2.3　水利用效率（WUE）

1. WUE的基本定义

随着数据中心规模扩大及建筑体量的增大，冷水系统方案得到越来越多的应用。随之而来的是大量水资源的消耗及循环水的净化处理问题。同时，若采用蒸发冷却方案，其对清洁水的要求也越来越高。从能源利用的综合角度来看，单纯地靠PUE指标难以全面准确地评估数据中心的能耗水平，为全面合理地评价绿色数据中心工程，TGG在2009年首次提出并引入针对水利用效率评价的WUE（Water Useage Effectiveness）指标。水利用效率作为评价数据中心用水状况的指标，定义为数据中心水资源的全年消耗量与数据中心IT设备全年耗电量的比值，单位为L/kW·h。

目前，可采用水蒸发冷却的方法来促使制冷空调系统效率的提升，尤其在环境干燥的地区。但与此同时，PUE指标的降低也带来了水资源消耗的升高。对于采用冷水方案的工程，PUE与WUE存在一定的负相关性。 这也决定了在实践应用中需要进行权衡，找到两者之间合理的平衡区间。与此对应的是，如今很多大型数据中心工程都选址在北方等气候寒冷、干燥的地区，水资源短缺也是需要考虑的重要问题。

以往人们对数据中心资源消耗的关注点往往集中在其电力消耗或燃料消耗上，认为一个数据中心只要电力指标优良，就可以认定为其为绿色数据中心；但近几十年来，全球承受着旷日持久的系统性干旱，并且随着人口的增长，工业规模的扩大，水资源消耗变得越来越紧迫，全球水资源缺乏的现状不会改变。

因此，面对水资源日趋匮乏的态势，业内也逐渐将目光转移到数据中心的水资源消耗上来；根据Uptime Institute的调查数据，数据中心平均规模大约为1MW，每年消耗的水量为26 600～30 400m3。

数据中心使用水的主要目的是散热，即利用水作为载冷工质持续带走IT设备热量。最常见的为冷冻水系统和冷却水系统，在这些系统中，冷水流经计算机机房的制冷单元；风扇吹过冷冻水散热盘管，向IT设备提供冷空气；然后水流回冷却装置中被重新冷却。冷却水系统依靠冷却塔利用水的蒸发来散发热量，利用水与空气流动接触后进行冷热交换带走热量达到蒸发散热降低水温的目的。

采用传统水冷空调系统的数据中心在运行过程中水资源的消耗主要来源于冷却塔（尤其是开式冷却塔）的运行。通常一个1MW的数据中心通过冷却塔每小时泵送约230m3的冷凝水，会有1%～2%的水被蒸发、作为细水雾被风吹走。每年大约会消耗25 400m3的水。

另外，冷凝水被重复蒸发并排放到大气中，会携带矿物质、灰尘及其他污染物。这些水必须被定期处理。上述规模的数据中心每年通过排放或补水大约会消耗5 000m3的水。

总体来讲，使用传统水冷方式的1MW数据中心，每年用水量大约为30 000m3，这些数据并没有将数据中心加湿系统和空调末端泄水的消耗计算在内；另外，随着时间的推移，在水冷设备上，尤其是换热器翅片或换热管上会累积水垢或杂质，在去除这些影响空调运行安全和运行效率的污垢时，常用的方法是用水冲洗并排空，这一过程也消耗了大量的水资源。

2. 数据中心的主要耗水来源

采用水冷空调系统的数据中心，其耗水主要来源可概括为以下几个方面。

1）冷却水蒸发

采用冷却塔制取低温冷却水时，数据中心的热量主要靠冷却水的蒸发散发到大气环境中（采用干式冷却器的系统主要依靠空气与冷却水的对流换热，但其效率低，占地面积较大，且对气候条件的要求较为苛刻），水蒸发损失为数据中心水资源消耗的主要部分。

2）冷却水排水

通常，数据中心冷却水系统的运行水温为32℃/37℃，该温度较容易滋生细菌，适宜藻类和污垢的生长及在管壁上的附着，并且需要通过冷却水排污来配合控制加药浓度，这一过程也会产生水的消耗。

3）IT房间加湿用水

冬季，尤其是我国北方地区，室外环境相对湿度较低，机房内湿度受此影响需通过加湿系统维持机房内的湿度要求，需要消耗加湿用水。

4）软化水设备用水

冷冻水及加湿水等闭式水系统在运行过程中由于泄漏、排水会造成一定的损失，为保证运行安全及系统压力，需要及时补充软化水，通过软化水设备对市政补水处理后补充到系统中。

5）设备维护用水

系统运行过程中，冲洗、管道压力测试等需要的用水。

6）柴发系统运行及维护用水

此部分为柴发机组排烟净化及机组冷却用水，这部分水资源消耗所占比例较小。此外，季节不同，数据中心各项用水比例会发生明显变化

WUE指标目前还没有被广泛用于工业中，并且很少被引用，但水已经成为数据中心十分显著的因素，未来水资源利用效率一定会进入PUE度量工作中。