数据中心的冷却需求正在不断增长，数据中心运营商也面临着平衡的挑战。随着机架和工作负载的增加、 人工智能 (AI) 功能和服务的增加、业务目标的扩展以及数据中心向可扩展技术的转型，设施运营商正在寻找最大化水资源利用率的技术和方法。
什么是水分利用效率（WUE）？
随着运营商不断探索高效的冷却设计和创新，一项经过测试的指标和方法涉及跟踪水资源利用效率 (WUE)。WUE 衡量数据中心使用水进行冷却的效率。WUE 由 绿色网格组织 (The Green Grid)提出，随着人工智能 (AI) 将机架密度推高至 130 kW，它已成为一项关键指标。伯克利实验室发布的 《2024 年美国数据中心能源使用情况报告》 进一步证实了这一增长，数据显示，随着超大规模数据中心和主机托管站点的扩展，美国数据中心的平均 WUE 从 0.36 kW 上升至 0.45 kW 至 0.48 kW。
图 1.美国数据中心的年平均站点 WUE（来源：伯克利实验室 2024 年美国数据中心能源使用情况报告）
跟踪 WUE 有助于团队发现 提高用水量、优化冷却策略以及做出明智基础设施升级决策的机会。对于组织而言，监控和控制用水量可以降低基础设施的公用事业支出、减少监管难题，并增强其长期韧性。
下面的公式计算了数据中心每千瓦时IT能源消耗的水量。根据经验，计算结果越低，表示水资源利用效率越高。
跟踪水分利用效率 (WUE) 设定了基准。改进水分利用效率通常始于冷却系统如何管理水的再利用，尤其是在浓缩循环过程中。
浓缩循环：提高WUE的杠杆
平衡注意力循环（CoC）—再利用和循环水中固体杂质的比例与排放并通过蒸发浓缩的补充水的比例—可减少高达 20%的补给水需求，从而节省成本。实现平衡的CoC需要进行化学处理以 控制结垢和生物污垢，这也能保护下游的热交换器。塔式风扇和泵上的 变频驱动器 (VFD)可以通过匹配输出和需求来减少能源消耗，并通过降低蒸发率间接降低用水量。这些措施可以提高WUE，而无需对冷却回路进行大规模改造。
优化数据中心用水的关键策略
虽然液体冷却仍然有效，但其作用必须与新兴的替代品进行权衡。
- 闭环液体冷却系统： 闭环系统通过热交换器循环水，根据气候和负荷情况，可减少50%至70%的取水量。这种设计减少了化学处理，简化了监控，并保持了稳定的水质。但它也需要精心规划，以应对高密度环境中的散热问题，尤其是在水资源短缺的地区。
- 混合冷却系统： 混合冷却系统结合了空气和液体冷却，以提高热性能，同时减少用水量。这些系统通常在一年中的大部分时间处于干燥模式，利用环境空气散热，使水分利用效率 (WUE) 保持在接近于零的水平。它们在温和气候条件下运行良好，但在极端条件或峰值负荷下可能难以保持效率。
- 低 GWP 制冷剂作为实用替代品： 对于面临水资源限制的设施， 低全球变暖潜能值 (GWP) 制冷剂 可提供优化的性能和保护的正常运行时间，同时满足新法规的要求。
监控和实时优化
冷却效率不仅仅取决于硬件—它需要严密的 监控 和实时 可见性。 传感器 跟踪温度变化、湿度和流量，将数据输入平台，平台会根据负载和气候条件自动调整设定值。像 Vertiv™ Liebert® iCOM™-S 这样的系统可以分析数百个数据点，以微调水温、风扇转速和制冷输出。这可以减少水分利用效率 (WUE) 的波动，及早发现异常，并支持预测性维护。对于运营商而言，这也意味着更少的意外、更高效的资源利用以及在不断变化的工作负载下更稳定的性能。
扩大冷却规模而不扩大用水需求
采用以用水效率 (WUE) 为中心的策略，例如闭环系统、混合冷却和自动化控制，可以支持高密度工作负载，同时保持用水量稳定。这种方法有助于运营商更精确地管理资源使用，降低运营成本，并符合环保标准。
了解 Vertiv 如何在实际数据中心中应用这些策略。浏览 Vertiv 2024 年负责任商业报告， 了解更多关于水资源效率的见解。
