数据中心蒸发冷却技术是否仍有其应用价值？

用水问题已成为社区对新建数据中心关注的焦点之一。在许多市场中，这一问题目前已与电力需求一样，成为居民和地方官员评估新设施时的争议点。关于数据中心消耗大量用水的报道在社区论坛和社交媒体上广泛流传，已成为反对新建项目的常见理由，尤其是在易发生干旱的地区。

这种担忧并非没有依据。据Media Analytics Ltd.的一份报告显示，一个IT负载为1兆瓦且采用蒸发冷却的数据中心，每天用水量大约在2万至5万加仑之间。按此比例推算，一个10兆瓦的设施每天可能消耗20万至50万加仑的水，一个100兆瓦的设施每天可能消耗200万至500万加仑的水，而一个1吉瓦的设施每天用水量可能达到2000万至5000万加仑，具体数值取决于系统设计与运行条件。

面对如此庞大的数字，一个显而易见的问题是：为什么运营商仍然选择蒸发冷却技术？

答案在于，尽管蒸发冷却系统耗水量大，但在适当条件下，它在成本和能效方面仍具有重要优势。

蒸发冷却技术之所以仍被广泛使用，是因为与纯干式冷却相比，它能够更高效地排出大量热量。在典型设置中，数据中心产生的热量被传递至在冷却塔或类似散热系统中循环的水中。随着部分水分蒸发，热量随之被带走，剩余的水则被收集并循环利用。这与人体通过汗液蒸发来降温的原理基本相同。

当然，这种方式的代价就是用水消耗。

水资源节约与能效之间的权衡

暖通空调公司Brucker首席执行官马特·格林（Matt Green）表示，开放式蒸发冷却系统之所以仍存在于市场中，原因很简单：初期成本较低。

“开放式冷却系统之所以仍然存在，很多情况下是由前期成本驱动的，开放式冷却塔的成本会低于闭环系统，”他说。

格林估计，在具备同等散热能力的情况下，开放式系统的前期成本可能比闭环系统低60%至70%。这种差异主要源于闭环系统中干式冷却器所需的铜、铝等材料用量较大。

不过，格林认为，从系统的整个生命周期来看，经济性会发生变化。他指出，在运行时间较长的数据中心中，一旦将用水量和持续运营成本纳入考量，闭环系统的总生命周期成本会低于蒸发冷却系统。

冷却与供暖水处理服务商Capture H2O的首席执行官布兰登·马克（Brendan Mark）则从另一个角度提出了看法。他认为蒸发冷却在能效方面仍具有重要优势。

“与闭环风冷系统相比，水冷系统在能效方面要高出约25%至40%，”他说，“所以这里存在一种权衡：用水量确实减少了，但用电量会增加。”

水与电之间的这种张力正是争论的核心。闭环系统可以大幅减少蒸发量，但通常需要更大的风机功率，在极端条件下散热效果也可能不及蒸发冷却系统。相比之下，蒸发系统在特定环境条件有利于蒸发的情况下，能够以更低的能耗实现更好的散热性能。

数据中心硬件搬运设备制造商ServerLIFT LLC的质量经理阿什莱萨·莫哈帕特拉（Ashlesa Mohapatra）表示，运营商在选择冷却架构之前应全面评估设计方案，包括设施的功耗状况、资本预算、气候条件以及长期运营影响。

“你应该先看数据中心的用电量，”莫哈帕特拉说，“你也应该考虑，为了安装蒸发冷却系统而愿意在硬件损耗上投入多少资金。”

莫哈帕特拉还指出，尽管冷却水并不与IT硬件直接接触，但基于水的系统仍会带来维护方面的考量和机械磨损，这些都应纳入总成本核算。

莫哈帕特拉估计，在夏季用电高峰期，蒸发冷却系统的耗电量可能比闭环系统低10%至35%，但具体节省幅度取决于气候条件和系统设计。因此，她并不认为这是一个绝对的选择。闭环系统在节水方面表现出色，但当能效是更高优先级时，蒸发冷却系统仍然是合理的选择。

格林则持更为谨慎的态度。在他看来，如果运营商拥有足够空间并能承担较高的前期成本，就没有太多理由不转向闭环系统。

“如果你有足够的空间，又有额外的资本可以在前期投入，以便在产品生命周期内获得投资回报，那么在这种应用场景下，真的不应该再使用非闭环技术，”他说。

他还认为，许多公司之所以仍坚持使用蒸发冷却技术，是因为对其比较熟悉。

“很多人会坚持使用自己熟悉的技术，因为它在过去一直有效，他们不想承担更换技术所带来的感知风险，”格林说。

然而，马克则从性能角度为蒸发冷却技术进行辩护。

“在闭环系统中，你实际上是让空气吹过一组内部流有某种液体的管道，”马克说，“这种管道的散热效果无法像蒸发冷却那样高效。”

气候与地理因素改变计算结果

莫哈帕特拉的看法则更具情境性。在水资源充足的地区，蒸发冷却仍可能是一个切实可行的选择，尤其是在设施靠近大型湖泊或河流、当地水资源供应没有压力的情况下。这并不意味着政治或环境方面的担忧会消失，但从运营角度来看，这种权衡会更容易被接受。

气候因素同样具有重要影响。蒸发系统在炎热干燥的环境中通常表现更好，而在湿润环境中效果较差。例如在亚利桑那州，水分更容易蒸发，系统效率更高；而在佛罗里达州奥兰多等湿润地区，空气中已含有较多水分，蒸发效率随之降低，系统需要更多能耗才能达到相同的冷却效果。

“蒸发冷却的原理是利用水分实际蒸发的过程，”莫哈帕特拉说，“所以当外部环境本身就很潮湿、空气中水分较多时，将水分抽出并蒸发到大气中就需要消耗更多能量。”

冷却策略的未来走向

格林认为，开放式蒸发冷却系统的使用正逐渐走向尾声。随着芯片发热量不断增加，散热需求日益严苛，他预计市场将越来越多地转向干式或蒸发式等闭环冷却系统。

“我认为，随着我们所看到的新型芯片的出现，行业将几乎完全转向闭环冷却系统，”他说，并补充指出开放式系统将逐渐消失。

马克则没有如此绝对的看法。他认为，水冷方案仍将在未来的讨论中占据一席之地，随着争论逐渐成熟、行业对用水方式、地点和原因的认识日益精细，水冷技术在政治层面或许会重新获得更高的接受度。

“我认为在未来12到24个月内，水冷系统在政治层面会变得更容易被接受，”马克说，“但正如我们所知，这个领域的变化速度非常快。”

莫哈帕特拉则预见一个混合发展的未来，而非单一技术的胜出。在这种模式下，蒸发冷却可以帮助设施应对夏季用电高峰需求，而液冷及其他闭环系统则能以更高效、更紧凑的方式处理日常大部分热负荷。

“我们将在夏季高峰期保留一部分蒸发冷却的功能，无论数据中心位于何处，”莫哈帕特拉说，“而在大多数时间里，机架中运行的将是液冷系统……它不会体积庞大，而是会更快速、更紧凑。”