CN107741104A - 数据中心余热回收供能***和数据中心 - Google Patents

数据中心余热回收供能***和数据中心 Download PDF

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CN107741104A CN201711007870.1A CN201711007870A CN107741104A CN 107741104 A CN107741104 A CN 107741104A CN 201711007870 A CN201711007870 A CN 201711007870A CN 107741104 A CN107741104 A CN 107741104A
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cold
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周天宇
张炳华
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Abstract

本申请实施例公开了数据中心余热回收供能***和数据中心。该***的一具体实施方式包括：数据中心余热回收制冷***，用于回收数据中心输出的高温冷却液，并利用换热器将高温冷却液的热量传递到吸收式制冷机，以使吸收式制冷机吸收高温冷却液的热量制取为待冷却装置降温的冷量；数据中心余热回收供热***，用于回收数据中心输出的高温冷却液，并利用换热器将高温冷却液的热量传递到待加热装置；其中，数据中心包括多个液冷机柜，各液冷机柜吸收数据中心的热量以形成高温冷却液。该实施方式实现了回收利用数据中心的液冷机柜产生的热量制冷或供热，提高了能源的利用率。

Description

数据中心余热回收供能***和数据中心
技术领域
本申请实施例涉及节能技术领域，尤其涉及数据中心余热回收供能***和数据中心。
背景技术
近年来，随着信息化社会的高速发展，各种互联网数据中心、云计算数据中心等各种大型服务器集群建设也得到了快速发展，随之而来的数据中心的能耗也增长迅速。数据中心的能耗涉及多个方面，据统计空调***的能耗约占总能耗的三分之一。
目前，数据中心的空调制冷方式通常采用液冷或者风冷把各电子设备的散热排放到空气中，这会造成能耗的增加和环境的污染。虽然，目前也存在对数据中心热量回收利用的方法，但是数据中心回收的热量利用方案通常仅限于如下两种：一、是在冬季辅以热泵***将数据中心余热用于办公建筑供热；二、是在冬季利用较高温度的回水对室外管道加热，保证其不结冻。
发明内容
本申请实施例的目的在于提出一种数据中心余热回收供能***和数据中心。
第一方面，本申请实施例提供了一种数据中心余热回收供能***，该***包括：数据中心余热回收制冷***，用于回收数据中心输出的高温冷却液，并利用换热器将高温冷却液的热量传递到吸收式制冷机，以使吸收式制冷机吸收高温冷却液的热量制取为待冷却装置降温的冷量；数据中心余热回收供热***，用于回收数据中心输出的高温冷却液，并利用换热器将高温冷却液的热量传递到待加热装置；其中，数据中心包括多个液冷机柜，各液冷机柜吸收数据中心中的电子设备产生的热量以形成高温冷却液。
在一些实施例中，换热器包括第一进液端和第一出液端；第一进液端与数据中心的高温冷却液的输出端连通，以输入高温冷却液；第一出液端输出低温冷却液至数据中心，以使各液冷机柜利用低温冷却液吸收数据中心中的电子设备产生的热量。
在一些实施例中，热换器还包括第二进液端和第二出液端；在数据中心余热回收制冷***中，换热器通过第二进液端和第二出液端与吸收式制冷机的发生器形成第一循环回路，以使换热器为吸收式制冷机提供热量。
在一些实施例中，数据中心余热回收供热***还包括冷却塔；吸收式制冷机的吸收器与冷却塔形成第二循环回路，且吸收式制冷机的冷凝器与冷却塔形成第三循环回路，以使冷却塔向吸收器和冷凝器提供冷却水；吸收式制冷机的蒸发器与待冷却装置形成第四循环回路，以使吸收式制冷机为待冷却装置提供冷量。
在一些实施例中，数据中心余热回收制冷***还包括辅助加热器；辅助加热器连接在换热器的第二出液端与吸收式制冷机的发生器之间，用于将第二出液端输出的液体加热到预设温度。
在一些实施例中，还包括第一水泵、第二水泵和第三水泵；第一水泵用于驱动数据中心输出的高温冷却液流向换热器；第二水泵用于驱动换热器的第二出液端输出的冷流体流向吸收式制冷机或待加热装置；第三水泵用于驱动吸收式制冷机中的吸收器和冷凝器输出的冷却水流向冷却塔。
在一些实施例中，热换器还包括第二进液端和第二出液端；在数据中心余热回收供热***中，换热器通过第二进液端和第二出液端与待加热装置形成第五循环回路，以使第二出液端向待加热装置输出提供热量的冷流体。
在一些实施例中，换热器包括板式换热器。
在一些实施例中，吸收式制冷机包括溴化锂吸收式制冷机。
第二方面，本申请实施例提供了一种数据中心，包括上述的数据中心余热回收供能***。
本申请实施例提供的数据中心余热回收供能***和数据中心，数据中心中包括用于为电子设备降温的液冷机柜，数据中心余热回收制冷***可以利用换热器将数据中心输出的高温冷却液的热量传递到吸收式制冷机，吸收式制冷机可以吸收数据中心的热量制取低温冷却液，为待冷却装置提供冷量；数据中心余热回收供热***可以利用换热器将数据中心输出的高温冷却液的热量传递到待加热装置，从而实现在满足数据中心散热的同时回收二次利用数据中心的余热制冷或制热，提高了能源的利用率。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1A示出了根据本申请的数据中心余热回收供能***的一实施例的结构示意图；
图1B示出了图1A中的数据中心余热回收制冷***的结构示意图；
图1C示出了图1A中的数据中心余热回收供热***的结构示意图；
图2A示出了根据本申请的数据中心余热回收供能***中的数据中心余热回收制冷***的另一实施例的结构示意图；
图2B示出了根据本申请的数据中心余热回收供能***中的数据中心余热回收供热***的另一实施例的结构示意图；
图2C示出了图2A中的吸收式制冷机的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
请参考图1A，其示出了根据本申请的数据中心余热回收供能***的一实施例的结构示意图。如图1A所示，本实施例中的数据中心余热回收供能***100可以包括数据中心余热回收制冷***110和数据中心余热回收供热***120。其中，图1A中的数据中心余热回收制冷***110具体地可以如图1B所示，该数据中心余热回收制冷***110可以包括数据中心的各液冷机柜101、换热器102、吸收式制冷机103和待冷却装置104。图1A中的数据中心余热回收供热***120可以如图1C所示，该数据中心余热回收供热***120可以包括数据中心的各液冷机柜101、换热器102和待加热装置105。
在本实施例中，数据中心中通常可以设有多个液冷机柜101，数据中心中的计算机、控制台等电子设备可以设置在液冷机柜101中，以便于液冷机柜101的液冷末端可以吸收电子设备中的CPU和GPU等产生的热量。液冷机柜101中的冷却液吸收热量后温度会相应地升高形成高温冷却液，并且将形成的高温冷却液从数据中心的高温冷却液的输出端输出，从而实现为数据中心中的各电子设备降温。可以理解的是，液冷机柜101的液冷末端可以靠近电子设备中的CPU和GPU等设置，从而使得液冷机柜可以就近冷却电子设备，提高数据中心的PUE(Power Usage Effectiveness，能源使用效率)值。上述数据中心余热回收制冷***110可以回收数据中心输出的高温冷却液，并利用换热器102将高温冷却液的热量传递到吸收式制冷机103，并且该吸收式制冷机103可以吸收高温冷却液的热量制取低温冷却液，该低温冷却液可以为待冷却装置104提供用于降低待冷却装置104的温度的冷量。
具体地，在数据中心余热回收制冷***110工作的过程中，上述数据中心中的液冷机柜101产生的高温冷却液可以输出到换热器102，换热器102通过热交换将高温冷却液中的热量传递到冷流体侧，从而使得冷流体的温度升高，并将温度升高后的冷流体输出到吸收式制冷机103，从而使得吸收式制冷机103可以从输入的冷流体吸收热量，并利用所吸收的热量为待冷却装置104制冷。例如，上述待冷却装置104可以为办公楼等建筑的制冷***，上述吸收式制冷机103形成的低温冷却液可以输出到办公楼等的制冷***，从而实现在满足数据中心散热的同时，将数据中心回收的余热二次利用为办公楼等供冷，提高了能源的利用率。
通常，数据中心机房内可以设有服务器液冷机柜、网络液冷机柜、控制台液冷机柜等多种液冷机柜。各液冷机柜101可以存放计算机和相关控制设备的物件，各液冷机柜101除了起到散热作用外，还可以提供对存放设备的保护，屏蔽电磁干扰，有序、整齐地排列设备，方便以后维护设备。进一步地，液冷机柜101中用于为CPU和GPU降温的冷却液可以为去离子水、乙醇等，从而可以避免发生冷却液泄露造成的电子设备故障。
在本实施例中，对于数据中心中的各液冷机柜101输出的高温冷却液，数据中心余热回收供热***120同样地可以回收数据中心输出的高温冷却液，而后该数据中心余热回收供热***120中的换热器102可以通过热交换将数据中心输出的高温冷却液的热量传递到待加热装置105，从而使得待加热装置105的温度升高。
具体地，在数据中心余热回收供热***120工作的过程中，上述数据中心中的液冷机柜101产生的高温冷却液可以输出到换热器102，换热器102通过热交换将高温冷却液中的热量传递到冷流体侧，从而使得冷流体的温度升高，并将温度升高后的冷流体输出到待加热装置105，从而使得待加热装置105的温度升高。例如，上述待加热装置105可以为办公楼等建筑的供暖***，上述换热器102输出的高温冷流体可以输出到办公楼等建筑的供暖管道，从而实现在满足数据中心散热的同时，将数据中心回收的余热二次利用为办公楼等供暖，提高了能源的利用率。
本申请的上述实施例提供的数据中心余热回收供能***100，其中的数据中心余热回收制冷***110可以回收利用液冷机柜101吸热后生成的高温冷却液，换热器102可以将高温冷却液中的热量传递到吸收式制冷机103，该吸收式制冷机103可以利用该热量制取低温冷却液为待冷却装置104降温；数据中心余热回收供热***120可以回收的数据中心的余热经换热器102传递到待加热装置105，从而可以实现回收利用数据中心中的液冷机柜的余热制冷或供热，提高了能源利用率。
请继续参考图2A和图2B，其中，图2A示出了根据本申请的数据中心余热回收供能***中的数据中心余热回收制冷***的一实施例的结构示意图，图2B示出了根据本申请的数据中心余热回收供能***中的数据中心余热回收供热***的一实施例的结构示意图。如图2A所示，本实施例中的数据中心余热回收制冷***210可以包括液冷机柜201、换热器202、吸收式制冷机203、待冷却装置204、冷却塔206和辅助加热器207。如图2B所示，本实施例中的数据中心余热回收供热***220可以包括液冷机柜201、换热器202和待加热装置205。
在本实施例中，上述换热器202可以包括第一进液端A和第一出液端B，如图2A所示，该第一进液端A可以与数据中心中的各液冷机柜201产生的高温冷却液的输出端C相连通，从而使得液冷机柜201输出的高温冷却液可以输入换热器202的第一进液端A。换热器202获取高温冷却液后可以将该高温冷却液的热量通过热交换的方式传递到冷流体，使得高温冷却液的温度降低形成低温冷却液，并且低温冷却液可以从换热器202的第一出液端B输出至数据中心，数据中心中的各液冷机柜201可以通过D口接收到低温冷却液，并利用低温冷却液再次吸收数据中心中的各电子设备产生的热量。
进一步地，上述换热器202还可以包括第二进液端E和第二出液端F，如图2A。上述换热器202通常为间接换热设备，如板式换热器，因此在换热器202中，AB之间的液体和EF之间的液体只存在热交换而不连通。上述吸收式制冷机203可以包括发生器2031、吸收器2032、冷凝器2033和蒸发器2034等，如图2C所示。在数据中心余热回收制冷***210中，换热器202可以通过第二进液端E和第二出液端F与吸收式制冷剂203的发生器2031形成第一循环回路，如图2A所示，上述换热器202的F口可以向上述吸收式制冷机203的A’口输出高温冷流体，从而使得换热器202可以为吸收式制冷机203提供其所需要的热量。可以理解的是，上述吸收式制冷机203的发生器2031需要的热量较多，当换热器202的F口输出的高温冷流体提供的热量不足时，需要启动辅助加热器207对F口输出的高温冷流体进行加热，以使被加热后的高温冷流体可以到达预设温度，从而使得吸收式制冷机203可以获取足够的热量。上述发生器2031从高温冷流体中吸收热量后，可以使得冷流体的温度降低并从B’口输出至换热器202的第二进液端E口，因此，换热器202的第二进液端E可以持续为换热器202提供吸收高温冷却液的热量的冷流体。吸收式制冷机203通常可以利用溶液对其低沸点组分的蒸汽具有强烈的吸收作用这一特点达到制冷的目的。吸收式制冷机203内采用的工质可以是由低沸点物质和高沸点物质组成的工质对，其中低沸点物质可以作为制冷剂，高沸点物质可以作为吸收剂。例如，上述吸收式制冷机203可以为溴化锂吸收式制冷机，在该吸收式制冷机中，可以以水作为制冷剂，以溴化锂作为吸收剂；或者上述吸收式制冷机203可以为氨水溶液吸收式制冷机，在该吸收式制冷机中，可以以氨为制冷剂，水为吸收剂。
下面，以溴化锂吸收式制冷机为例，其中图2C示出了溴化锂吸收式制冷机的结构示意图，如图2C所示，在该吸收式制冷机203工作的过程中，发生器2031中浓度较低的溴化锂溶液被加热，溶液中的水被蒸发出来，溶液被浓缩成浓溶液；浓缩后的浓溶液可以被送往吸收器2032，水蒸气则可以进入冷凝器2033凝结成冷剂水；冷剂水降压后可以进入蒸发器2034蒸发吸热制取冷量，然后被吸收器2032中的溶液所吸收。最后，吸收式制冷机203可以将制取的冷量提供到待冷却装置204，从而实现利用数据中心产生的热量为待冷却装置204制取冷量的目的。具体地，当换热器202将高温冷流体从A’口输出到发生器2031后，发生器2031中的溴化锂水溶液被加热，使得该溴化锂水溶液中的水不断气化；随着水不断的汽化，发生器2031中的内的溴化锂水溶液浓度不断升高，进入吸收器2032，水蒸气进入冷凝器2033，并且高温冷流体的温度降低并从B’口重新输出到换热器202。吸收器2032可以与冷却塔206形成第二循环回路，且冷凝器2033可以与冷却塔206形成第三循环回路，从而使得冷却塔206可以通过F’口向吸收器2032和冷凝器2033提供冷却水，进入吸收器2032的高浓度溴化锂水溶液可以被降温，且进入冷凝器2033的水蒸气被冷却水降温后凝结可以成为高压低温的液态水，冷却水的温度升高并从E’口重新输出到冷却塔206。而后，冷凝器2033中的高压低温液态水可以进入蒸发器2034，并且当冷凝器2033内的水进入蒸发器2034时急速膨胀而汽化，并在汽化过程中大量吸收蒸发器2034内冷媒剂的热量，产生冷量，并且发生器2034产生的冷量可以利用该发生器2034与待冷却装置204形成的第四循环回路为待冷却装置204提供冷量，从而达到为待冷却装置204降温制冷的目的。待冷却装置204的生成的冷量可以从D’口输出到待冷却装置204，且待冷却装置204中的热量可以经C’口重新输出到蒸发器2034内，从而使得溴化锂吸收式制冷机可以持续地为待冷却装置204供冷。在此过程中，低温水蒸气进入吸收器2032，被吸收器2032内的溴化锂水溶液吸收，溶液浓度逐步降低，再送回发生器2031，完成整个循环，其中，吸收式制冷机203中的溶液泵和冷剂泵可以为该循环提供动力。可见，上述吸收式制冷机203可以连续为待冷却装置204提供冷量。由于溴化锂稀溶液在吸收器内已被冷却，温度较低，为了节省加热稀溶液的热量，提高整个装置的热效率，在***中增加了一个热交换器，让发生器2031流出的高温浓溶液与吸收器2032流出的低温稀溶液进行热交换，提高稀溶液进入发生器2031的温度，进一步地提高了能源的利用率。
在本实施例中，与数据中心余热回收制冷***210相同，在数据中心余热回收供热***220中，换热器202可以包括第一进液端A、第一出液端B、第二进液端E和第二出液端F，如图2B所示。该第一进液端A可以与数据中心中的各液冷机柜201产生的高温冷却液的输出端C相连通，从而使得液冷机柜201输出的高温冷却液可以输入换热器202的第一进液端A。换热器202获取高温冷却液后可以将该高温冷却液的热量通过热交换的方式传递到冷流体，使得高温冷却液的温度降低形成低温冷却液，并且低温冷却液可以从换热器202的第一出液端B输出至数据中心，数据中心中的各液冷机柜201可以通过D口接收到低温冷却液，并利用低温冷却液再次吸收数据中心中的各电子设备产生的热量。换热器202可以通过第二进液端E和第二出液端F与待加热装置205形成第五循环回路，从而使得上述换热器202可以通过第五循环回路将第二出液端F输出的高温冷流体输出到待加热装置205，从而使得换热器202可以为待加热装置205提供热量。为待加热装置205提供热量后高温冷流体的温度降低，并且降温后的冷流体可以输出到换热器202的E端，以使该冷流体可以再次吸收A端输入的高温冷却液的热量。数据中心余热回收供热***220可以直接回收利用数据中心产生的热量为待加热装置供热，提高的能源的利用率。
可以理解的是，上述数据中心余热回收制冷***210和数据中心余热回收供热***220通常为分时工作，即数据中心余热回收供能***可以为制冷工作模式或供热工作模式。例如，在夏季时，数据中心余热回收供能***可以为制冷工作模式，上述数据中心余热回收制冷***210运行可以为办公楼等建筑供冷；在冬季时，数据中心余热回收供能***可以为供热工作模式，上述数据中心余热回收供热***220运行可以为办公楼等建筑供热。因此，上述换热器202可以利用三通阀等控制其在制冷时与吸收式制冷机203连通，在供热时与待加热装置205连通。
在本实施例的一些可选的实现方式中，上述数据中心余热回收制冷***210中还可以包括第一水泵1、第二水泵2和第三水泵3，如图2A所示。其中，第一水泵1可以设置在液冷机柜201和换热器202之间，当液冷机柜201输出的高温冷却液的压力不足时，该第一水泵1可以为液冷机柜201输出的高温冷却液提供动力，从而驱动液冷机柜201输出的高温冷却液可以流向换热器202。具体地，上述第一水泵1可以驱动液冷机柜201的C口输出的高温冷却液流向换热器202，从而使得高温冷却液可以从换热器202的A口输入。第二水泵2可以设置在换热器202的高温冷流体的输出端，当输入吸收式制冷机203的高温冷流体的压力不足时，该第二水泵2可以为其提供动力，从而驱动高温冷流体输出到吸收式制冷机203。第三水泵3可以设置在吸收式制冷机203和冷却塔206之间，当吸收式制冷机203输出的冷流体的压力不足时，该第三水泵3可以驱动吸收式制冷机203的吸收器和冷凝器输出的冷却水流向冷却塔206。在冷却塔206工作的过程中，从吸收式制冷机203的E’口输出的液体可以喷洒至散热材料的表面，该液体与冷空气之间产生热交换作用，形成蒸发水汽，从而使得其中的热量可以排放至空气中，并且冷却后的液体落至水槽中，而后利用泵浦可以将其传送至吸收式制冷机203，以使该液体可以再次吸收热量。可以理解的是，当据中心余热回收制冷***210中设有辅助加热器207时，上述第二水泵2还可以设置在辅助加热器207和吸收式制冷机203之间，从而驱动经辅助加热器207加热后的高温冷流体流向吸收式制冷机203。
在本实施例的一些可选的实现方式中，在数据中心余热回收供热***220也可以包括第一水泵1和第二水泵2。同样地，该第一水泵1可以设置在液冷机柜201和换热器202之间，当液冷机柜201输出的高温冷却液的压力不足时，该第一水泵1可以为液冷机柜201输出的高温冷却液提供动力，从而驱动液冷机柜201输出的高温冷却液可以流向换热器202。上述第二水泵2可以设置在换热器202的高温冷流体的输出端，当输入待加热装置205的高温冷流体的压力不足时，该第二水泵2可以为其提供动力，从而驱动高温冷流体输出到待加热装置205。
此外，本申请实施例还提供了一种数据中心，该数据中心可以包括上述实施例中的数据中心余热回收供能***。该数据中心余热回收供能***的结构和功能与上述实施例相同，这里不再赘述。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种数据中心余热回收供能***，其特征在于，包括：
数据中心余热回收制冷***，用于回收所述数据中心输出的高温冷却液，并利用换热器将所述高温冷却液的热量传递到吸收式制冷机，以使所述吸收式制冷机吸收所述高温冷却液的热量制取为待冷却装置降温的冷量；
数据中心余热回收供热***，用于回收所述数据中心输出的高温冷却液，并利用所述换热器将所述高温冷却液的热量传递到待加热装置；
其中，所述数据中心包括多个液冷机柜，各所述液冷机柜吸收所述数据中心中的电子设备产生的热量以形成所述高温冷却液。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述换热器包括第一进液端和第一出液端；
所述第一进液端与所述数据中心的高温冷却液的输出端连通，以输入所述高温冷却液；
所述第一出液端输出低温冷却液至所述数据中心，以使各所述液冷机柜利用所述低温冷却液吸收所述数据中心中的电子设备产生的热量。
3.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述热换器还包括第二进液端和第二出液端；
在所述数据中心余热回收制冷***中，所述换热器通过所述第二进液端和第二出液端与所述吸收式制冷机的发生器形成第一循环回路，以使所述换热器为所述吸收式制冷机提供热量。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述数据中心余热回收供热***还包括冷却塔；
所述吸收式制冷机的吸收器与所述冷却塔形成第二循环回路，且所述吸收式制冷机的冷凝器与所述冷却塔形成第三循环回路，以使所述冷却塔向所述吸收器和所述冷凝器提供冷却水；
所述吸收式制冷机的蒸发器与所述待冷却装置形成第四循环回路，以使所述吸收式制冷机为所述待冷却装置提供冷量。
5.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述数据中心余热回收制冷***还包括辅助加热器；
所述辅助加热器连接在所述换热器的第二出液端与所述吸收式制冷机的发生器之间，用于将所述第二出液端输出的液体加热到预设温度。
6.根据权利要求1所述的***，其特征在于，还包括第一水泵、第二水泵和第三水泵；
所述第一水泵用于驱动所述数据中心输出的高温冷却液流向所述换热器；
所述第二水泵用于驱动所述换热器的第二出液端输出的冷流体流向所述吸收式制冷机或所述待加热装置；
所述第三水泵用于驱动所述吸收式制冷机中的吸收器和冷凝器输出的冷却水流向所述冷却塔。
7.根据权利要求2所述的***，其特征在于，所述热换器还包括第二进液端和第二出液端；
在所述数据中心余热回收供热***中，所述换热器通过所述第二进液端和第二出液端与所述待加热装置形成第五循环回路，以使所述第二出液端向所述待加热装置输出提供热量的冷流体。
8.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述换热器包括板式换热器。
9.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述吸收式制冷机包括溴化锂吸收式制冷机。
10.一种数据中心，其特征在于，包括如权利要求1-9之一所述的数据中心余热回收供能***。
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