数据中心(DC,data center)是现代信息社会的必要基础设施,其运行过程伴随大量的余热生成,且余热资源充足,对余热进行回收利用是实现“双碳”目标的可靠途径。 然而,数据中心余热温度通常低于供热设计温度,可采用热泵技术将数据中心余热品位进行提升用于区域供热。《〈蒙特利尔议定书〉基加利修正案》对我国已正式生效,采用低 GWP 的环境友好工质是未来热泵系统发展的必然选择,其中自然工质 CO2 由于优良的环保特性和热物性引起了广泛关注。
　　还可以发现前人研究的用于数据中心余热回收的热泵回收均采用常规热泵系统。 当采用 CO2 用于供热场景时,回水温度过高导致较大的节流损失,且对数据中心的回风进行冷却过程中蒸发温度恒定,导致换热不可逆损失过大,系统整体性能偏低。
　　作为制冷行业二氧化碳配件的领军者，Castel继续布局和研发新型冷媒和二氧化碳冷媒的阀件。对未来数据中心CO2制冷将起到关键作用。
　　国内有机构为实现数据中心绿色高效制冷,并提高能源综合利用率,提出了集成机械过冷和双温蒸发技术的 CO2 数据中心冷却供热系统(DMS-DE)。
　　单温蒸发机械过冷 CO2 数据中心冷却供热系统原理如图1所示。
　　系统由 CO2 循环和过冷循环构成。 基于 CO2 循环,在其气体冷却器出口设置过冷循环,即采用常规制冷剂的蒸气压缩循环,采用 R1234yf 作为制冷剂,蒸发器为 CO2 系统的过冷器,以降低 CO2 节流前的温度,减小 CO2 的节流损失,气体冷却器和冷凝器用于加热回水,为用户供热。
　　双温蒸发机械过冷 CO2 数据中心冷却供热系统原理如图2 所示。
　　在单温蒸发机械过冷 CO2 数据中心冷却供热系统的基础上,增加了一个蒸发器和一个引射器。从过冷器流出的 CO2 作为一次流进入引射器,引射高温级蒸发器流出的二次流并混合。从引射器流出的气液两相 CO2 进入气液分离器,分离出的饱和液体分为两股,一股经节流阀减压进入低温级蒸发器,另一股直接进入高温级蒸发器,并与气液分离器分离出的饱和蒸气汇合进入压缩机。数据中心机房回风依次流过高温级和低温级蒸发器,实现空气的双温蒸发梯级冷却。
　　研究表明，基于机械过冷的双温蒸发 CO2 数据中心冷却供热系统(DMS-DE),解决了供热工况较高的回水温度下系统性能衰减的问题,并改善了蒸发器空气侧换热过程的温度匹配,使数据中心余热得到高效利用。与基本 CO2 系统(Base)和单温蒸发机械过冷 CO2 系统(DMS-SE)的热力学性能进行综合对比,并 进 一 步 分 析 了 各 系 统 全 生 命 周 期 的 碳 排(LCCP),主要结论如下:
　　1)DMS-SE 和 DMS-DE 的COP随过冷度和排气压力均先增大后减小,两系统均存在最大COP、最优过冷度和排气压力。
　　2)采用机械过冷技术和双温蒸发技术可显著提升系统 COP。在送风温度为22 ℃时,DMS-DE的COP 高达6. 76, 相对Base和DMS-SE 分别提高14.1%和 9.0%。
　　3)采用机械过冷技术和双温蒸发技术可降低系统 损,提高系统 效率。在额定工况下,DMS-DE效率相对 Base 和DMS-SE分别提高13. 24%和4.31%。
　　4)DMS-DE 的 LCCP 最低,DMS-DE在北京使用时的碳排放量为3312.4t,比Base和 DMS-SE分别降低 16. 1%和 9.3%。
　　这些成功应用对推动低碳工质CO2在数据中心上的应用发展提供了宝贵借鉴。未来，卡士妥将继续秉持绿色发展理念，推动技术创新与产品升级，为更多行业的可持续发展做出更大贡献。