如何遏制被忽视的数据中心水饥渴问题

今天的数据中心的冷却消耗惊人的水量，大家对这种情况了解甚少，基本上都忽略了用水量问题。随着数据中心的规模继续扩大，每年消耗更多兆瓦的电力，供水正在受到严重的威胁。

据美国地质调查局(USGS)统计，美国总用水量的百分之四十用于电力生产，其次是用于公共部门，它的用水接近百分之十二，其中还包括用于数据中心的水量。见图1。

图1-资料来源：美国地质调查局(USGS)

这告诉我们的是，数据中心的能源使用对国家地下水位的影响比大多数其它行业更大。让我们的数字证明这一点，根据能源情报署(EIA)的报告，仅化学工业(1530亿千瓦时)和金属工业(1440亿千瓦时)每年因用电，就使用了大量的水。见图2。

图2-资料来源：能源情报署(EIA)，国家可再生能源实验室(NREL)

今天的数据中心现在比食物、纸张、汽车、塑料、木材和石油等行业消耗更多的水。美国环保署的一个研究指出，数据中心行业每年吃掉610亿千瓦时的能源。国家可再生能源实验室(NREL)指出，这个能源消耗相当于在美国，每年消耗1200亿加仑的水，用于给数据中心供电。美国环保署预测：数据中心到2011年以及此后每隔五年，它们累计的电力和水的消费水平将加倍，该行业面临着一个艰巨的问题：是否有足够的水供应，以支持数据中心耗电所需的能源？

从历史上看，在设计及批准数据中心时，水的使用受到了严重的忽视。数据中心行业目前正处在一个转折点，实施新的解决方案，可以很大程度上，减少能源和水的消耗。

为了了解数据中心耗水问题的程度，考虑以下情况。如果你有一个典型的电源使用效率(PUE)为2.0、等级在1mW的设施，传统思维假定水的使用将仅限于加湿器和暖通及空调(HVAC)设备。这些假设是存在严重缺陷的。一个1mW的设施每年使用在电厂的17，520，000加仑的水。如果这一设施的PUE改善为1.29，那么，水的使用可以减少到每年11，300，400加仑左右。一个PUE为1.19的设施会减少这种消费到每年10，424，400加仑。这些指标不是一厢情愿的产物。最近，Google展示了PUE为1.25的更为节水的设施；财富数据中心(Fortune Data Centers)刚刚完成了PUE为1.38的更为节水的设施；Sonic.net，加利福尼亚州Santa Rosa的一个ISP和地方供应商的合资公司，最近完成了设施改造，完成了一个PUE接近1.29的制冷剂方面节约系统。虽然这些效率水平令人印象深刻，但是，一些业内专家认为，在不损害任何的环境标准的情况下，获得PUE为1.18至1.19的设施是非常有可能。见图3。

图3-来源：LBNL，国家可再生能源实验室(NREL)

与此同时，目前正在关于设施的辩论，即空气冷却系统达到了“足够好”的状态，实现了充分的节约用水。然而，根据大多数制冷技术专家的观点，空气冷却系统使用的能源比水冷系统多百分之二十。由于大多数制造商的设计冷凝温度不同，风冷式冷却机组一般比水冷式冷却机组使用更多的能量。因此，如果一个PUE为2.0的数据中心从风冷转换成水冷，它的PUE可以实现1.83。

图4-来源：LBNL，国家可再生能源实验室(NREL)

重要的是要认识到数据中心在两个地方的用水：设施用水和电厂用水。据巴尔的摩空气线圈公司(Baltimore Air Coils Company)冷凝器手册，水冷式冷却机组，对于在1mW设施(142吨)机组上，每100吨的冷却负荷，要使用最低每分钟2.31加仑，最高每分钟4加仑(GPM)的供水量。

尽管事实上，水冷机组比公共部门的冷却塔每年多使用200多万加仑的水(根据周期率及冷却塔处理)，但在加利福尼亚州，它们与风冷机组相比，仍然减少了总耗水量。这就是说，由于在发电厂能源和水的使用，在所有的应用中，简单地从风冷机组到水冷机组的改变，对于节约用水方面，还是不够的。每个设施能源和水的使用应当在各地进行评估。在加利福尼亚州的数据中心的设施问题中，水的消耗更是岌岌可危。

根据国家可再生能源实验室(NREL)，美国加州使用4.64加仑的水来产生1kWh的能源，由于其使用的是水力发电。因此，在加利福尼亚州，为了1mW的设施，这相当于每年超过4千万加仑的水用于电厂。在加利福尼亚州，这种从一个风冷机组到水冷机组的变化将导致用水总量减少5200万加仑。

在此统计的基础上，数据中心经理应该非常积极地研究如何降低PUE的水平，不仅是为了减少能量消而且还为了减少他们的IT基础设施冷却所需的水量。从一个最佳做法的角度来看，Google最近的一份报告中所提出的建议，新的数据中心每年的平均PUE为1.25。在美国，数据中心的PUE从2.0降低至1.25，平均每年可节省450亿加仑水、220亿千瓦时的能源。根据环保署，PUE下降，每年可消除9百万吨的二氧化碳。

图5 -资料来源：美国环保局(EPA)，国家可再生能源实验室(NREL)

这一点指向许多数据中心面临的可持续发展的各种问题。作为一种产业，必须认真思考每一个方面的投入，使数据中心更有效，因为事实上，它们正在迅速成为美国最大的工业能源用户。

关于作者：Rick Cockrell是Core4 Systems公司的首席技术官。Core4 Systems公司是一个创新的数据中心冷却的供应商，它提供下一代CRAC和空气处理机组系统，能够降低冷却成本高达百分之七十二，节省电厂和现场设施的用水量高达百分之二十八。