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数据中心如何减少用水量并提高效率？

大多数人想到计算时，都不太可能会联想到水。然而，这种资源对于大多数大型数据中心的冷却系统至关重要，世界数字基础设施越来越依赖这些系统。通过多种机制，水吸收服务器发出的热能，保持其温度稳定，并使其不间断地运行。然而，我们依赖水来冷却推动数字时代的装置也带来了新的问题，尤其是在严重缺水的干旱地区。数据中心如何用水数据中心使用大量的水来保持服务器冷却，并采用多种不同的方法。数据中心的高用水量主要是由于冷却系统防止数据服务器产生热量。冷水机、冷却塔和空调等冷却系统依靠水来维持设备的最佳温度，导致大量的水消耗。但究竟使用了多少仍然不清楚，这很大程度上是因为主要供应商缺乏透明度。因此，精确的测量也很难确定，因为水既用于冷却机器，又用于发电。发电的用水量可能是直接冷却的四倍之多。数据中心的用电量占总用电量的近2%。虽然大约40%的数据存储在小型现场服务器上，但越来越多的数据被外包给大规模的异地运营。Uptime Institute的研究表明，单个大型数据中心每年的用水量高达675万加仑。2021年的一篇论文估计平均约为150,000加仑。高达57%的水可能来自饮用水源，这对于工业用途来说是不寻常的。而且，这种做法可能会给当地供水带来巨大压力，尤其是在干旱多发地区。此外，冷却系统中使用的水通常最终会成为废水，这可能是一个额外的环境问题。大部分的用水问题是由于冷却系统效率低下，尤其是冷却塔。冷却塔用水喷射服务器产生的热空气，或将空气通过湿介质。通过与水接触从空气中去除热能，然后较冷的空气再循环。大量的水因蒸发而损失。许多这些系统还使用冷却装置（冷却器）来降低空气温度。由于水会滋生病原体，因此必须使用有毒化学物质进行处理，这些化学物质可能会与水蒸气一起释放。绝热冷却采用类似的原理，但仅在环境温度需要时才会启动。虽然这些系统可能需要更少的水，但也需要更多的能量来运行。为节约用水，考虑数据中心的位置耗水量取决于许多变量，包括IT送风设定值、地理位置的环境温度和湿度范围，以及部署的冷却系统类型。并非所有用水冷却的系统都要使用大量的水，有些系统使用更高比例的电能，加上更多的设备，只使用空气而不使用水来排出热量。有些只在夏季高峰月份使用蒸发冷却，并且根据地点的不同，每天可能只需要几个小时少量的水。尽管如此，根据弗吉尼亚理工大学和劳伦斯伯克利国家实验室2021年的研究，多达五分之一的数据中心从已经“中度或高度”缺水的流域取水。将数据中心安置在这些地区与当地的用水发生了冲突，特别是因为其中许多数据中心的供水来自已处理过的水，这些水可供饮用以及住宅灌溉和清洁。在一些地区，由于可能会给供水带来压力，新建数据中心的许可已被拒绝。在其他地区，居民和环保组织也提出了抗议。在寒冷气候下建立数据中心可能会减少用水需求。通过使用已经被自然环境冷却的外部空气，可能不需要冷却器，或仅在一年中较温暖的时期使用冷却器。Google和Microsoft已经尝试了这种被称为“自然冷却”的方法。Google坚称，其正在寻求一种超本地化的用水方法。且声称，在每个数据中心园区，其冷却决策都会考虑当地环境，平衡无碳能源和来源可靠的水的可用性，以最大限度地减少当前和未来的净气候影响。不过，其认为水冷式数据中心比风冷式数据中心更高效。虽然在某些情况下是正确的，但在其他情况下则不然。空气冷却的支持者认为，总体而言，这种方法效率更高，并且需要更少的资源来运行。