问题：数据中心“低品位余热”长期被忽视，能源浪费与环境压力叠加 近年来，云计算、移动通信和算力需求快速增长，数据中心规模不断扩张；机房设备全年连续运行，产生稳定且可观的散热量。不同于工业高温余热，数据中心排出的多为温度较低、分散且持续的低品位热量，往往仅通过冷却系统直接排向环境。城市建成区，这种“直排”既意味着电能被继续消耗，也会在一定程度上增加局部热环境压力。如何将机房内分布的热量实现“回收、提质、再利用”，已成为节能降碳与绿色算力建设的关键切入点。 原因：热源温度不高、负荷波动明显、传统系统“冷热各自为战” 一上，服务器排风温度多30℃至40℃，直接供暖或驱动制冷的能力有限，需要提升温度品位才能拓展应用。另一上，数据中心负荷存昼夜和季节波动，余热供给与周边建筑用能需求在时间上往往不完全匹配，使系统在工程设计、控制策略与经济性上面临挑战。同时，许多既有机房仍采用传统制冷架构，冷源侧与热源侧相互独立，难以形成协同运行，整体效率受限。 影响：余热若能规模化利用，可兼顾降碳、降本与城市能源韧性 在“双碳”目标背景下，数据中心既是重要的新型基础设施，也是用能管理的重点领域。推动余热利用可降低制冷系统能耗，减少化石能源消耗及有关排放，并为周边建筑提供供暖、供冷与生活热水等低碳能源，增强城市综合能源系统的灵活性与韧性。更进一步，余热回收有望让数据中心从“单一耗能体”转变为“参与区域能源调配的能源节点”，在区域协同中释放新的减排空间与商业模式。 对策：构建“提质—减负—利用”三级链条，实现冷热多场景输出 针对上述痛点，研究团队提出由二氧化碳热泵、机械过冷辅助循环与溴化锂-水吸收式制冷组成的集成系统，打通从低品位余热到可用冷、热、热水的全流程路径。 第一环节是“提质”。系统利用二氧化碳热泵从服务器出口风等低温热源回收热量，经热泵提升温度后输出60℃以上热水，可用于供暖或作为后续热驱动设备的高位热源。选用二氧化碳工质，有助于在较小温差下实现高效换热，并兼顾环境友好与运行安全等要求。 第二环节是“减负”。在二氧化碳热泵冷凝端引入机械过冷辅助循环，通过混合工质喷射冷却等方式进一步降低冷凝温度，从而降低压缩机功耗并优化工质循环量，提升系统综合性能系数。该环节的核心是降低热泵系统的关键能耗，为全年连续运行提供更好的经济性支撑。 第三环节是“利用”。夏季，热泵产出的约60℃热水可驱动溴化锂-水吸收式制冷机组，为周边办公等建筑提供约7℃冷冻水，实现“用热制冷”，缓解电驱制冷的峰值负荷；非供暖季，热源也可用于制备约50℃生活热水，满足员工洗浴与清洁等需求，提升余热利用的全年连续性。 为验证系统效果，研究团队基于能量、火用与经济性等模型，对冬夏典型工况开展模拟，并重点比较机械过冷循环中多种混合工质的表现。结果显示，部分混合工质组合可提升效率，系统火用破坏量较单一工质方案明显下降，所需换热设备规模也相应减少。在性能与安全兼顾的前提下，相关组合在泄漏风险控制和环境指标上表现更优。经济性方面，吸收式制冷机组投资构成中占比较高，但通过工质与系统匹配优化，可将投资回收期缩短至更可接受的区间，为工程推广提供支撑。 前景：从单体机房走向区域协同，关键在标准化与智慧化调控 据介绍，该集成方案已在北京某大型数据中心开展试点应用，初步实现年节约标准煤约120吨、减少二氧化碳排放约320吨。业内人士认为，余热利用要从“能用”走向“好用、常用”，下一步需在三上持续推进：一是完善控制策略，实现热源侧与负荷侧的双向调节，适应数据中心负荷与建筑用能的动态变化；二是推进模块化、标准化设备集成，降低设计与运维复杂度，形成更可复制的工程路径；三是与区域能源系统深度耦合，探索与地源、光伏、储能等多源互补的综合供能模式，提高全年利用率与综合收益。
从被废弃的“工业代谢物”到可循环的“城市能源”，数据中心余热利用技术的突破，不仅展示了节能减排领域的技术进展，也为绿色发展背景下的能源系统转型提供了新思路。当技术创新与生态需求形成更紧密的联动，每一次看似细微的能效提升，都会为人与自然和谐共生的现代化积累更扎实的动能。