集腋可否成裘？—浅谈IDC余热利用

此外，通过余热回收，采用水冷作为冷源的数据中心，冷却塔、冷却水泵等设备将作为备份冷源使用，这样在采暖季可节省冷却塔耗水量、冷却塔耗电量、冷却水泵耗电量及设备运行维护费用，粗略估计，节省的水电及维护费用可达到热泵运行费用的50%。

3、低温发电余热回收

低温发电技术的热力学过程为朗肯循环，循环过程与热电厂水蒸气发电相类似，不同之处在于将水蒸气变为有机工质，把汽轮机变为螺杆膨胀机或涡旋膨胀机，又可称之为有机朗肯循环。它由蒸发器、膨胀机、冷凝器、工质泵四大部件组成，如图5所示，有机工质在蒸发器中吸收余热源的热量，由液态转化为高温高压的气态；随后进入膨胀机中推动膨胀机旋转，将热能转化为机械能，膨胀机与同步发电机相连，带动发电机发电；工质通过膨胀机后变为低温低压的气态工质，随后进如冷凝器中冷凝，变为液态工质；液态工质通过工质泵打入蒸发器中继续参与循环。

整个低温发电理想循环过程可以将蒸发与冷凝过程看作为等压过程，膨胀与升压过程看作为等熵过程，四个主要过程具体如下：a-b表示工质蒸气推动膨胀机的做功过程；b-c表示工质蒸气在冷凝器中的冷凝过程；c-c'表示工质加压泵的等熵升压过程；c'-d-e-a表示蒸发器与低温热源热交换时的吸热过程；图中，a-b-c-c'-d-e-a的面积表示系统产生膨胀功的大小，系统中膨胀机与发电机通过传动作用，将机械功传递，进而转化为电能。

图6低温有机朗肯循环发电流程图与T-s图

低温发电技术利用了有机工质低沸点蒸发的热物理性质，余热源的温度达到60℃即可推动膨胀机转动完成热-功-电之间的转换。目前较大装机容量的低温余热发电机组的热电转化效率可以达到10%，小容量的可以达到5%左右。对于数据中心的机房来说，可以考虑在每一个MDC模块内设置一台小型余热发电机组。如图6所示，以单个机柜为例，机组的具体形式如下：蒸发器与上文所述中高温热泵直接取热的形式相类似，利用蛇形盘管接触服务器换热，不同之处在于盘管设置为进口管径细且出口管径粗的形式，便于工质蒸汽膨胀；经膨胀机旋转带动发电机发电以后可通过整流逆变模块将电能输送到蓄电池中存储，也可以直接利用产生的电能，即用于MDC内管控、照明等用电。在冷凝器侧，有机工质需要外部冷源冷却才能变为液态继续循环，可以利用空调盘管的冷冻水回水对有机工质进行冷却。

图7机柜取热低温余热发电流程图

同样，以R18微模块为例，若单个MDC蒸发器的吸热量为48 kW，一个大IT机房12个MDC总吸热量为576 kW，由于余热源温度不高，蒸发压力若按60℃计算，发电效率按4.0%计算，总发电功率为23.04 kW，一天内的总发电量约为553 kWh，可以满足IT机房内管控和照明的用电量。

低温余热发电系统虽然能够产生电能，但也会消耗一些电能。系统中唯一的耗电点为工质泵，目前工质泵还没有小型化，大型化的余热发电机组中工质泵的耗电比例约占总发电量的10%左右。虽然这种发电形式出投资会很高，但是它将余热转化为了电能，对于能量利用来说有着重要的意义。目前低温余热发电技术已经应用于石化行业、钢铁冶金行业、水泥行业的余热回收中，为企业制造经济效益的同时也为节能减排作出了贡献。此技术经过改进应用于数据中心的余热回收中也是十分有发展前景的。

4、吸收式制冷余热回收

吸收式制冷技术是利用溴化锂水溶液具有在常温下强烈的吸收水蒸气，在高温下又能将所吸收的水分释放出来的特征，以及水在真空状态下蒸发时，具有较低的正发温度和吸热效应来实现制冷的。吸收式制冷装置由发生器、冷凝器、节流阀、蒸发器和吸收器等设备组成，组成了两个循环，即制冷剂循环和吸收剂循环。如图7所示，发生器内的溴化锂水溶液由于外部热源加热，溶液中的水气化为水蒸气（水的沸点低于溴化锂很多）；水蒸气进入冷凝器中备冷却水冷却，凝结为冷剂水；冷剂水净节流阀降压后进入蒸发器；蒸发器中低压制冷剂水与冷媒水发生换热气化，产生制冷效应；低温冷剂水蒸气进入吸收器中被溴化锂溶液吸收变为稀溶液，由溶液泵送到发生器中继续参与循环。

图8吸收式制冷原理图

溴化锂吸收式制冷技术除了溶液泵耗少量电以外，均利用的是外部余热源，此外还需要冷却水完成溴化锂水溶液的循环。溴化锂吸收式制冷装置以水作为制冷剂，以溴化锂作为吸收剂对于环境无破坏作用；装置结构简单，制造方便，在真空状态下运行，无危险；外部热源需要75℃以上的热水，对于数据中心的余热来说，目前还不能满足，但理论上存在着将吸收式制冷应用于数据中心余热回收的可能性，所以此方案不失为一个合理的猜想。

总结

目前绝大部分数据中心产生的大量的热能并没有被充分利用，而是白白的浪费掉，甚至，我们为了“处理”掉这些热能，付出更多的能源，这既不经济也不环保。在这个追求极致能效的时代，如何行之有效地将数据中心产生的大量余热进行规模化的再利用，产生经济价值和环保价值，相信很快就有答案。

（编辑：温州站长网）

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