水滴石穿——数据中心用水效率分析
发布时间：2021-06-23 11:20:54 所属栏目：大数据 来源：互联网
导读：现在人们一提起数据中心，首先想到的关键词是PUE（数据中心电力使用效率的衡量指标），由此可见人们对数据中心电力资源的重视程度。而另外一种资源水，却往往被人们所忽视。 水，在维基百科中有这样一句解释：水（化学式：H2O）是包括人类在内所有生命生存的
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现在人们一提起数据中心，首先想到的关键词是PUE（数据中心电力使用效率的衡量指标），由此可见人们对数据中心电力资源的重视程度。而另外一种资源——水，却往往被人们所忽视。
水，在维基百科中有这样一句解释：“水（化学式：H2O）是包括人类在内所有生命生存的重要资源，也是生物体最重要的组成部分”。水也被称为人类生命的源泉。
同样，对于数据中心来说，水好比人的血液。水出了问题的数据中心是无法正常运营的。那么，在数据中心有哪些地方会用到水呢？接下来我们以腾讯某数据中心为例做详细说明。
腾讯某数据中心用水项分析
腾讯某数据中心的制冷系统是国内少有的大型水冷系统，冷却水侧配有开式冷却塔和冷却水加药装置；末端是冷冻水型精密空调、AHU和高压微雾加湿设备；配电侧还有大型柴油发电机组。所以该数据中心用水情况如下：
1.冷却水蒸发
冷却水蒸发汽化，从而间接的带走机房内服务器产生的热量。这是水冷型数据中心耗水量的主要部分之一。
2.冷却水排污
由于腾讯某数据中心采用开式冷却塔，而且水温较高，所以必须对冷却水系统进行加药，防止冷却水系统结垢、细菌滋生、管壁淤泥附着。加药的同时必须要配合冷却水的排污来控制冷却水浓缩倍数。否则达不到水处理的效果。这也是数值中心耗水的主要部分之一。
3.IT房间加湿用水
该数据中心所在地区冬季湿度较低，机房内湿度无法保证，必须依赖加湿设备维持机房内湿度。
4.加湿软化水设备用水
该数据中心采用高压微雾的加湿方式，所以对加湿水质有很高要求。在高压微雾前端有两道水过滤装作，一个树脂过罐，对市政水做第一次过滤，一个是反渗透装作，做第二次过滤。单支膜产水量一般为15%-18%.
5.冷冻水补水
冷冻水系统一般均为闭式系统，但管路上、水冷空调前端也会安装水过滤器或反冲洗装置，都是需要定期拆卸清洗的，所以会有少量冷冻水损失。另外，该数据中心有一个1000+m3的蓄冷罐，蓄冷罐顶端直接与大气相连，会有很少一部分水蒸发。所以还是有一部分冷冻水消耗。
6.设施维护用水
该数据中心的冷却塔为开式冷塔，所以冷塔塔盘会有很多淤泥和杂物等，需要对塔盘做定期清洗。
7.柴油发电机烟囱净化用水
柴油发电机在启动时，会产生黑烟，所以柴发在安装时都会有烟雾净化设备。
腾讯某数据中心用水项比例分析
腾讯某数据中心用水情况，我们选取了夏季和冬季各一周的时间，分析各用水数据及所占比例，如下图所示：
由此可见，季节不同，数据中心各项用水比例会发生明显变化，但主要用水项为：冷却水蒸发、冷却水排污、设施维护及加湿用水。数据中心电力使用效率有PUE作为衡量指标，那用水效率用什么来衡量呢？请往下看——
水使用效率指标
其实早在2011年，绿色网格就发布了《WATER USAGE EFFECTIVENESS （WUE？）： A GREEN GRID DATA CENTER SUSTAINABILITY METRIC》白皮书，其中引入一个新的名称WUE（Water usage effectiveness），即水使用效率。
计算公式为：
WUE= Annual Water Usage/ IT Equipment Energy
即数据中心水资源全年消耗量（数据中心机电设备全年用水量，包括加湿、冷却塔补水等全部设施全年耗水量）与数据中心IT设备全年消耗电量的比值，单位为L/kwh，以此作为衡量数据中心水使用效率的指标。
对于PUE来说，其理想值为1，而对于WUE来说，其理想值为0.
降低WUE方法
1.提高供水温度
在冷机开启的时间段内，提高冷却水温度，不仅仅节省冷塔风扇做功消耗的电量，而且还会使水蒸发量有所减少。
在冬季板式换热器开启的时间段，提高冷冻水供水温度，使冷却水温度提升（板换开启后冷却水直接给冷冻水降温），蒸发量也有所减少。
2.合理的加湿设定范围
一般的数据中心机房内相对湿度保持在40%-60%之间。而腾讯某数据中心采用的是ASHRAE 2008的标准，其低端和高端湿度用露点温度来衡量，分别是5.5℃和15℃，转换成含湿量在5.5g/kg-10.6g/kg之间，腾讯某数据中心内服务器送风温度一般维持在26℃±1℃，换算成相对湿度范围为26%-51%.所以腾讯某数据中心加湿设定都比较低。
3.提高冷却水浓缩倍数
冷却水做水处理加药，必定要配合着排污，来控制冷却水的浓缩倍数，从而控制冷却水中钙镁离子的含量，延缓管道及设备结垢。那么浓缩倍数控制在多少合适呢？一般情况做水处理的厂商会建议4倍浓缩倍数，跟进每周检测补充水的电导率调整冷却水排污电导率设定值。由于冷却水排污量比较大，我们一致在尝试逐步提升排污电导率设定，目前我们控制冷却水浓缩倍数在5倍左右。
4.提高反渗透进水水质及温度
适当增加反渗透膜的数量或提升进水水质，会提高产水量，减少废水排放。
进水水温每提升1℃，产水量会提升2.5%-3.0%（以25℃为标准）。
5.适当安排设备日常维护
举个例子，腾讯某数据中心有一项例行维护是冷塔清洗，最初的清洗频次为每月一次，但后来由于冷却水系统做了加药处理后，清洗频次修改为累计运行2个月后清洗，这样的安排后就更加合理。不仅仅节省了人力成本，也提供了数据中心用水效率。
6.废水污水处理二次利用
对数据中心排放的废水（冷却水排污、冷凝水、生活用水等）回收再利用。
对于雨水充足地区可做雨水收集利用。
总结
数据中心的可持续发展不仅仅有PUE这一项标准，还有WUE、CUE（carbon usage effectiveness）碳使用效率等等，未来可能还会有xUE（未知资源使用效率）。虽然在现有的数据中心的运营成本中，水费的占比并不大，但本着对保护环境负责的态度，我们会一如既往地珍惜水资源，在可持续发展的道路上坚定不移。
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