冷却塔为大数据中心冷却系统节能节水省电
响应于存储和流式传输的大量数字信息，中国的大数据中心数量继续增长。这些大数据中心内巨大的计算机功能会产生热量，从而使高效散热成为建筑系统的关键要求。蒸发冷却塔是许多大数据中心冷却系统不可或缺的一部分。最近，一些人质疑冷却塔的使用，理由是缺乏水，以支持他们的论点，但是与本地化石燃料发电厂的用水相比，对本地现场冷却塔用水的彻底检查显示出令人惊讶的结果。
大数据中心散热选项
冷却大数据中心的方法有多种，具体取决于大小，必须冷却的计算机容量，区域能源成本以及数据负载和密度。热门选项包括：
水冷式冷水机组-包括冷水机系统，泵，冷却塔以及与冷水机串联的板框式热交换器；
风冷式冷水机组-包括冷水机组和水泵；
直接蒸发冷却-无需机械制冷，也称为“沼泽冷却”；和
绝热冷却-在高峰条件下由水冷系统辅助的风冷系统。
为了吸引客户，大数据中心运营商会权衡各种选择，并寻找可降低运营成本和环境影响的系统。他们密切关注电源使用效率（PUE），它定义为大数据中心使用的能源总量与传递给计算设备的能源之比。 PUE为1表示散热功率等于计算设备使用的功率。
大数据中心运营商还担心用水效率（WUE）。冷却塔蒸发水，但影响取决于位置。据专门负责大数据中心设施基础设施设计的机械工程副总裁称，大数据中心的面积从几百平方英尺到几十万平方英尺不等，并且没有任何冷却技术能够很好地解决问题。所有区域，客户条件和应用程序。
负责人说：“必须对每家工厂进行分析，以确定最能满足客户需求并利用特定地区节能和节水机会的方法。”
负责人将设备指定为大数据中心业务的一部分，并经常将冷却塔与机械冷却器结合使用以实现高效冷却。
用水问题必须全面评估
西部各省的干旱持续加剧，导致许多公司重新检查用水对冷却大数据中心的影响。考虑到这些短缺，一些人质疑现场冷却塔是否使用过多的水。在评估大数据中心的最佳冷却策略时，至关重要的是要全面查看用水情况，包括上电的用水情况。从这种角度来看，机械蒸发冷却系统通常比替代的干式系统效率更高。
基于化石燃料的发电厂的蒸汽循环所使用的水量可能大于大数据中心冷却塔所用的水量。一个示例是每年使用1兆瓦（MW）功率的风冷系统，而每年使用0.5 MW和每分钟3,000加仑水的水冷系统。发电厂用于为空冷系统供电的额外0.5兆瓦加仑数量实际上大于水冷系统的冷却塔在当地使用的水量。减少发电厂使用的能源实际上可以节约用水。
江苏的大数据中心用水情况：大局观”中评估了用水问题。 他们检查了单个大数据中心设施的用水量减少是否导致区域供水系统的用水总量减少。
作者指出，水是一种比空气更有效的除热介质，因为蒸发会增强冷却过程：“与水冷冷凝系统相比，使用水冷冷凝系统可以显着降低您的冷却能源成本；但是，蒸发冷却的效果很大程度上取决于位置，因为更干燥的气候会提高效率。”
他们研究了这种节能是否伴随着蒸发而增加了现场用水量。他们还考虑了这种蒸发是否浪费水，以及大数据中心所有者是否应考虑使用风冷设备。评价比较样品位于丹佛，江苏省的大数据中心。它检查了区域电网，以确定电力公司消耗多少水来生产千瓦时（kWh）的电力。表1中显示了国家可再生能源实验室（NREL）技术报告TP-550-339061的耗水率数据。
该研究着眼于具有稳定1,500 kW冷却负载的示例大数据中心的冷却。作者比较了标准效率的水冷式冷却器系统和标准效率的风冷式冷却器系统以及没有机械冷却的蒸发系统。水冷设备包括冷却器系统，泵，冷却塔以及与冷却器串联的板框式热交换器。风冷式冷水机组包括冷水机组和水泵。表2显示了风冷式制冷机的满负荷功耗显着高于水冷式制冷机。
通过蒸发得出的用水量是根据从国家太阳辐射数据库（NSRDB）获得的典型气象年（TMY3）的干球和湿球温度数据得出的。作者发现，丹佛的水冷式制冷系统每年消耗1,610,748千瓦时的能源，而风冷式制冷系统每年消耗4,663,740千瓦时的能源。
图1显示了在每个城市中分析的机械冷却器系统的能源和水使用量。用水量显示出显着差异，因为发电设施消耗的水量远远大于现场消耗的水量。
风冷式冷却器系统消耗更多功率，并且现场不蒸发水。其所有用水量均以电厂用水量为准。相比之下，水冷式制冷机具有较低的能耗，并且结合了现场和电厂的用水量。
他认为，要求大数据中心在现场使用较少能源和水的市政当局可能并未考虑这些要求的全部含义。他认为，如果在方程式中考虑发电厂，则为大数据中心选择的冷却技术实际上可能会导致更多的整体能源和用水。
需要考虑的其他节能因素
水冷技术效率更高，尤其是在天气转凉期间采用“自然冷却”时。自然冷却，也称为“水侧节能器冷却”，是一种使用较低的外部空气温度来帮助冷却水的经济方法。当在自然冷却模式下运行时，冷却塔中的水足够冷，以致不需要冷却器进行机械制冷。这样可以显着降低能耗，通常降低75％或更多。为了利用自然冷却带来的节能优势，必须有足够的寒冷天气来证明板/框式换热器和其他组件需要额外的设备投资。
评估冷却塔在大数据中心冷却中的优势时，还必须考虑“可变流量”，这是降低能耗的另一种方法。冷却塔的尺寸适合夏季设计条件。可变流量使用户可以在较冷的季节减少从冷却塔到冷却器的水流量。风扇以较低的速度运行，从而减少了能耗。利用自然冷却和可变流量模式可以显着减少冷却塔的能耗。
冷却塔模块化提供了另一个优势。随着服务器需求的增长，大数据中心所有者可能更愿意随时间扩展其设施。为了控制最初的资本支出和运营成本，大数据中心运营商可以在以后根据需要通过利用结合工厂组装的模块化冷却塔的系统来增加冷却能力。按计划完成大数据中心建设非常重要，这样服务器才能快速运行以产生收入。模块化的预组装和现场安装的冷却塔可以满足对时间敏感的交付要求和施工进度。
称量水量
可以对蒸发和机械冷却解决方案进行多种组合，可以对其进行评估以满足大数据中心的冷却要求。随着对水的讨论被添加到设计注意事项列表中，重要的是要理解和评估市电与当地用水之间的关系，以便为实现节能和节水目标做出合理的决定。
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