本次节能改造采用的设备为间接蒸发冷却冷水机组。该方案最大限度保持原系统架构，原冷却塔可作为备份使用，安全性得到充分保障。根据运行实测数据，CO2载冷制冷系统年节能65万度，节省电费47万元。水源热泵的应用可行性主要集中在经济性及其投入使用后系统与环境的相互影响作用。而水源热泵是从15℃的机房冷冻水回水吸热，其蒸发温度始终保稳定在8℃左右。
根据中国通信企业协会发布的《关于征集大数据中心高质量发展企业案例的通知》（通企[2022]101号），截止9月30日共收到各类案例63个，经专家遴选，云数据专委会即日起，选择部分典型案例对外发布，并组织案例申报单位于2022年11月14-15日在北京举办的DCIC中国数据中心产业发展大会期间进行经验交流和案例展示，后续组织会员企业负责人到案例现场参访学习。
█ 企业名称
中国电信股份有限公司北京分公司
█ 案例类型
数据中心余热利用、提高能效碳效水效水平
█ 案例简介
2021年度中国电信股份有限公司北京分公司，在亦庄云计算枢纽楼中应用间接蒸发技术、CO2载冷技术及余热回收技术，对大楼进行了综合节能改造，年度节电量在400万度以上，将PUE由1.4降低至1.3。其中间接蒸发技术为北京地区首次规模利用，也是国内首个间接蒸发复合机械制冷的改造案例；CO2载冷技术为国内首次大规模使用。创新技术的使用为北方地区数据中心节能改造提供了良好的案例，具备一定的示范效应。
█ 案例介绍
亦庄云计算枢纽楼位于北京市亦庄经济开发区，是中国电信股份有限公司北京分公司（以下简称北京公司）在京重要的通信枢纽节点，承载了国际互联网出入口以及国家安全项目等重要设施。园区占地面积49.5亩，建筑面积9万平方米，划分A、B、C三个区域，总投资超过10亿元。园区规划用电总需求为12万KVA，A、B、C三个区域分别各配置4万KVA。其中，一期A区4万KVA外电引入，于2015年到位并投入使用。空调机房位于地下三3层，采用集中式冷水机组 房间级空调末端的供冷架构，终期规划9台单机制冷量6300kW（1800rt）的高压离心式冷水机组，并具备冬季使用板式换热器和冷却塔实现自然冷却功能。其中一期已投入运行3台机组，按照两用一备配置。目前园区一期已上架约3500架，改造前的PUE约1.4。
为实现“碳达峰，碳中和”的宏伟目标，提升绿色运营水平，北京公司积极响应国家和集团的号召，率先在北京地区运营商中，创新使用间接蒸发冷水机组、二氧化碳载冷等技术对亦庄云计算枢纽楼进行改造，同时在冬季对IT设备产生的余热进行回收利用为办公区域供暖，改造后大楼整体PUE降低到1.3以下。
DCIC2022中国数据中心产业发展大会
主要技术
（一）间接蒸发冷水机组
蒸发冷却技术是利用空气与水的直接接触，由于两者间的水蒸气分压力差以及温差利用水的蒸发潜热进行制冷，按照被处理空气与水的接触方式不同，蒸发冷却一般可分为直接蒸发冷却与间接蒸发冷却。本次节能改造采用的设备为间接蒸发冷却冷水机组。
在楼顶平台增设10台单台制冷量400kW的蒸发冷水机组接入原冷却水系统，改造示意图见图2，增设供水管和回水管，通过三通实现跟原冷却水供回水管路互通。供回水管路间并联布置10台间接蒸发冷水机组（九用一备）。新增设备的控制系统在原有群控系统上开发，每台均单独设置电动阀控制启停，可实现远程自动监测和控制。该方案最大限度保持原系统架构，原冷却塔可作为备份使用，安全性得到充分保障。由于机组采用模块化设计，可实现工厂预制、现场拼接，施工周期可缩短3个月。
改造后，由蒸发冷水机组代替原有冷却塔，通过控制系统实现在全年不同工况下降低机械制冷机组运行时长和功耗，实现蒸发冷水机组全年节能运行。根据室外湿球温度由低到高，系统可实现完全自然冷却、自然冷却复合机械制冷和机械制冷三3种节能运行模式。下表各种工况下的运行情况及节能效果。
改造前机械制冷系统运行能耗与改造后蒸发冷水机组和机械制冷运行能耗对比见表2。预估系统改造后，空调系统年节电约323万kW·h（水泵和空调末端未进行改造，故其能耗水平可认为改造前后无变化）。按照当前该数据中心执行的北京市大工业用电平均电价0.74元/（kW·h）计算，折合节省电费240万元，制冷因子下降0.12，年均PUE可降至1.28。
（二）CO2载冷技术
CO2常温常压下是气态，在常温一定压力下可以凝结成液体(乃至固体)，压力撤销后迅速蒸发(升华)，带走大量热，达到降温的目的。亦庄云计算枢纽楼建设了一套CO2载冷系统。CO2载冷系统属于间接制冷系统，由R134a制冷端和CO2载冷端两部分构成，制冷侧采用小型磁悬浮变频离心式压缩机制冷；制冷侧和载冷侧通过热交换器进行热量传递，CO2泵供液进入数据机房内的CO2空气冷却器，液态CO2蒸发吸热冷却机房内空气，由原空调风机向地板夹层送风对服务器进行高效冷却。
改造方案为完全保留现有机房空调系统，在楼顶为两间机房增加一套总制冷量为600kW的CO2载冷空调系统，同时在原机房精密空调冷凝器上 端加装CO2冷却器，使原空调冷凝器作为备份使用。
CO2制冷作为制冷行业具有发展潜力的新型技术之一，具有节能、环保、可靠、安全等特点。采用蒸发式冷凝器以及CO2作为载冷剂，提高系统蒸发温度，同时降低冷凝温度大幅度降低制冷系统压缩比，实现整体能耗的降低；利用CO2蒸发潜热大的特性，与现有冷冻水系统相比，所需载冷剂流量大幅降低，从而使泵的能耗大大降低；制冷循环采用变频磁悬浮离心式压缩机制冷，相比传统的离心机组，提高了蒸发器、冷凝器的换热效率。同时管路系统更加简单；CO2具有化学性质稳定、无毒、不可燃、价格低廉的优势，同时其臭氧消耗指数为0，温室效应指数只有1，对环境非常友好。
亦庄云计算枢纽楼应用的CO2 载冷系统可充分利用制冷侧压缩比小、能效高，载冷侧压损小、载冷量大的优势，同时可以更长时间利用自然冷源，应用于数据中心可实现制冷系统整体能耗的大幅度降低。根据运行实测数据，CO2载冷制冷系统年节能65万度，节省电费47万元。
（三）水源热泵技术
水源热泵技术是利用地球表面浅层的水源, 采用热泵原理, 通过少量的高位电能输入, 实现低位热能向高位热能转移的一种技术。水源热泵的应用可行性主要集中在经济性及其投入使用后系统与环境的相互影响作用。
亦庄云计算枢纽楼办公区域夏季制冷由集中供冷系统提供，冬季制热是由水源热泵机组提供。北京冬季供暖时间一般是从11月10日到第二年3月20日约130天，由于园区物业、现场维护班组、客户驻场均为全年7*24小时值守，故整个供暖期内热泵机组需要持续不间断工作，供暖对象包括大厅、物业值班室、维护值班室、客户工作室、会议室、食堂等，同时在卫生间、淋浴室还有24小时生活热水供应。
由于亦庄云计算枢纽楼内没有市政供暖和燃气管路，只能采用空调自采暖方式供暖，故水源热泵节能情况可相比于相同制热量的风冷空调机组。北京冬季室外平均温度为-5至2℃，风冷空调内的冷媒需要克服室外较低的温度，即从室外0℃以下的环境蒸发吸收热量，再经压缩机升压升温到45℃，再通过室内机冷凝放热从而对办公区进行供暖，如此高的蒸发冷凝温差会导致机组压缩机在较高的压缩比工况运行，制热效率较低。而水源热泵是从15℃的机房冷冻水回水吸热，其蒸发温度始终保稳定在8℃左右。提高蒸发温度、降低冷凝温度均可明显提升制热效率。水源热泵的节能表现在两方面，一方面相比于风冷空调在制热时节省的能耗，一方面是给机房额外供冷（即余热回收）所节省的制冷能耗。
水源热泵系统巧妙的将IT设备产生的原本应排放到大气中的低品位热能提升品质，转变为“暖流”进入办公区供暖，不仅大幅提高制热能效减少制热功耗，同时还有效减少机房制冷能耗。经过测算，相比常规风冷空调系统一年可减少能耗约36万度，节省电费26万元。
成效及启示
多种节能技术并举，目前每年节约电量在400万度以上，减少二氧化碳排放2500吨以上，亦庄云计算枢纽楼的PUE由1.4压降至1.3。同时间接蒸发冷水技术在亦庄云计算枢纽楼的应用范围还在逐渐扩大，后续节能效果将更加明显。亦庄云计算枢纽楼应用的间接蒸发冷水项目是该技术在北京地区首次大规模应用，同时也是国内首个间接蒸发冷水技术复合机械制冷联合制冷案例。使用的CO2载冷项目是CO2载冷技术在我国大型数据中心的首次应用。以上技术的应用，对于探索资源节约、环境友好的数据中心高效暖通技术和实现企业降本增效、助力国家实现“双碳”目标具有积极示范性效果。
