没式液冷系统提供的相对高品位的热源可以支撑部分场景使用这种直接利用的模式。浸没式液冷数据中心热回收白皮书 23 b.高温热水预热浸没式液冷余热可以用于预热。相对应的，液冷余热的品位越高，预热效果越好，预热水的热品位也越高，进而需要二次加热的热提升也较少。较高的余热品位可以降低二次加热系统(例如热泵，锅炉等)的能

58、耗，进一步优化热回收系统的效率。c.水源热泵取热源浸没式液冷余热可以作为水源热泵的取热源，相较于靠近江河的水源热泵或空气源热泵，基于此架构的水源热泵可以从较高品位的液冷数据中心余热中取热，根据逆卡诺循环中制热工况的理论 COP 值公式，T1 与 T2的温差越小，COP 的理论值相对的可以做的越高，相应的整套系统的能效也越高。根据核算，使用液冷余热作为取热源，热泵理论 COP 值可提升 68.8%。理论值=112T1:放热侧温度 T2:取热侧温度 目前的热泵产品 COP 较理论值相差较大，主要有两方面原因：首先，现实情况与理论模型有差异，实际运行中做不到等熵压缩；第二，等熵效率与制冷剂种类、机组

59、压力、管路保温等因素有关，目前大多数热泵设备的机组压力较高，根据GB29541 热泵热水机(器)能效限定值及能效等级规范25中对于低温型热泵设备 COP能效要求最低为 3.0，符合目前大多数热泵的运行情况。但若针对余热回收特性进行优化，可大幅度提升设备 COP。表四：不同温度下理论 COP 值核算 蒸发侧温度 冷凝侧温度 理论 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 液冷数据中心热回收供热稳定性价值 传统的风冷数

60、据中心热回收系统因为有免费供冷 free-cooling 及冷机运行两种工况，余热的供热能力及品位均不稳定。相较而言，浸没式液冷数据中心的供热能力仅与 IT 负载有关，通过云化等措施可以有效的调控 IT 负载，搭配蓄热罐的部署，液冷数据中心的供热稳定性可以得到保证。通过改善数据中心余热供热的稳定性，本系统对供热有高可靠性需求的用热单位来说会更有吸引力。3.1.3 液冷数据中心热回收节水节电价值 浸没式液冷数据中心热回收白皮书 24 热回收系统对液冷的一次侧或二次侧进行热量收集的过程中也对液冷系统进行了散热。相应的原有系统的冷却塔可以维持在一个低功耗运行的状态，进而节省冷却塔风机和喷淋泵的用电量

61、，同时降低冷却塔的补水需求，以降低整个系统的用电量和用水量。3.2 经济价值 为使经济性分析更加量化与客观，现引入一个典型的 10,000kVA 浸没式液冷数据中心的模型作为数据核算的基础，下面为该数据中心的预设条件 电容量：10000kVA地址：北京市郊区全年 PUE：1.15年平均 IT 负载率：70%市政水温度：16.5余热预热水温：40输出水温：60市政水一般取自地表水，根据崔科于数据中心空调冷却及余热回收技术分析研究26中统计的自来水厂数据取平均值可得到年平均水温约 16.5。表五 北京某水厂自来水全年月平均温度 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 温度 6

62、7 12 17 20 25 27 27 23 16 11 7 考虑到目前市场主流浸没式厂家设计的二次侧水温，预热水温设定为 40。输出水温设定为 60主要考虑以下两点因素：其一该温度已能应付大部分常规用热场景例如生活热水，地板采暖及公共建筑的冬季空调制热工况，较有代表性；另一方面，系统在该温度区间可以保持较高的能效比，贴近实际使用工况。浸没式液冷数据中心热回收系统根据用热模式可划分为开式系统和闭式系统。开式系统仅有供水，没有系统回水，取水主要来自市政水，典型的使用场景为：生活热水，自来水厂供水预热等。闭式系统即为输配系统供回水齐全，回水需要二次加热后再供给热源。典型使用场景为支持区或园区供暖。

63、根据以上预设的条件可以计算热回收功率及全年余热年回收量。热回收功率=供电容量平均 PUE 尖峰 IT 负载率=8,696kW 全年热回收量=热回收功率 平均 IT 负载率 年运行时长=53,321,739 浸没式液冷数据中心热回收白皮书 25 供电容量取值:10000kVA平均 PUE 取值:1.15尖峰 IT 负载率取值:100%平均 IT 负载率取值:70%全年运行时长:365 天24 小时以上文液冷提及的 40预热水为输入，可以得到本系统产出 40预热水的能力如下所示。开式产水能力=热回收功率水比热容 温差=88L/s 开式年产水总量=产水能力 平均 IT 负载率 年运行时长=1,944

64、,944 吨 热回收功率取值:8,696kW平均 IT 负载率取值:70%开式产水温差取值:40-16.5=23.5全年运行时长:365 天24 小时经济性计算基于以上数据做全年的核算，因计算过程较为简单清晰，下文中的经济性核算方法仅提供表格及注释，不再赘述计算公式。3.2.1 开式用热场景经济性核算 a.方案介绍该系统运行主要分为两个阶段，首先是通过将板换和输配系统搭配，充分利用浸没式液冷数据中心的余热对常温的市政水进行预热，将其热品位尽可能提高。然后利用空气源热泵将预热过的市政水加热至 60左右后由主泵输配至用热单位。为保障高可用性，热回收系统输配至外部用热单位的水泵设置 N+1 的备用，

65、且颗粒度设计的较小，一旦出现问题，影响界面也较小。与此同时，热回收系统与冷却塔系统进行并联，一旦用热侧无需供热则立刻切换至冷却塔运行，以保障数据中心的高可用性。b.原理图(详细系统图见附录)浸没式液冷数据中心热回收白皮书 26 图二十：液冷数据中心开式用热场景热回收示意图 c.经济性分析本章节将从初投资，降本及创收三个角度对浸没式液冷数据中心热回收系统的经济效益进行分析，下表为初步测算的开式系统初投资成本清单，容量及台数均按照 10,000kVA 的供电功率进行选型：表六 开式系统初投资成本分析 设备类型 容量 台数 单价(万元)总价(万元)风冷热泵 1500kW 6 180 1080 板换

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 总价 1223 从降本角度来看，若用数据中心热回收系统对生活热水进行加热，相较传统的热泵方案及锅炉方案分别有 54%和 75%的降本效果，详细计算见下表：浸没式液冷数据中心热回收白皮书 27 表七 开式系统运行能源成本分析 浸没式液冷热回收方案 电价 0.6727 元/kWh 热泵 COP 3 热回收温度 40 生活用水供水温度 60 加热 1 吨生

67、活热水的成本 5.21 元/吨 全年热水成本(一万人)190.21 万元 热泵方案 电价 0.6727 元/kWh 热泵 COP 3 热回收温度 16.5 生活用水供水温度 60 加热 1 吨生活热水的成本 11.33 元/吨 全年热水成本(一万人)413.70 万元 相较热泵方案回收期 2.07 年 燃气锅炉方案 燃气单价 3.5228 元/m3 燃气热值 8300Kcal/m3 锅炉综合效率 0.9 自来水温度 16.5 生活用水供水温度 60 加热 1 吨生活热水的成本 20.59 元/吨 全年热水成本(一万人)751.63 万元 相较锅炉回收期 1.46 年 计算中电价取值按峰平谷时间

68、加权平均，燃气取值为采暖季及非采暖季加权平均，相关市政条件的原始数据均取自北京市政府网站。以该数据中心满足服务周边一万人，每人热水用量 100L 每天为输入，可以得到浸没式液冷热回收方案相较传统热泵方案和燃气锅炉方案的回收期分别为 2.07 年与 1.46 年。根据目前的数据中心发热量核算，其能负担的最多人数可达六万余人，仍有较大的扩容潜力。以增效创收角度看可以得到下面的计算模型：表八 开式系统出售热源收支明细分析 热回收功率 8696 kW 全年热回收量 53,321,739 kWh 热回收方案加热单价 5.21 元/吨 市政水单价 929 元/吨 热水单位总成本 14.21 元/吨 年产

69、60热水 2,285,217 吨 工业热水售价 20.33 元/吨 年净收入 1,399 万元 回收期 0.87 年 浸没式液冷数据中心热回收白皮书 28 根据核算，使用自建风冷热泵产出热水成本为 20.33 元/吨(含市政水价)，使用自建锅炉产出热水成本为 29.59 元/吨(含市政水价)。若以自有热泵运行成本20.33 元/吨的价格出售热回收产出的热水，余热回收系统回收期为 0.87 年左右。由此可见，从降本和增效两个角度进行经济性分析，余热回收回收期均小于三年，具备投资价值。典型的开式用热场景为：生活热水、自来水厂、洗涤业、印染业等。3.2.2 闭式用热场景经济性核算 a.方案介绍该系统

70、将浸没式液冷一次侧的冷却水直接接至水源热泵的蒸发器作为热源，闭式供热水则接至水源热泵的冷凝器侧。为保障高可用性，热回收系统的输配至外部用热单位的水泵设置 N+1 的备用，且颗粒度设计的较小。与此同时，系统与闭式冷却塔系统进行并联，一旦热回收系统用热侧无需供热则立刻切换至冷却塔运行，以保障系统的高可用性。b.原理图(详细系统图见附录)图二十一：液冷数据中心闭式用热场景热回收示意图 c.经济性分析本章节将从初投资，降本及创收等角度对闭式浸没液冷数据中心热回收系统的经济效益进行了分析，下表为初步测算的闭式系统初投资成本清单：浸没式液冷数据中心热回收白皮书 29 表九 闭式系统初投资成本分析 设备类型

71、 容量 台数 单价(万元)总价(万元)水源热泵 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 总价 880 传统热电厂可以将余热出售给市政供暖公司，以此价格为参考，可以得到下面的闭式系统降本增效模型。表十 闭式系统出售热源收支明细分析 热回收功率 8,696 kW 全年热回收量 53,321,739 kWh 热回收系统 EER 4.4 全年运行全年运行 热回收系统用电量 12,118,577 kWh 电单价

72、0.6727 元/kWh 总电价(全年运行)812 万元 余热出售单价 77.530 元/吉焦 余热总量 191,958 吉焦 余热收入 1488 万元 余热净收入 676 万元 回收期 1.30 年 仅冬季供暖季节运行仅冬季供暖季节运行 供暖天数 136 天 热回收系统用电量 4,515,415 kWh 电单价 0.6727 元/kWh 总电价(仅冬季供暖)303 万元 余热出售单价 77.530 元/吉焦 余热总量 71,524 吉焦 余热收入 554 万元 余热净收入 252 万元 回收期 3.49 年 由此可见，若余热回收系统仅用作冬季采暖用途，其回收期达 3.49 年；若在其他季节可

73、以找到用热单位则回收期为 1.30 年。闭式系统的典型用热场景为园区及支持区采暖。3.2.3 经济性核算总结 浸没式液冷数据中心热回收白皮书 30 由上述典型浸没式液冷数据中心可以得到，除了仅在冬季用作供暖用途工况回收期超过三年外，其他工况的回收期均为一至两年，经济性表现较好。3.3 减碳价值 自双碳政策发布以来，社会各界的低碳意识得到快速的提升，数据中心作为用电大户，其减碳压力较大。目前国内各大互联网公司例如阿里巴巴，腾讯及百度等均承诺以各种形式达成 2030 年碳中和的目标；数据中心 colo 公司例如万国数据也承诺 2030 年实现碳中和外加 100%使用可再生能源。目前，各行各业头部公

74、司也认为的碳排放承诺是一种对社会责任感的体现，可以提升公司的品牌价值及品牌形象，因此在减碳领域上纷纷布局。在较为明确的大目标背景下，如何在数据中心行业中减碳会是接下来的一个核心课题。浸没式液冷技术可以大幅降低 PUE，提高单台服务器算力已是共识，不再赘述。本文就液冷数据中心的热回收模块可以提供怎样的减碳价值做详细阐述。3.3.1 热回收减碳的价值 目前对于数据中心的余热利用官方并无明确表明可以对应折抵多少碳排放。本次核算通过三种计算方式全面呈现热回收技术的减碳价值。核算以总热量作为基准，换算得到产生相同的热量需要多少电力或化石能源，再进一步将其换算至碳排放量，以此等效看作减排的数值。与此同时，

75、目前部分行标及团标已开始关注数据中心余热回收所带来的变相减碳效果，例如团标 T/EES 0001-2021温室气体排放核算与报告明确表明数据中心输出的热力可抵扣总的数据中心排碳量31，本文亦使用北京市二氧化碳排放核算和报告要求的热力供应排放因子来计算数据中心余热回收变相节碳量，供各方参考13。3.3.2 减碳能力核算 表十一 热回收变相减碳能力核算 全年热回收量 53,321,739 kWh 热力供应排放因子 0.1132 tCO2/GJ 变相节碳量 21,116 吨 折算热泵用电量 17,773,913 kWh 电力碳排放因子 0.60432 kg/kWh 变相节碳量(等效热泵)10,735

76、 吨 折算锅炉用气量 5,669,509 m3 燃气碳排放因子 2.16532 kg/m3 变相节碳量(等效锅炉)12,274 吨 浸没式液冷数据中心热回收白皮书 31 表十二 各方案年均减碳核算 初始值(吨/年)因子折算(吨/年)热泵折算(吨/年)锅炉折算(吨/年)FC-40 62,637 41,521 51,902 50,363 国产液体 39,597 18,481 28,862 27,323 矿物油 37,037 15,921 26,302 24,763 风冷方案 43,479 35,666 39,507 38,937 图二十二 各方案年均碳减排柱状图 表十三 各方案年均减碳比例统计 硬

77、件方案 按因子 折算减碳 按热泵 折算减碳 按锅炉 折算减碳 FC-40 液冷方案 34%17%20%国产氟化液方案 53%27%31%矿物油液冷方案 57%29%33%风冷方案 18%9%10%总体来说，根据核算方式和液冷方案的不同，通过液冷余热回收技术可以实现17%57%的可观碳减排。在实际部署液冷数据中心时，需留意不同浸没式液冷方案由于所用冷却液的 GWP 值不同，其热回收减碳效果亦有所不同；另外风冷方案由于运行时间较液冷方案短，热品位低，其减碳效果也有限。考虑到液冷数据中心热回收系统可以作为热源供给其他行业，而其他行业有产生碳汇的可能性，例如林业育苗，木材烘干等。在与其他行业的联动过程

78、中，数据中心有可能获得额外的碳汇以进一步减少数据中心的碳排放。3.3.3 减碳的降本效益 同时从另一个角度来看，减碳也可以实现数据中心的降本增效。为实现碳中和目标，为数据中心采购绿电为主要的举措之一。但常规来说数据中心采购绿电的电浸没式液冷数据中心热回收白皮书 32 单价会比常规用电高，若能通过数据中心的热回收进行减碳，其所需购买的绿电量也将降低，进而降低总的用电成本。由于绿证价格不同，使用绿电的成本也各不相同，下表为各种绿证以减碳能力57%进行核算通过热回收能带来的减碳降本效果。表十四 减碳绿电降本统计 绿证价格(元/MWh)绿电单价(元/kWh)减碳后单价(元/kWh)电价降本效果 GEC

79、 补贴绿证 120 元 0.69+0.12=0.81 0.81*57%+0.69*43%=0.742 8.4%GEC 平价绿证 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.社会用热清单研究社会用热清单研究为全面分析整个社会层面能够利用数据中心热回收的行业，本文将提供社会面用能行业清单。该清单覆盖三大产业，其中包含

80、 13 个一级行业，分别为：区域采暖、区域供冷、生活用水、化工业、食品业、农业、养殖业、纺织业、包装业、造纸业、林业、医疗行业、环保业。每个一级行业下面划分多个细化的二级行业，每个二级行业都经过调研确定其需要的大致的热水温度，方便未来数据中心实施热回收时根据废热的品位、数据中心所在位置及周边商业环境进行匹配。考虑到东部人口密集，天然就有供热和生活热水的需求，西部地区地广人稀，如何为数据中心找到合适的用热源将会是个挑战，为聚焦数据中心余热回收热源用能单位的画像，本文搭建了以下模型以研究液冷数据中心热回收用热场景最优解。表十五 不同运行工况 EER 开式场景 EER 闭式场景 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 由上述图表数据可以得出结论在 40供热时，开式场景和闭式场景均无需配置二次加热模块，所以两者皆拥有最高的能效比。因为开式系统的温差普遍大于闭式系统，其输配系统用电量更少，所以拥有更高的 EER。随着温度的升高，开式及闭式系统的 EER 均有所下降。总体来说，40的低温用热场景及中温的开式用热场景比较适合使用液冷数据中心的余热回收系统作为热源。高温的闭式系统整体 EER与独立的空气源热泵基本没有差别，仅考虑在部分特殊情况部署使用，例如严寒地区。浸没式液冷数据中心热回收白皮书 33 以

82、此为准则，本文提供了具体的用热场景名录，详见附表一。总的来说，用热单位的选择受以下多因素共同影响：热品位需求开式场景/闭式场景年用热量用热连续性用热可靠性要求距离用热单位距离等4.1 第一产业 植物生长的基本条件为：阳光、温度、空气中的 CO2、水分及肥料。数据中心的运营中所产生的低品位废热在农产品的种植及加工全链条能够发现很多机会。数据中心产业使用了大量电力，进而在范围二中产生了大量的碳足迹，不符合国家双碳政策的指导方向。与此同时农业作为世界上最古老的产业之一，其作物生长过程中天然具备捕获 CO2 的能力，可以间接减少数据中心运营过程中产生的 CO2 净排放量。数据中心电子废热的直接利用减少

83、了设施农业的用能，进一步间接减少了整个生态中的 CO2 排放量与运营成本。图二十三 数据中心与第一产业生态图 数据中心余热利用在第一产业领域的利用尚有较大潜力。实际落地与运营过程中可以实现生态闭环：火电厂生产电力，产生碳排放；数据中心使用高品位电力，产生低品位余热；农业设施利用低品位余热取暖，同时捕获空气中 CO2，间接减少整个生态的净碳排放。考虑到目前的数据中心选址受限，大都为较为偏僻的郊区，该区域地广人稀，适合第一产业的发展。浸没式液冷数据中心热回收白皮书 34 4.1.1 余热利用 温室供暖 植物生产运行需要的基本环境温度为：白天 2530，夜 1215。为满足植物在不适宜生长的季节增加

84、产量，温室技术因此诞生。温室，又称暖房，指有防寒、加温和透光等设施，供冬季培育喜温植物的房间。在不适宜植物生长的季节，能提供生育期和增加产量，多用于低温季节喜温蔬菜、花卉、林木等植物栽培或育苗等。但由于温室不能完全隔离外部热量，日光温室白天充当太阳能集热器用于吸收太阳辐射进行室内加温和蓄热，室内地面、后墙以及室内空气的温度都较高。室内浅层土壤的温度达10以上，室内空气温度达25-37左右，太阳热的30-50%的热量通过覆盖膜散至室外，其余通过墙、土壤蓄热，部分通过墙体传热散失。白天仅 30%太阳能热储存在后墙和浅层土壤并在夜间释放到温室中，这部分热量常常不能满足室内作物夜间的生长需求。当外部环

85、境恶劣时(温度过低、阴天、湿度过大)，温室仍需要外来热源保持棚内温度。常规来说，标准日光温室跨度 8-11 米，长 60-80 米，带保温被，热负荷需求约为 30-80W/m2。热源温度在 30-45最宜，适合风盘送风或地板采暖，热源温度在 25-35需要对根区加温，环境温度可适当降低，根区温度控制在 15可保持作物旺盛生长。连栋温室的热负荷需求约为 300W/m2。从热品位角度，液冷数据中心的余热无需二次提升温度即可用于温室供暖工况。从热总量的角度考虑，单个10000kVA 电的液冷数据中心即可为约两万平方米的连栋温室供暖。4.1.2 余热利用 畜禽舍供暖 畜禽舍供暖热负荷需求的产生主要有两

86、方面原因，一方面为禽舍本身与外界围护结构换热产生的热负荷需求；另一方面是为保证畜禽舍内空气质量，需要周期性与室外进行换气，引入室外新风造成的新风负荷。此类工况单位面积供热负荷在30-150W/m2 不等，与人居住环境供暖负荷相当。猪舍：哺乳仔猪适宜温度在 30-32，随着年龄段增长温度需求也逐渐降低，育成猪 15-27，育肥猪 0-20。当环境温度低于临界温度(1821)时,猪在寒冷的环境中必须消耗一部分饲料用于产热以维持正常体温。环境温度过低，会导致用于维持体温的能量消耗过大，降低饲料的利用率，增加生产成本。牛舍：奶制品的质量很大程度上取决于奶牛舍的环境质量,奶牛舍内气流速度、温度、相对湿度

87、以及有害气体的浓度是影响奶牛健康、生产性能的关键因素。奶牛是恒温动物，最适合的温度范围为 525。当温度低于-4时会对奶牛的产奶量造成较大的影响。在北方冬季肉牛生产中，低温环境饮水是重要的研究课题之一。在不同温度条件下，肉牛最佳饮水量不同，冬季每采食 1 kg 饲料需要饮水 3.5 kg。反刍动物瘤胃内容物正常平均温度为 3841。研究表明，奶牛饮用 20的温水可使干物质采食量提高 6.47%，同时增加产奶量；肉牛饮用温水可提高日增重及生长速度，缓解冷应激。冬季每头肉牛饮用 20温水的日增重较饮用 4冷水提高 0.22 kg/d 浸没式液冷数据中心热回收白皮书 35 鸡舍:蛋鸡育雏育成舍的环境

88、温度主要是由通风和供暖设备来调控的。蛋鸡的育雏期为 04 周龄,育成期为 518 周龄。育雏初期,温度要求控制在 3234,之后每周温度降低 23,室内温度达到 20左右即可脱温。4.1.3 余热利用 水产养殖供暖 水产养殖大棚是设施水产养殖的关键设备，通过人工控制大棚小气候，使鱼类能在最适宜的温度下快速生长。设施水产养殖可使鱼类养殖周期缩短 1/6 1/2，单位面积产量比高产池塘提高 20 80 倍，使得单位产量养殖用水量和养殖废水排放量大幅减少。但是，养殖大棚的环境调控需要消耗大量的能源，设施水产养殖系统运行能耗高是目前必须要解决的重要问题。常规来讲热水性鱼类的适宜温度区间约为 1836，

89、较为适合数据中心低品位余热作为供热源。同时，此类设备对于供热稳定性要求较高，与数据中心余热天然自带的的高可靠属性也较为匹配。4.2 第二产业 工业生产具备长链条，大容量，集中性强的特点，适合与数据中心这类用电产热大户进行配合。工业生产对热源也具有高可靠性的要求，与数据中心天然的高可靠性匹配。与此同时，多数工业制造过程全年都不会中断，有利于增加数据中心余热回收系统的运行时间，带来可持续的价值。4.2.1 余热利用乳制品发酵 近年来我国酸奶市场有较快增长，2005 年全国酸奶零售量约为 171.33 万吨，到 2015 年全国酸奶产品零售量约为 647.74 万吨，年均复合增长率 14.22%33

90、。通过发酵，牛奶中所含的一些乳糖被微生物分解为乳酸，并产生乙醛、丙酮、丁酮等香气物质。发酵过程中的主要菌类为乳酸菌，其最佳发酵温度是 40-42，如果温度不合适，不仅乳酸菌不能顺利发酵，还会增加致病菌繁殖的风险，影响酸奶的口感和品质。从乳酸菌发酵领域来看，其具备较大的增量潜力，适合作为数据中心这类大量余热的消纳设施。与此同时，其所需求的热值温度与液冷数据中心匹配，无需再二次加热。图二十四 发酵乳制作流程 浸没式液冷数据中心热回收白皮书 36 4.2.2 余热利用造纸业 中国造纸行业常年产销量均位居全球首位，约占全球总量的四分之一，2021年全年，全国机制纸及纸板产量 13583.9 万吨，同比

91、增长 6.8%；新闻纸产量 89.6万吨，同比下降 11.2%。34 造纸行业整条链条较长，其中制浆和烘干过程都需要用到大量的热量。其本身作为高能耗高污染行业，受到政府及社会的压力，对于能源的创新性应用本身也有天然的驱动力。造纸工艺中，原材料的加压蒸煮，蒸汽需求(黑浆萃取及化学品溶液加热)，洗浆洗涤，纸张干燥均可利用数据中心余热作为热源。其中前三步数据中心可以直接提供预热水给造纸厂，造纸厂再通过二次加热提升至其所需要的温度。纸张干燥可直接使用数据中心的余热实现。与此同时，海外已有数据中心与造纸印刷业合作的案例：加拿大魁北克省温尼伯的数据中心将余热输送售卖到附近一家制作报纸的工厂，使得报纸公司重

92、新利用数据中心余热提高自己的能源效率，降低生产成本。图二十五 造纸工艺流程图 4.2.3 余热利用纺织业 2021 年中国皮革产量为 5.97 亿平方米，同比增长 4%。其中 2021 年中国皮革产量最多地区为河北省占比 33.2%；其次是浙江省地区皮革产量占比 16%；再次是河南省地区皮革产量占比为 13.9%35。皮革工艺:常规来讲为动物原皮经削肉脱毛等前处理后可变为生皮。生皮经鞣制后可变为皮胚，皮胚经过后加工可变为皮革成品。以上步骤可具体到以下工序流浸没式液冷数据中心热回收白皮书 37 程：生皮浸水去肉脱脂脱毛浸碱膨胀脱灰软化浸酸鞣制剖层削匀中和染色加油填充干燥整理涂饰成品皮革。其中很多

93、步骤需要用到热水，同时涉及到开式用水及闭式用水。图二十六 皮革工艺图示 除皮革工艺外，传统纺织业中还有印染工艺，洗涤等使用场景均可以利用液冷数据中心余热。4.3 第三产业 第三产业定义较广，品类较多。过往数据中心热回收落地的主要服务对象大部分集中在第三产业。4.3.1 余热利用市政供暖 常规来讲园区内部的小组网供暖的热水温度 60即可满足要求，若要接市政管网的话建议提高热水温度至 80。根据住建部资料中国集中供暖管网在 2015 年共计生产了 977 太瓦时的热力36。而数据中心 2020 年全年耗电量约为 204 太瓦时1，市政供暖的热量需求巨大，足以消纳数据中心余热总量。4.3.2 余热利

94、用生活热水 除了少数高档酒店对生活热水的温度要求较高，在整体生活热水管网已做好充足保温的情况下，液冷数据中心的余热无需二次加热即可满足大多数的生活热水要求。目前尚有大量居民使用电热水器这种高能耗的加热方式，若能通过数据中心的余热回收系统对自来水供水进行预热，则可以减少居民电热水器的用电量。4.3.3 余热利用农产品干燥 物料的干燥需将物料里面的水分和其他较易挥发的成分除去，是一个物相变化的生化反应和热质耦合的过程。干燥也是农产品加工中耗能最多的环节，总量占我国国民经济总耗能的 12%，仅次于造纸业耗能37。干燥节能，是物料干燥领域的主要课题。浸没式液冷数据中心热回收白皮书 38 我国主要的农产

95、品包括 11 大类、46 种类、128小类、801 个品种，种类繁多。2018 中国年鉴统计显示，2017 年我国粮食总产量高达 66160.7 万吨、水果总产量 25241.9 万吨，干燥需求逐年增大。新鲜农产品含水量较高，加之我国农产品产地往往远离人口集中的消费市场，使得农产品在长途运输的过程中大量腐烂变质。据统计我国农产品产后损失超过 30，农业发达国家非常重视产后加工技术，产品的损耗率一般控制在 5-20之间38，可见新鲜农产品的及时加工处理尤为重要。与发达国家相比我国农产品干燥加工比例较低。以美国洋葱、大蒜等加工量为例，它们干燥加工分别占其收获量的 20和 80，农产品加工前后的平均

96、产值比可达 1:3.8，农产品的产后损失仅为 1.75；而我国蔬菜干燥加工量仅占收获总量的 10左右，农产品加工前后的平均产值比仅为 1:1.939；我国粮食产后只有约 1左右能够使用机械化干燥，绝大多数粮食仍采用自然晾晒的方式进行干燥40。自然晾晒受天气或气候等因素影响较大，从而导致粮食品质得不到保障，给农户和粮食企业带来巨大经济损失。利用数据中心排出的夏秋废热，可以建设大规模烘干厂，提升我国农产品干燥效能。数据中心余热体量大、供给稳定，能够为干燥生产提供足够热源；易于实现在线、智能控制，提高物料的干燥质量；也可以利用余热与多种干燥技术联合使用。数据中心与农产品干燥室合理布局设计可以将干燥设

97、备初投资和粮食干燥用能成本大大降低，4.3.4 余热利用沼渣及淤泥干燥 生物质能源的发展促进了沼气工程日益成熟，沼液和沼渣中包含有大量农作物所需要的氮、磷、钾等营养成分，若能利用好这些资源，可极大降低农业生产中的肥料消耗。同时我国城市发展迅速，城市排污淤泥数量也巨大。一般需要淤泥进行干燥再进入还田、沼气工程或者填埋。数据中心的低温余热适合用于此类非作物的烘干。4.3.5 余热利用木材干燥 据核算，使用传统方法进行木材干燥每立方木材消耗约 153 千克标准煤，现代干燥设备能够将能耗提高为每立方120千克标准煤左右。我国每年锯材用量约7000万立方米/年，人工干燥量占用量的23%，约1600万立方

98、米/年，即人工干燥木材会消耗约 192 万吨标准煤。若遵循能源梯级利用的原则，使用标煤进行发电，液冷数据中心利用电力产生算力，再利用液冷数据中心废热对木材进行干燥。可大量减少化石能源燃烧引起的碳排放和环境污染，同时减少木材烘干厂商的能源成本。4.3.6 余热利用污水处理 就我国城市污水处理厂现状情况而言，整体数量及处理能力快速增长，根据数据显示，截止 2020 年我国城市污水处理厂和处理能力分别为 2618 座和 19267 万立方米/日，其他设施处理能力为 1138 万立方米/日。目前我国整体日均处理能力已浸没式液冷数据中心热回收白皮书 39 超过 2 万立方米，预计随着经济发展推动工业及制

99、造业发展和人民生活水平提高，我国城市污水处理能力将持续提高。水的温度为污水处理厂的重要参数，因为它对活性污泥中微生物繁殖速度，微生物反应和反应速率，水中溶解氧等等都会产生影响。在污水处理厂的活性污泥中，通常遇到的微生物大致分为三个温度组：(1)低温菌(低端温度通常在 030)，(2)嗜温菌(中等温度通常为 15-40)和(3)嗜热菌(温度从 45-80)。在大多数时间段及大多数的污水处理过程中嗜温菌为污水处理的主要力量。通过使用液冷数据中心的余热品位无需二次提升温度即可对污水进行预热，再输送至污水处理池中，以最大幅度保证冬季的污水处理能力。4.3.7 余热利用沼液预热 沼气发酵可分为三个温度范

100、围：5065高温发酵，2045中温发酵，20以下低温发酵。此外，随自然温度变化的发酵方式称为常温发酵。温度高低直接影响发酵原料的消化速度和产气率。在适温范围内温度越高，沼气细菌的生长、繁殖就越快，产气也就越多；温度不适宜，沼气细菌生长发育慢，可能造成产气少或不产气等问题。同时微生物对温度变化十分敏感，温度突升或突降，都会影响其生命活动，使产气状况恶化。液冷数据中心产生的余热品位在沼气发酵需求的温度范围内，可以保证沼气池的产气量；与此同时，产生的生物质气可以用于发电反哺数据中心，发电过后的烟气可以产生高品位余热以做其他用途。5.5.液冷数据中心热回收政策联动液冷数据中心热回收政策联动5.1 双碳

101、政策2020 年的 9 月和 12 月，中国在联合国大会上和气候雄心峰会上向世界承诺中国将提高应对气候变化的国家自主贡献度，力争在 2030 年实现碳达峰，2060 年实现碳中和41。数据中心行业作为用电大户不仅要节能减碳助力 3060，又要继续作为我国数字化经济的坚实底座，热回收技术带来的 17%57%的可观减碳效果对双碳政策具备契合性。考虑到热回收系统是给下游产业供热的设施，若下游产业为可以产生碳票的行业，例如第一产业中的林业等，其也相当于变相获得额外碳票，降低整个数据中心设施的碳排放。5.2 东数西算 国家发展改革委等部门联合印发通知，同意在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、内蒙古、贵

102、州、甘肃、宁夏启动建设国家算力枢纽节点。10 个国家数据中心集群42：张家口集群、长三角生态绿色一体化发展示范区集群、芜湖集群、韶关集群、天府集群、重庆集群、贵安集群、和林格尔集群、庆阳集群、中卫集群。根据目前的东数西算规划，因为东部数据中心主要承接低延迟高频实时算力需浸没式液冷数据中心热回收白皮书 40 求43，相对应的其数据中心负载会不断波动，进而影响数据中心热回收供热的稳定性，不适合高可靠性的热水供应场景使用。于此同时，东部地区受土地资源，电力资源等外部客观原因限制，用热单位较为单一，主要以居民用生活热水和冬季采暖为主。而内蒙古、贵州、甘肃、宁夏等西部算力资源则主要侧重在后台加工，离线分

103、析，储存备份等业务上43。经过合理规划后，数据中心负载较为稳定，可以产生持续稳定的热。西部在土地资源，电力资源及政策倾斜等方面都具有天然优势，根据社会用能面研究的清单可以看到，相关工业用能的发展潜力较大。以其中一个西算节点宁夏中卫为例，其地处我国“黄金奶源带”，年产鲜奶30 万吨以上，非常适合发展畜牧业。根据中国农业信息网上的数据，怀孕奶牛与泌乳奶牛最适宜的温度为 1620，犊牛最适宜的温度为 3538，而该地的冬季最低温度可达-11，数据中心废热可用于养殖业的冬季供暖。与此同时，中卫的中宁枸杞，硒砂瓜等产业发达。枸杞鲜果烘干，硒砂瓜农业大棚养殖同样有大量的用热需求。另外中卫旅游业同样发达，大

104、量酒店饭店等公共建筑可以作为数据中心废热的用能用户。定量来看，2021-2027 年中国宁夏枸杞行业市场深度分析及投资规模预测报告显示，2020年宁夏中卫枸杞产量约为9.8万吨44，当地大多数枸杞采用自然摊晒法进行干加工。但枸杞鲜果保质期极短，通常只有 23 天，相关产业因脱水保质问题每年损失较大。若使用液冷数据中心余热对枸杞进行烘干则可以大幅改善行业现状。根据某品牌的枸杞烘干机选型可以测算出烘干一千克枸杞所需消耗的热量 烘干效率=制热量 枸杞烘干时长烘干机烘干量=2.2kWh/kg 枸杞烘干时长：按 48 小时取值；制热量：选型参数 50kW；烘干机烘干量：选型参数 1080kg 以烘干效率

105、对应核算中卫枸杞年产量烘干所需总热量约为 776,160 吉焦，考虑枸杞烘干行业的旺季为每年的 6 至 11 月，仅枸杞烘干行业就能消费约 9 座 10,000kVA容量的大型液冷数据中心的余热。从数据中心角度，单个 10,000kVA 的大型数据中心余热可为日产 80 吨左右的枸杞烘干厂提供热源。由此类比，内蒙古、贵州、甘肃也可以找到当地的特色产业与数据中心的废热匹配。相比于传统的热回收用于供暖的思路，此等因地制宜的热回收策略有以下优点：a)典型热回收用热单位供暖工况仅在北方的冬季适用，而用于工业生产的热量有部分场景可以全年提供，余热回收的经济性效益将得到改善浸没式液冷数据中心热回收白皮书

106、41 b)部分生产场景的用热量很大，更容易和数据中心巨大的余热量匹配c)部分生产场景占地面积较大，不适合东部地区布置，而西部地广人稀，较为适合(例如农业大棚，养殖业等)总的来看，若在东数西算大规划中补充数据中心余热回收的思考，有利于东数西算的效益进一步释放。5.3 共同富裕 共同富裕分为多个维度，本技术有利于在以下两个维度实现共同富裕：a.东部沿海发达地区帮扶西部落后地区在东数西算的大背景下，未来会有越来越多的数据中心部署在西部地区。通过使用余热回收技术，部署在西部的数据中心可以承担起当地供热中心的角色，为当地各行各业提供低成本热源，提升西部人民的生活水平，降低相关行业的生产成本。以此技术为基

107、石，东部可以享受西部产出的算力资源，西部可以使用本地数据中心提供的低成本热源，实现东西部双赢。b.互联网高科技行业赋能落后产业目前互联网及高科技行业受资本追捧，资金充足，可以看做社会中的“富”行业，而其他实体传统行业则面临些许困境。互联网行业过去提到对传统行业的赋能大多为使用数字化的能力提升传统行业的生产效率，但能承受转型阵痛的行业及公司基本均为行业龙头，大部分中小型公司并没有吃到互联网技术飞速发展的红利。通过使用余热回收技术，可以提供给其他行业非常低成本的热源。依据典型的经济性核算，即使以低于自建热泵运营成本的价格出售热源仍能达到 2 年内的回收期。由此，传统行业可以通过液冷数据中心的余热回

108、收技术大幅降低其用热成本。5.4 数据中心招商困境 不同于新基建政策刚发布时，目前部分地方政府对于数据中心的招商引入态度由大力欢迎转换为相对冷静保守，其中有部分原因为双碳政策对能耗指标的压缩。数据中心作为用电大户可能会消耗当地大量的能耗和排放指标，这意味着可能会压缩了其他新产业的用能发展空间。与此同时，数据中心的落地并不能给地方政府带来特别大的收益。相对于其他产业，数据中心对周边经济的拉动性较差，给当地创造的岗位较少。为打消当地政府的疑虑，真正接受数据中心在本地的落地，如何发掘数据中心除了产生算力之外的价值，以低成本热能为核心竞争力建立一个用热生态圈会是一个突破口。若能利用余热回收技术使液冷数

109、据中心变为一个区域供热站，提供低成本的热源，可以产生集聚效应，拉动周边传统产业的发展，增加大量的就业岗位，带来额外的地方税收，实现数据中心与当地政府的双赢。6.6.总结与展望总结与展望总体来说基于浸没式液冷数据中心的热回收在技术性、经济性及政策性三个角度上都有较明显的优势。浸没式液冷数据中心热回收白皮书 42 从技术性优势角度来看，液冷数据中心热回收品位较高，相应的可应用的场景也更多；供热连续性强，没有风冷冬季免费供冷的工况，基本不会因为环境变化而影响热源的输出质量。从经济性的角度来看，开式非高温的用热场景及低温闭式用热场景与液冷数据中心热回收技术较为匹配，建模数据显示热回收的经济效益潜力大，

110、值得深入发掘。从政策性角度来看，该技术契合双碳及东数西算政策。在双碳政策角度，热回收可以为数据中心提供较为可观的变相减碳效果。与此同时，该技术可以推动液冷数据中心热回收领域更加多元化的发展，产生新的用能生态，进一步为西部传统行业赋能，加速东数西算，实现合作共赢。考虑到数据中心的余热利用可能涉及到市政，数据中心，用能单位等多个不同行业，参照瑞典数据中心供暖之都斯德哥尔摩的成功经验，需要政府及当地市政公司主导推动，一体化统筹协调，方能达到最佳效果。目前浸没式液冷行业仍在摸索阶段，主流厂商方案二次侧回液温度普遍设置为4045，与核心部件的极限温度相差较大。若能将二次侧温度提高，液冷数据中心热回收的热

111、品位也会提高，进一步释放热回收技术的潜力。7.7.参考文献参考文献1 人民政协报.数据中心行业在能源转型中将发挥重要作用N/OL.http:/ IDC.2021年第二季度中国服务器市场跟踪报告R/OLhttps:/ 工业和信息化部 能源局.三部门关于加强绿色数据中心建设的指导意见Z/OL.http:/ 北京市发展改革委.关于印发进一步加强数据中心项目节能审查若干规定的通知Z/OL.http:/ 发展改革委 网信办 工业和信息化部 能源局.全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案Z.20210524浸没式液冷数据中心热回收白皮书 43 8 国务院.国务院关于印发2030年前碳达峰行动方案

112、的通知Z/OL.http:/ 北京市经信局.北京市数据中心统筹发展实施方案（2021-2023年）Z/OL.https:/ 北京市发改委.关于印发北京市低效数据中心综合治理工作方案的通知Z.2022-05-1811 江苏省工业和信息化厅.省工业和信息化厅关于印发 江苏省新型数据中心统筹发展实施意见的通知Z.2021123112 杭州市发展和改革委员会.关于数据中心建设有关事项的通知Z.2020063013 重庆市经济和信息化委员会.绿色数据中心评价指标体系Z.2021120714 BBC.The city where the internet warms peoples homes N/OL.

113、https:/ 丹佛斯.绿色数据中心解决方案N/OL.https:/ 深圳市发改委.深圳市发展和改革委员会关于数据中心节能审查有关事项的通知Z/OL.http:/ ODCC浸没液冷服务器可靠性白皮书Z2021,17-1718 GB50174-2017,数据中心设计规范S.19 YD/T2441-2013，互联网数据中心技术及分级分类标准的选址要求S.20 GB/T150.1-2011 压力容器(所有部分）S.21 JB/T 4735-1997 钢制焊接常压容器S.22 GB/T 50050-2017 工业循环冷却水处理设计规范S.23 GBT 12145-2016 火力发电机组及蒸汽动力设备水

114、汽质量S.24 3M.FC-40产品简介N/OL.http:/www.3m-novec- GB29541热泵热水机(器)能效限定值及能效等级规范S.26 崔科，赵进良，付晓飞数据中心空调冷却及余热回收系统技术分析节能技术，2020,38（4）：379-38427 北京市发展和改革委员会.北京市销售电价表EB/OL.http:/ 44 9720038957372.pdf 28 北京市发展和改革委员会.北京市非居民用管道天然气销售价格表EB/OL.http:/ 北京市发展和改革委员会.北京市居民、非居民用水销售价格表EB/OL.http:/ 北京市发展和改革委员会.关于调整本市燃气电厂热力出厂价格

115、的通知EB/OL.http:/ T/EES 0001-2021,温室气体排放核算与报告S.32 DB11/T 1785-2020,二氧化碳排放核算和报告要求 服务业S.33 智研咨询.2016-2022年中国酸奶市场运行态势及投资战略研究报告R/OLhttps:/ 中国造纸协会.中国造纸工业2021年度报告R/OLhttp:/www.chinappi.org/reps/202205050.html35 智研咨询.2022-2028年中国皮革行业发展现状调研及未来前景分析报告R/OLhttps:/ IEA.中国区域清洁供暖发展研究报告R/OLhttps:/ 何万宝.农产品干

116、燥加工节能减排工艺及设备J.南方农机,2016,47(06):64-65.38 鄢仲天,杨斌.生产绿色农产品重要意义J.农业与技术,2012,32(11):167-168.39 李笑光.我国农产品干燥加工技术现状及发展趋势J.农业工程技术（农产品加工业）,2014(2):16-20.40 李格萍.基于(火用)理论的粮食干燥系统能量评价法研究D.广东:华南农业大学,2009.41 新华网.习近平在气候雄心峰会上的讲话（全文）N/OL.http:/ 发改委.“东数西算”工程系列解读之三|“东数西算”助力中国数字经济均衡发展Z/OL.浸没式液冷数据中心热回收白皮书 45 https:/ 43 发改委

117、.“东数西算”工程系列解读之六：“东数西算”推动我国新型算力网络体系构建Z/OL.https:/ 智研资讯,2021-2027年中国宁夏枸杞行业市场深度分析及投资规模预测报告R.202145 前瞻产业研究院,2021年中国数据中心行业市场现状与发展趋势分析 能耗过高亟待解决Z/OL.https:/ 进出水温差循环类型用热连续性用热体量热品位需求总得分结论备注天然温室35-45小温差闭式仅冬季小低温50适宜大棚内温度保持，不同日龄大棚有所不同连栋温室35-45小温差闭式仅冬季小低温50适宜大棚内温度保持，不同日龄大棚有所不同烟草繁育40小温差闭式全年小中温40不适宜烟草适宜生长温度在30摄氏度左

118、右淡水鱼养殖30-35小温差闭式全年小低温60适宜部分鱼类例如甲鱼等在较高水温情况下生长较快昆虫养殖30-40小温差闭式仅冬季小低温50适宜黑水虻生长活动所需要温度25-30度，最适湿度为20-30度，温度降至15度以下时生长缓慢或冬眠，低于5度以下死亡。不同昆虫种类不同冬季支持区供暖80小温差闭式仅冬季中高温30不适宜市政管网热水预热80小温差闭式仅冬季大高温50适宜冬季大园区供暖80小温差闭式仅冬季大高温50适宜冬季支持区地暖供暖60小温差闭式仅冬季中中温50适宜冬季大园区地暖供暖60小温差闭式仅冬季大中温70非常适宜市政地暖供暖60小温差闭式仅冬季大中温70非常适宜生活热水55大温差开式

119、全年中中温80非常适宜住宅区，浴场，泳池，酒店，商场等餐厅用水55大温差开式全年中中温80非常适宜化学品加工50-100视情况而定开式/闭式全年大高温60适宜添加剂、中间体、原料药，场景过多过细，不一一列举催化剂生产50-100视情况而定开式/闭式全年大高温60适宜场景过多过细，不一一列举日化60-90视情况而定开式/闭式全年大高温60适宜皂基产品生产电镀40-70大温差开式全年中中温80非常适宜不同材料及电镀液对应需要的热水温度也不同，场景过多过细，不一一列举乳制品发酵4050小温差闭式全年中中温60适宜酸奶发酵所需的保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌需保持活性，最佳发酵温度在4244摄氏度左右。巴

120、氏杀菌60视情况而定开式/闭式全年中中温60适宜巴氏杀菌常规为将牛奶加热到62-65，保持30min茶叶加工50100小温差闭式仅收获期中高温20不适宜绿茶去陈味温度100度，新茶提香温度5070度。仅适用于部分茶叶种类酿酒4050小温差闭式全年中中温60适宜啤酒厂商及白酒厂商需要蒸汽及低温发酵热源烟草烘干3560小温差闭式全年中中温60适宜烟草变黄期(35)、定色期(50)、干筋期(60)制糖业蒸汽小温差开式全年中高温60适宜高温蒸汽使熬糖过程中的糖浆沸腾均匀，不易发苦水产加工45-60小温差闭式仅非禁渔期中中温40不适宜水产烘干熟食加工100/蒸汽大温差开式全年大高温80非常适宜熟食制作肉

121、类加工45-60小温差闭式全年中中温60适宜肉制品烘干其他采暖畜禽舍供暖40小温差闭式仅冬季大中温70非常适宜适宜温度可以提升畜类产奶量及幼崽成活率包装业泡沫箱厂蒸汽大温差开式全年中高温60适宜泡沫箱的成型加工是以蒸汽模塑法成型为主，需要大量蒸汽造纸业造纸厂蒸汽大温差开式全年大高温80非常适宜造纸厂加工过程中的化学品如氢氧化钠溶液，硫酸钠，碳酸钾等都必须用蒸汽加热。此外，生产加工和成形纸、黑浆萃取这些也必须蒸汽印染加工50-100大温差开式全年小高温40不适宜处理、染色、印花以及后整理，洗水等。分散染料要以5055温水调开,活性染料要以6080热水溶解,中性染料要以90100开水溶化。皮革工艺

122、40大温差开式全年小低温80非常适宜鞣制，染色工艺需要低温热水成衣高温定型农产品服务业粮食烘干4060小温差闭式仅收获期大中温60适宜用于烘干粮食，杀死虫卵，解决粮食储存及霉变问题。不同类型的粮食由于含水量的不同对烘干温度要求不同。肉类加工业 屠宰场40100大温差开式全年中高温60适宜屠宰场的圈栏冲洗、淋洗、屠宰及其它厂房地坪冲洗、烫毛、剖解、副食加工、洗油、工作人员淋浴等洗涤30小温差开式全年小低温80非常适宜衣物洗涤烘干60小温差闭式全年中中温60适宜衣物烘干林业木材及生物质烘干3560小温差闭式全年中中温60适宜中药材烘干20-65小温差闭式全年中中温60适宜含挥发油的中药饮片或中草药

123、适用于45-65，多汁药材适用于65-90，花叶状适用于20-45，根部适宜30-65。医院CSSD消毒蒸汽大温差开式全年中高温60适宜医院CSSD全天需要高温蒸汽对医用器械进行消毒污水处理35-50大温差闭式全年大中温80非常适宜低温会影响菌类处理污水的效率，嗜温菌（中等温度通常为15-40），嗜热菌（温度从45-80）海水淡化100小温差闭式全年大高温60适宜蒸馏法进行海水淡化城市淤泥烘干50小温差闭式全年大中温80非常适宜作为优选，所述热的烘干循环空气的温度为60-70，湿度在20%以下，经带式污泥烘干箱处理后进入热泵的湿的低温循环空气温度为50-60，湿度在50%以上。区域供冷溴化锂吸收式空调热源80小温差闭式全年小高温20不适宜第一产业养殖业第二产业第三产业医疗业环保业纺织业纺织业区域采暖生活用水化工农副产品加工业农业