剛剛過去的2021年是“十四五”規劃開局之年，數字經濟發展“提速”，作為數字產業底層支撐的數據中心自然也迎來發展的黃金時期。去年，國家層面出臺了包含《新型數據中心發展三年行動計劃（2021-2023年）》《關于加快構建全國一體化大數據中心協同創新體系的指導意見》在內的多份政策性文件，促進數據中心行業有序發展。
數據中心在支撐數字經濟快速發展的同時，不可忽略的是——數據中心是高載能行業。在“雙碳”戰略目標的引導、要求下，數據中心的節能減排，勢在必行。
數據中心要節約的不僅是“碳”
現階段提到數據中心節能減排，很多人都會更多地關注數據中心如何“減碳”，即數據中心碳中和，而對于數據中心行業來說，其用水量之大也是不能不關注的問題。在行業更多關注PUE的同時，數據中心WUE（水資源利用效率，詳見“閱讀輔助”）卻鮮少問津。
據統計，地球上的水大約96.5%都是海水，淡水只有3500萬立方千米左右，且這些淡水中很大一部分儲存在常年不化的冰川或者高山上的冰冠里，能夠被人們直接取用的淡水資源就存在于陸地上的淡水湖和河流中，而這些水量只占全球總水量的1%。
以我國為例，我國水資源總量雖位列全球第六位，但因人口基數大，人均水資源占有量僅有2500立方米，約為世界人均水量的1/4，在世界排名第110位，已經被聯合國列為13個貧水國家之一。
數據中心運行對水資源的需求旺盛，而數據中心內部署的精密設備又決定了用水只能使用淡水。據統計，數據中心若采用水冷卻空調，一座數據中心每天就要用掉數以百萬加侖（1加侖約合3.8升）計的水，用來冷卻因運轉而發熱的設備。日常運行中的冷卻水補水消耗量大約占數據中心總用水量的95%以上。如此大的體量，對于建設在水資源相對匱乏地區（如沙漠）的數據中心來說，對該地區的水資源利用率無異于“雪上加霜”。
作為數字經濟重要支撐的數據中心，如果可以有效地降低WUE，也必將為構建節水型社會貢獻一份不可或缺的力量。
不僅于此，大量的冷卻水補水在數據中心運營成本中的占比也十分龐大，如果可以減少用水量，對降低數據中心運營成本來說，也起到了助推的作用。而數據中心WUE的降低也以“數值”的形式，體現了一家數據中心企業的社會責任。
政策引導
隨著IDC產業的發展， IDC服務商在關注自身數據中心的PUE的同時，應給予WUE更多的關注。與此同時，在相應政策的推動下，數據中心節水進程也在逐步推進。
以點看面，去年10月，內蒙古烏蘭察布市集寧區人民政府就出臺了《關于禁止集寧區大數據企業使用地下水冷卻降溫的通知》（簡稱《通知》）。《通知》決定，“轄區內大數據企業一律禁止使用地下水冷卻降溫。”
同時，《通知》指出，科技和大數據管理局要督促轄區內使用地下水冷卻的大數據企業按照巡視組反饋要求制定使用風冷或置換水源計劃及實施方案，且大數據企業要盡快完成技術改造，編制水資源論證報告書，按照相關規定申辦中水取水許可手續。
除此之外，去年11月與今年1月發改委聯合各相關部委相繼印發了《“十四五”節水型社會建設規劃》與《“十四五”水安全保障規劃》，兩份文件都均指出，要堅持“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”的治水思路。
現有及未來將要發布政策，將進一步引導、規范、督促數據中心節水的落實情況，推進數據中心降低WUE。
技術驅動
在政策的引導下，IDC產業上下游企業都將節水提上日程，以技術驅動數據中心節水進程。下面我們就來盤點一下現階段數據中心節水的途徑都有哪些。
利用循環水
冷卻層面的用水是數據中心主要用水領域，冷卻水排污也自然成了數據中心主要廢水來源，直接排放不但浪費了水資源，還有可能對環境造成污染，基于此，循環利用冷卻水成為數據中心節水、保護環境的重要舉措之一。
循環水排污水質與循環水系統運行水質基本相同，需要去除的污染物主要有金屬離子、酸根離子、膠體、懸浮物、細菌/微生物等，且PH值呈弱堿性。
針對上述污水情況，通常采用的循環水排污回收裝置的主要工藝流程為：絮凝沉淀階段—初濾階段—反滲透及出水階段。這是現階段各行業比較常見的循環水排污回收裝置，不過該系統的應用成本較高，運維較難，這也成為現階段數據中心循環水利用的一大阻礙，也成為未來數據中心節水技術的重要突破口之一。
浸沒式液冷
近年來，隨著液冷技術的不斷成熟，越來越多的數據中心應用該技術幫助數據中心降溫。現階段，數據中心應用液冷主要分為兩種——浸沒式液冷和冷板式液冷。
浸沒式液冷將數據中心內產熱最多的服務器“浸泡”在特殊的絕緣冷卻液中，可以大大降低數據中心PUE值。與此同時，冷卻液的應用，替代了傳統的機房空調，甚至不需要蓄冷罐的支持，從源頭大幅降低了數據中心用水。
浸沒式液冷現階段在國內比較成功的案例當屬阿里巴巴浙江云計算仁和數據中心，該數據中心采用全浸沒式液冷技術，在大幅降低PUE的同時，也降低了數據中心WUE。
放眼國際，對于建設在沙漠中的數據中心而言，缺水更是一個大問題。微軟在沙漠地區建設的數據中心，為了使其在炎熱和干燥的氣候中的水足跡降至零，微軟計劃采用一種新的方式來冷卻服務器——將它們浸泡在基于碳氟化合物的液體中。當服務器工作時，它們產生的熱量使液體在達到華氏122度(攝氏50度)時沸騰。沸騰的液體逐步轉化為蒸汽。蒸汽的蒸發將熱量從服務器上帶走，蒸汽碰到冷卻水箱的蓋子凝結后降回水箱中，創造了一個閉環冷卻系統，減少了水和電的使用，同時得到了冷卻效果。
不過目前浸沒式液冷大規模應用還面臨著諸多問題。采用浸沒式液冷的數據中心，從服務器、機架，到供配電等設備均需要特殊定制化，這就加大了數據中心前期建設周期及成本。與此同時，將服務器“泡”在冷卻液中也提升了運維難度，增加了后期的運維成本。
筆者相信，隨著液冷技術的不斷成熟，標準化的普及，浸沒式液冷將成為數據中心主要供冷方式之一，為數據中心PUE、WUE的“雙降”貢獻力量。
水下數據中心
相較于在數據中心內應用液冷的模式，有部分IDC服務商選擇探索直接將數據中心建設在水下的可能性，這為沿海地區的城市在建設數據中心的時候提供了些許參考。
現階段，選擇在水下建設數據中心的廠商主要有兩家。從國內看，海蘭信是國內“第一個吃螃蟹的人”
2020年11月海蘭信UDC測試樣機在珠海下水測試；
2021年1月海蘭信公布階段性測試成果，獲得了成功的可行性驗證；
2021年5月，海蘭信與海南電信合作開展第二階段測試，整備后的UDC樣機內承載了海南電信的實際數據業務，第二階段測試邀請了中國信通院云大所全程跟蹤，測試結果達到預期。
海蘭信在2021年邁出了我國水下數據中心從“0”到“1”的關鍵一步。
放眼國際，微軟早在2015年就布局水下數據中心。水下數據中心的部署，利用海水帶走數據中心內部服務器工作產生的熱量，在大幅降低數據中心PUE的同時，也同時降低了數據中心WUE。
雖說把數據中心建在水下是實現數據中心碳中和及節水的可行路徑之一，但現階段需要面對的問題還有很多。其中運維是很關鍵的一個問題，因為建設在水下，提升了運維的成本及難度。
不過，隨著數據中心數字化轉型進程的推進，智能化運維的普及，無人值守、完全自動化的數據中心的應用落地，水下數據中心將成為未來數據中心降低能耗、節能減排的可行路徑之一。
其他節水技術應用
除去上述相對來說比較“小眾”的數據中心節水的可行路徑外，現階段已有大量節水技術在數據中心中應用。
同樣以微軟為例，其在2021年11月宣布在瑞典建設新的數據中心，并提出，到2030年，微軟將實現水正值，數據中心內的服務器將全年采用外部空氣冷卻。此外，該數據中心將應用收集雨水裝置，主要用于加濕，并支持現場數據中心設施，在降低數據中心PUE的同時，進一步降低數據中心WUE。
無獨有偶，Facebook的Prineville數據中心采用了直接蒸發制冷系統。該系統沒有耗電量大的機械制冷設備，并且用水量也比傳統制冷設備少很多。該數據中心通過采用外部空氣制冷和蒸發制冷方法實現數據中心制冷。
回看國內，現階段我國在西北、東北地區所建設的數據中心也有不少應用間接蒸發冷等技術的案例。以美利云中衛數據中心為例，該數據中心充分利用中衛地區的區位優勢，投產的一期工程采用了國際先進的間接蒸發自然冷卻技術，相較于傳統數據中心，節能幅度可達50%以上。與此同時，數據中心還配備了一套“新風”系統，使數據中心無需配置冷水機組、冷凝塔等水系統，只在每年氣溫較高的7~8月采用DX系統補充部分冷量，在降低數據中心PUE的同時，也大幅降低了數據中心WUE。
寫在最后
目前來看，數據中心企業普遍對WUE的重視程度不如PUE，不過隨著相應政策的推出，以及技術的普及，數據中心節水技術的成本及落地難度也將逐步降低。如果說2021年，我國數據中心降本增效是圍繞PUE展開的，暢想一下，2022年，會有更多的焦點話題、技術研發圍繞如何降低數據中心WUE展開，如何降低數據中心WUE與降低PUE將一樣重要，對于數據中心而言，節能減排起始于碳中和，但絕不止于碳中和。
閱讀輔助
WUE只衡量數據中心制冷系統的水資源使用效率（并不包括水暖和辦公室所消耗的水資源）。WUE是一個較新的標準，由從IT角度評估公司可持續性的數據中心產業組織綠色網格提出。綠色網絡組織因為推出廣為業界認可的衡量數據中心效率的PUE標準而著名。在高一點的層面上，WUE是將年度水資源使用量除以IT設備的水資源的使用量所獲得的值。WUE的單位為公升/kWh。
