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单一水源误区——冷却系统补水的技术探讨

来源:机房360 作者:Mary编辑 更新时间:2012-9-26 22:10:01

摘要:本文节选文章《数据中心水源可靠性》, 作者: 欧洲暖通协会执行主席 CARLO GROSSI,和《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002

  对于T4高等级数据中心机房设计标准,从设计理念上,要求数据中心的冷却系统采用2N独立冷源的形式(T4标准要求采用两路独立供电电源,双路独立冷源完全在线运行)。但相当一部分IDC由于受到场地限制,很难做到独立两路供水厂供水,这样,有些T4数据中心尽管在配电上有两路输入供电,另加发电机和UPS,达到四路供电,但水源方面却成为瓶颈,造成一些伪T4的数据中心,给整体系统可靠性带来危害。在欧洲,由于水源单一问题,已经造成相当部分数据中心缺少而导致空调当机,整体机房在5分钟内温度高达60度以上。对高等级数据中心而言,可靠性是第一位的,我们不赞成单路供水或修建蓄水池(管路和阀门同样存在单点故障),在欧洲,我们鼓励大型IDC修建在水源充足的地区,如利用自然湖泊作为应急。我们欣喜看到,欧洲大型IDC逐步转移到北欧较为寒冷地区,这为采取风冷自然冷却方案提供良好基础。作为自然风,取之不尽,尤其利用自然冷却,更提高PUE节能指标。风冷机组由于采用模块多台运行,杜绝了单点故障,2N状态下,可以允许N台设备同时故障,而不会导致整体系统停机。可靠性有了根本保证。这类方案最适宜缺水和单一水源并要求极高可靠性的数据中心要求。涉及到中水应用,也需要考虑到以下一些问题:
  1. 中水是否单一和独立冷源问题:
  由于污水处理厂提供的中水来源于当地生活污水的收集处理,那么中水的来源和当地自来水的供应来源是同一源头上下游的关系:即如当地自来水供应出现变化或者出现紧急状况,其污水处理厂提供的中水也会将随之变化,即污水的水源也就中断了,实际上两套冷源的冷却水源头为一路,难满足数据机房T4的双路完全独立冷源同时在线运行的设计要求。
  2. 还是存在单故障点:
  相比冷冻水系统的封闭运行,冷却水系统是开放式的运行,如果系统的所有制冷机组全部采用这种运行方式,一旦冷却水系统的外部配套出现问题,则没有任何的补救措施;
  3. 中水用于数据机房冷却水的水质问题以及对制冷系统的影响:
  由于数据机房的特殊性质,要求机房冷却系统可靠高效,如果全部采用水冷的冷源方案:冷却水系统的补水量非常可观。制冷系统一般采用自来水做冷却水时,需要对其进行物理过滤和电子除垢后进入制冷系统中进行工作;冷却水经过水冷制冷机组换热器后,水温会升高,制冷机组冷凝器和相应的冷却塔、水泵及水路管路系统必然会出现杂质沉淀和结垢现象,影响制冷机组的效率和制冷系统的稳定性;运行一段时间后,需要对制冷主机和整个冷却系统定期清洗。但如果采用中水,中水内的矿物质和其他杂质的含量和浓度明细高于自来水,尤其藻类和细菌含量,那么相应的未知因素很多;可能会对制冷系统的可靠性有较大影响。到目前为止,数据中心行业中还没有大规模采用中水做为冷却水的成功案例和实际使用经验。
  污水处理厂提供的中水的水质等级:一级标准中的B级标准。经过查阅现行的国家标准:《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中相关内容:(以下为国标内容原文摘抄)
  (4.1.2标准分级)
  根据城镇污水处理厂排入地表水域环境功能和保护目标,以及污水处理厂的处理工艺,将基本控制项目的常规污染物标准值分为一级标准、二级标准、三级标准。一级标准分为A标准和B标准。一类重金属污染物和选择控制项目不分级。
  (4.1.2.1)一级标准的A标准是城镇污水处理厂出水作为回用水的基本要求。
  当污水处理厂出水引入稀释能力较小的河湖作为城镇景观用水和一般回用水等用途时,执行一级标准的A标准。
  (4.1.2.2)城镇污水处理厂出水排入国家和省确定的重点流域及湖泊、水库等封闭、半封闭水域时,执行一级标准的A标准,排入GB3838地表水III类功能水域(划定的饮用水源保护区和游泳区除外)、GB3097海水二类功能水域时,执行一级标准的B标准。
  从上述内容可知中水回用的基本要求为一级标准的A标准;污水处理厂提供的一级标准的B标准的中水如果不加深入处理,未达到一级标准的A标准是从国家环保规范上不允许回用的。需要专门建立设置专门中水处理站进行处理,增大运维量和今后运行费用,具体工程实施中的技术要求和投入以及运行费用需要慎重详细认证。同时并需通过国家环保部门做专项评审。
  4. 如采用中水作为数据机房冷却对数据中心环境的影响:
  一般情况下冷却塔在对外散热中,冷却水温为20°C以上,夏季更是持续在30度左右的恒定温度下,非常适合细菌、真菌等菌类生长,由于散热时的冷却水不断蒸发(此为一个类似浓缩的过程),水中的矿物质,营养物质不断浓缩,更容易滋生细菌;目前实际使用中,用户即使用自来水作为冷却水时,也需要经过对冷却水系统进行投药杀菌的处理,即使是经过处理的达到饮用级别的自来水作为冷却水,也有出现军团菌扩散从而影响当地人员工作和生活现象。如采用中水作为冷却水(即使中水达到国标回用的一级标准的A标准),由于中水水质的特点,本身就富含营养物质,及各种菌类,极易滋生有害菌,并随着冷却水的蒸发和飘散,将可能出现局部卫生污染,影响当地的环境和人员健康,常年的持续运行有可能造成机房附近区域突发疫情的风险。
  大型IDC由于制冷系统的全年连续工作,冷却水的补充量非常大。如采用中水作为冷却水或者冷却补水来源,除了以上的三条主要制约因素,污水处理厂的水源稳定性以及附加另行处理装置的可靠性均给本项目的带来一些不确定因素。加之数据中心行业未有采用中水作为冷却系统的大规模成熟使用经验,采用中水作为冷却系统的方案还需慎重考量!成熟使用经验,采用中水作为冷却系统的方案还需慎重考量!

  责任编辑:Mary

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