周利军张立江2刘莉莉”娄小军杨宇文”高萌）（
摘要针对数据中心常用的水冷式冷水机组热交换器冷却塔的制冷系统，分析数据中心余热回收系统设计要点-分析水源热泵机组热源侧（或效热侧）和使用侧水温对系统制热COP的影响，结合设计规范，给出不同供暖末端的推荐供/回水温度和温差网述余热目收系统3种取热形式的特点-从系统投资-自控 简便角度推荐采用回收冷却水余热的方式-指出合理确定余热目收系统热源容量不应以峰值负荷为选型依据，应综合冬季供吸热负荷逐时特性等因素确定且应特别关注输配系统侧的能耗和投资，供暖系统半径较大时宜采用二级泵系统.
关键词数据中心：热系：冷水机组：余热回收：负荷
Zhou LijunZhang Lijiang?Liu Lili²Lou Xiaojun'Yang YuwenGao Meng" ( China Molile Gnup Design Insititute Co. Lad.) ( China Mobile Communications Grup Co. Id.)
ABSTRACT Aiming at the refrigeration system of water-cooled chiller heat exchanger coolingtower monly used in data centers the design points of data center waste heat recorery syslem are discussed. The influence of the heat source side and user side water temperature of the watersource heat pump unit on the unit's heating COP are analyzed bined with the design specifications the remended supply and returm waler temperalures and temperalure differences at different heating ends are given. The characteristis of three diferent heal extraction foms of thewaste heat recovery system are described. From the perspective of system investment and automatic control cooling watler is remended for heat extraction. Reasonable determination of the heatsoure capacity of the waste heal recovery syslem should not be based on peak load selection itshld be detemind by factors such as the hourly load charateristis of the heating seasn andspec:ial atention should be paid to the energy consumption and imvestmt on the transmisi and distribution system side. The secondary pump system should be adopted while the system radius islarge.
KEY WORDS data center; heat pump; chiller; waste heat recovery; load
供热项目在欧洲很普遍，采用该方式供热，在冬季温度-20℃以下的区域仍可满足使用需求.李俊等”针对“云计算”工业园区的特征提出了采种水源热泵区域供热方案，并进行了能耗比较. 用回收电厂冷却水和“云计算中心"冷冻水余热2
2020年3月.我国明确指出要加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度.随着数据中心建设进度的加快数据中心能耗快速增长，将数据中心的余热回收，通过热泵将其作为供暖的热 源是非常适宜的.以数据中心余热为热源的区域
笔者从热源侧和使用侧水温、取热形式等角度，对数据中心余热回收系统的设计要点进行分析，
1余热回收系统供/回水温度选择
目前大中型数据中心常采用以水冷式冷水机组热交换器冷却塔的制冷系统，为减少无效的潜热损失和延长自然冷源利用时间，工程上采用的冷冻水供水温度通常在12℃以上，为回 收数据中心低品位余热，通常采用水源热泵机组提升水温后，供空调末端设备或散热器使用.
1.1水温对制热COP的影响
在系统冷冻水和冷却水流量恒定的条件下，热泵机组制热性能系数（COP）随热源侧进/出水 温度和使用侧进/出水温度的变化而变化.图1所示为制冷量为400Rt（1406kW）的热泵机组制热性能系数随使用侧出水温度和热源侧进水温度的变化-由图可知，制热COP随着热源侧进水温度 的升高和使用侧出水温度的降低而升高，热源侧进水温度的升高对制热COP的影响程度随着使用侧出水温度的逐渐升高面减弱，例如，使用侧进/出水温度为40℃/45C时，热源侧进/出水温度由15℃/10℃提高到19℃/14℃时，制热COP增幅 为11.1%，面使用侧进/出水温度为55C/60℃时.制热C0P增幅仅为5.6%.
图1制热COP随使用侧和热源侧水温的变化
1.2使用侧进出水温差对制热COP的影响
在热源侧进/出水温度恒定（17℃/12C）的情况下，使用侧进出水温差对机组制热COP的影响见图2，由图可知，在使用侧出水温度一定的条件下，进出水温差为5℃和10C的制热COP基本相同，温差对COP几乎无影响.但使用侧出水温 度从55C升高到60℃后，热泵系统COP值却从4.4降至3.7.可见使用侧出水温度对热泵系统COP值有较大的影响.
GB50736-2012民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》第5.3.1条指出，散热器供暖系统应采用热水作为热媒；散热器集中供暖系统宜按 75℃/50C连续供暖进行设计.且供水温度不宜大于85℃.供回水温差不宜小于20℃.第5.4.1条指出.热水地面辐射供暖系统供水温度宜采用35-45C，不应大于60℃：供回水温差不宜大于10℃，且 不宜小于5℃.第8.5.1条指出，采用市政热力或锅炉供应的一次热源通过换热器加热的二次空调热水时，其供水温度宜根据系统需求和末端能力确定.对于非预热盘管，供水温度宜采用50-60℃，用于严寒地区预热时，供水温度不宜低于70℃.空调热 水的供回水温差，严寒和寒冷地区不宜小于15℃，夏热冬冷地区不宜小于10℃.
图2制热COP随使用侧进/出水温差的变化
性能的影响，参考国家相关标准规范，数据中心余 通过分析进/出水温度对水源热泵机组制热热回收系统热水供水温度应低于55℃，在严寒地区或寒冷地区，以散热器供暖为主的建筑，供水温度较低和供回水温差较大会增加散热器片数、供/ 回水温度推荐采用55C/50℃.以热水地面辐射和空调供暖为主的建筑，推荐供水温度低于50℃，供回水温差采用10℃.
2余热回收系统取热形式选择
组板式换热器冷却塔的形式为服务器全年供 通常，数据中心冷源系统采用水冷式冷水机冷，余热回收系统单独设置热泵机组回收余热为建筑供暖.在非采暖工况下，数据中心水冷式冷水机组承担服务器的热量，最后经冷却塔散到大气中.在采暖工况下，大中型数据中心余热回收 系统采用热泵机组回收余热，取热形式有回收冷却水余热和回收冷冻水余热.
图3（a）所示为冷却水取热原理图，该方案在机
房水系统中的自然冷源板式换热器（简称“板换”）后串联一级热回收板式换热器，冷却塔低温水经过自然冷源板换与冷冻水换热升温后，再通过热回收 板换放热，热泵机组完成对数据机房低位热源的热回收.该方案仅需在数据中心冷源机房内增加热回收板换即可完成对冷却水热量的回收.虽然热回收板换出口温度：受热泵机组用热端负荷变化面波 动.但最后通过冷却塔出水管的温度传感器控制冷却塔风机转速，可始终保证冷却塔出水温度维持在设定值，满足数据中心供冷需求.不足之处是冷冻水通过两级板换（板换温差1-2C），最终进入热泵机组的水温将比冷冻水低3左右，同时该系统 为开式系统，会增加一定的运维工作量.
图3（b）所示为并联冷冻水取热原理图，该方案将机房水系统中的自然冷源板换与热回收板换井联，每台热回收板换需对应增加一台循环水泵，热回 收板换直接与冷冻水换热后，进人热泵机组，冷冻水温仅降低一次，热泵机组的效率比回收冷却水的高.该系统散热末端由于受室外温度波动影响，热回收板换冷冻水供水温度会存在一定幅度波动，与自然冷源板换冷冻水供水混合后送至空调末端，这会给 冷源系统自控带来一定的复杂性，尤其是在散热末端需热量很小的情况下，热泵机组减载到无法调节时，自控系统需持续调节自然冷源板换的供水温度，以保障混合的水温满足机房空调末端的要求.
图4所示为串联冷冻水取热原理图，该方案将机房水系统中的自然冷源板换与热回收板换串联，无需单独增加循环水泵，热回收板换直接与冷冻水换热后.进入热泵机组，冷冻水温仅降低一次，热泵机组的效率比回收冷却水的高.该系统散热末端由 于受室外温度波动影响，热回收板换冷冻水出口温度：会存在一定幅度波动，之后会进人自然冷源板换进行降温，即使在散热末端需热量很小的情况下，仅通过调整冷却塔的出水温度即可保障机房空调末端的水温，自控系统也相对简单一些.但是数据中 心冷冻水侧通常采用环形管网或2套分集水器来保证管路可靠性，热回收板换数量很难做到与自然冷源板换一一对应串联，这将导致水力平衡较难实现.
上述3种取热模式在数据中心余热回收系统设计中均可应用，各有利整，从便于控制、系统简 单、对数据中心冷源系统影响小的角度出发，建议从冷却水侧取热，无须新增动力设备，冷源系统侧自控策略无须增加.
（a）冷却水取热
图3余热回收系统流程图
图4余热回收系统原理图-串联冷冻水取热
3余热回收系统热源容量配置
热泵机组设计容量的确定是余热回收系统配
置的关键.如果选择机组容量太大，导致热泵机组设备及相应的循环设备费用增加，面且当数据统运行时间缩短：如果选择机组容量太小，回收的 中心服务器发热量太小时，机组无法正常启动，系余热可能无法满足大多数时间供热需求.
京某数据中心余热回收系统设计，室外土建工程和管道投资占比高达35%以上.因此，当系统作用半径（即热源至末端用户的距离）大、各环路的 设计水流阻力较大时，余热回收系统宜按区域或系统分别设置二级泵.并应详细测算室外输配系统投资对经济性的影响-
在确定余热回收热泵机组容量时，不应将峰值热负荷作为选型的依据.应详细计算整个供热 季的逐时负荷，杨柳闸述了某“云计算”园区建筑群的负荷特性，指出在整个供热季（供热时间08:00-22:00）有接近85%的时间系统负荷率低于40%，而系统负荷率大于80%的时间仅有7h.因此，在实际设计中，应详细分析供热季逐时负荷 变化特性和日负荷变化特性，并考虑园区各建筑的同时使用系数，完全可以采用低于100%的保障率，使热源容量降低，较长时间运行在部分负荷下，提高系统能效，降低热源部分的初投资.
5结论
1）以热泵机组回收数据中心余热的系统供回水温度应根据供热末端进行选择，且供水温度不应高于55℃；
2）余热回收系统从冷却水和冷冻水取热都有荐从冷却水取热； 应用，各有利，综合初投资和系统控制方便推
3）合理的余热回收热源容量不应以峰值负荷为选型依据，应综合供暖季逐时负荷特性等因素确定：
4）应关注室外部分的余热回收输配系统能耗和投资，系统半径较大宜采用二次泵系统.
在数据中心未投产时，服务器无发热量可用，余热回收系统同期还须配置备用热源，一般采用燃气锅炉，为了降低整个系统投资，有条件的可采用室外型一体化锅炉，避免建设锅炉房，降低投资效益.
参考文献
[1] PERSSON U WERNER S. Districst heating in sequentialenergy supply [J] . Applied Energy .2012 95: 12331.[2]李俊.郑洁，杨柳.重庆某“云计算“工业园区余热利[3]娄小军，数据中心水冷冷冻水系统能效分析[J].建 用方案研究[]-制冷与空调.2016 16（10)：57-60.筑节能 2018 46( 1) : 19-20.[4]民用建筑供暖通风与空气调节设计规范：CB50736-[5]杨柳.“云计算”工业园区余热利用系统研究[D]. 2012 [s].重庆：重庆大学.2014：29-30.
4余热回收输配系统
余热回收系统中，受热泵机组热源侧温差限制，图3中热回收板换的两侧无法采用大温差运行.一般数据中心余热回收所用热泵机组热源侧进出水温差为5-7C，在园区有多个需热建筑群时，输配 系统管道直径会很大.据测算，一个20万m的园区建筑群，按热源侧进出水温差6℃考虑，输配管道直径可达到DN600（外径可达720mm）.较大的管道会带来室外管线排布困难，室外工程投资较大.据测算2根DN600直埋管的一组固定支 墩、一组检查井土建投资约40万元.笔者参与北
