前 言

　　水在各行各业以及居民生活中都是不可或缺的重要资源，节约水资源越来越被重视，已然成为IDC行业一个无法回避的问题。

　　数据中心为什么需要大量用水呢？新建数据中心如何才能减少数据中心用水量？既有数据中心如何在现有条件下节约用水？就这些话题，笔者结合运营数据和经验，和大家一起探讨数据中心的用水节水，希望能给行业运营人员带来启发。

　　01 水用在何处

　　数据中心内服务器耗电会产生大量的热，这些热量最终需要利用空调原理排放到大气当中，大型数据中心主要采用水冷冷水中央空调系统，散热终端冷却塔的散热原理是，利用水蒸发吸热将冷却水中储存的热能通过气化的方式释放到大气当中。因此，水是这种空调不可缺少的介质，这些散发到大气中的水蒸气是无法回收的。

　　以现有大部分水冷中心的温度边界为例，全年平均每制取1KW冷量约需要1.5L水的蒸发量，为了保证循环水不结垢，还需要一定量的排污，这是数据中心用水的主要需求点。

　　除以上用水点外，加湿用水、办公用水、绿化用水的需求也是维持正常生产的必要需求。这些用水需求构成了数据中心总用水量。

　　02 影响数据中心WUE的几个因素

　　TGG（绿色网格）在2009年提出用WUE（Water Usage Effectiveness）来衡量数据中心的水利用率，其计算公式为：

　　WUE=数据中心水资源全年消耗量/数据中心IT设备全年耗电量 （L/KW·h）

　　数据中心年用水量=蒸发量+排污量+湿度控制量+办公用量+绿化用量

　　WUE越高，说明等量IT耗电需要的水量越高，反之则越低。在设计IT电量一定的情况下，追求最小的用水量即可获得最低的WUE。

　　那么WUE的影响因素有哪些呢？数据中心用水量主要受地域、空调系统设计架构、水质等影响；实际IT负载率影响办公和绿化用水在WUE中的占比。

　　因此数据中心水源水质、数据中心选址、空调系统设计是影响WUE的主要因素，对于既有数据中心提高IT实际运行负载可降低其他用水对WUE的影响。下面对主要影响因素做简要分析。

　　水源水质

　　Water Quality

　　蒸发循环水也被称为冷却水，在运行过程中水分不断蒸发，循环水中的离子浓度会不断增加，当离子浓度过高时会有水垢析出，凝结在系统设备内壁或外壁上，降低换热效率，当离子浓度高于一定数值就需要排污降低离子浓度。因此水源中的离子浓度越低，则水的可利用率会越高，排污量会越少。

　　空调行业用电导率衡量离子浓度，水的电导率体现的是水的导电能力，离子浓度越低，电导率越低，纯水是不导电的。

　　不同地区市政供水的电导率偏差很大，华东、华南大部分地区在200-300μs/cm，华北地区偏差较大，目前采集到的数据在300-1100μs/cm，国标中规定开式循环冷却水供水电导率不高于600，循环水电导率不高于2300μs/cm。从数据可以看出华南、华东的蒸发水浓缩倍率可达7-10倍，但在华北一些地区浓缩倍率只有2倍。可以看出水质对WUE的影响程度特别大，市政供水水质决定了不同中心的WUE，实际运行WUE偏差范围在1.7-3.0。

　　数据中心选址

　　Data Center Location

　　不同地域室外温差较大，纬度较低的地区自然冷源较为充足，可以充分利用自然冷源，降低对空调系统冷量的需求，同时也可以减少水资源的需求。

　　对于大中型城市，城市内区热岛效应明显，以北京为例，城区北部昌平地区较城区南部亦庄地区湿球温度常年偏低1-2℃。对于更低纬度城市如张家口、内蒙古、宁夏等省市，自然冷源时间较长，空调压缩机开启时间较短，用能量偏低，用水量相对也会偏低，可以实现更低PUE。

　　因此在数据中心选址时，应优先选择尽量远离城市热岛的地域和低纬度地区，有助于实现较低的WUE，选址地的水源水质也要充分考虑。

　　空调系统设计

　　Cooling System Design

　　近年来随着数据中心的绿色发展以及低碳政策导向影响，数据中心行业空调设计涌现出了很多新型的空调系统，如氟泵系统、间接蒸发系统、风墙系统等。这些系统能更有效利用自然冷源，因此有良好自然冷源的地域（如张家口、内蒙古）充分利用自然冷源，减少对蒸发水的利用或不采用蒸发原理，系统可大大减少用水量降低数据中心WUE。

　　对于自然资源不完全满足的地域，如何在设计上降低WUE，是困扰设计部门的难题，大家在政策导向的影响下，都在不断寻求新的方法。

　　在总冷量不变的前提下，如何最大限度减少蒸发量和排污量，是突破WUE限值的关键。减少蒸发的途径是风水结合，如风墙系统和间接蒸发系统是很好的选择；减少排污量需要引入新的技术控制冷却循环水结垢，目前行业内已经在尝试引入电化学法和电子水处理的方法。

　　这些方法还没有在行业内得到广泛应用，但是随着不断的尝试和验证，不久将会有很多有效的方法得以验证，为设计人员提供参考。

　　03 既有数据中心WUE下探

　　今年5月，北京市颁布了《北京市低效数据中心综合治理工作方案》，将数据中心作为节能技术改造项目支持的重点领域，推动数据中心开展节水、中水利用改造，鼓励绿色数据中心企业宣传推广先进节能节水经验。

　　当前已投运数据中心需要运用水蒸发的空调系统，有水冷冷水中央空调系统、间接蒸发AHU系统、氟泵热管空调系统、液冷系统。其中水冷冷水中央空调系统和间接蒸发AHU系统已经有较大规模，氟泵和液冷系统尚在发展过程当中，因此既有数据中心节水目前主要涉及前两种系统。

　　水冷冷水中央空调系统节水

　　Water-cooled Chilled Water System

　　对于大型水冷冷水中央空调系统，水质是决定WUE的关键因素，因此针对不同水质选用不同的水处理设备，并在运维的过程中做好水质管理是节水的关键，合理控制循环水的离子浓度，按电导率高限值合理排污，做好腐蚀风险管控就可以最大限度节水。

　　如何合理控循环水离子浓度呢，首先要有电导率在线监测传感器，排污逻辑应根据电导率限制值及时进行排污，也就是达到电导率高限值进行排污，达到电导率低限值停止排污。如果没有监测传感器和排污逻辑应进行改造添加，手动排污或定时排污是无法准确监测水中的离子浓度的。另外电导率传感器需要进行定期清理水垢，否则会出现较大误差，亦不能进行准确监测，这就需要各中心具有手持式电导率测试仪，及时对传感器进行纠偏。

　　除监测循环水离子浓度外还需要对腐蚀风险进行把控，特别是水中氯离子浓度和铁离子浓度，一定要要求厂家进行定期检测，特别是夏季用水量较大温度较高，添加杀菌剂较多的季节，更要及时关注水中氯离子浓度不能高于国标要求。

　　精准的排污控制，可以减少不必要的排水，同时可以降低结垢风险，既可以降低WUE也可以降低PUE。

　　除了精准排污，目前市场上特别是大工业领域也有一些新的水处理技术，可以将水中钙镁离子结垢机理改变，提高排污电导率，节水效果明显，鼓励在控制运维安全的前提下尝试新的节水技术，突破现有技术WUE偏高的瓶颈。

　　间接蒸发冷却系统节水

　　Indirect Evaporative Cooling System

　　对于间接蒸发冷系统，目前已有一定量的数据中心在使用，通过几年来的运营实践证实，RO水更适合间接蒸发AHU系统，可以有效降低换热器结垢，同时减少了软化盐的使用量，目前较好的RO系统产水率可达70%，使用浓水回收技术的可以达到85%，RO水不含离子，因此排污量几乎接近于0，相比软化水排水量更低。因此无论从设计还是运维的角度，都推荐将RO水应用于间接蒸发AHU系统，更有利于控制该系统的WUE。

　　结语

　　水对于各行各业来说都是珍贵的资源，在创造节能节水型社会的大背景下，我们更应该具有节水意识，不断尝试新的技术和新的方法，最大限度节约水资源，合理利用水资源，让科学技术的力量在数据中心建设和运维过程中发挥更大的作用，为全面实现碳中和做出应有的贡献。