Oczyszczanie i dostarczanie wysokiej jakości wody uzupełniającej dla centrów danych

• 1. Zużycie wody w centrach danych
• 2. Zanieczyszczenie wody wykorzystywanej w centrach danych
• 3. Oczyszczanie wody zasilającej systemy chłodnicze
• 4. Podsumowanie

1. Zużycie wody w centrach danych

W centrach danych znajduje się niezliczona liczba serwerów i urządzeń sterujących, które zajmują rozległe powierzchnie zabudowane, gdzie do ich chłodzenia i utrzymania w prawidłowym stanie technicznym potrzebna jest ogromna ilość oczyszczonej wody.

Centra danych charakteryzują się wysokim zużyciem wody, zwłaszcza na potrzeby chłodzenia. Średnio centra danych zużywają około 2 000^m³ wody dziennie. Odpowiada to ilości wody potrzebnej do zaopatrzenia miasta liczącego około 10 000 mieszkańców.

2. Zanieczyszczenie wody wykorzystywanej w centrach danych

Główne źródło zanieczyszczeń to odpowietrzanie układów chłodniczych. Najczęściej stosowaną technologią są wieże chłodnicze (układy półzamknięte).

W wieżach chłodniczych dochodzi do strat wody spowodowanych parowaniem i wyciekami (ok. 2% przepływu cyrkulacyjnego) oraz spustami (ok. 3–5%). Straty te zawierają stężone sole, metale i substancje chemiczne.

Właściwe gospodarowanie wodą pozwala zminimalizować jej zużycie i zmniejszyć wpływ tych obiektów na środowisko.

Woda zasilająca system może pochodzić z sieci wodociągowej, studni lub z wody odzyskanej. Przed jej wykorzystaniem należy poznać jej właściwości fizykochemiczne, aby dobrać odpowiednią metodę uzdatniania.

Zanieczyszczenie powstaje w wyniku przedostawania się cząstek stałych w zawieszeniu, substancji organicznych i mikroorganizmów obecnych w powietrzu wykorzystywanym w wieży, a także w wyniku wzrostu zasolenia, twardości i zawartości metali, który wynika ze stężenia powstającego w wyniku odparowywania wody.

W przypadku obiegów zamkniętych mogą pojawić się problemy z korozją, a w konsekwencji wycieki, dlatego należy stosować środki antykorozyjne i filtry oczyszczające.

Poniższa tabela przedstawia średnie wyniki analiz wody pobranej z półzamkniętych obiegów chłodniczych stosowanych w tych instalacjach:

Parametr	Jednostka	Dostarczanie wody	Woda chłodząca (odpowietrzanie)	Woda uzdatniona w wieży chłodniczej	Woda uzdatniona w obiegu zamkniętym
Twardość	mg/lCaCO₃	150 – 500	450 – 2000	50	5
Przewodność	µS/cm	500–1500	1500–5000	200–800	100
Żelazo	mg/l	0,3	0,5 – 5	0,1	0,05
Zmętnienie	NTU	5	10	1	0,5
Zanieczyszczenie biologiczne		Zmienna	Rejestracja	Bardzo niska	Bardzo niska

3. Oczyszczanie wody zasilającej systemy chłodnicze

Wody powierzchniowe zawierają zawiesiny stałe i substancje organiczne w różnym stężeniu, w zależności od ich pochodzenia. W związku z tym należy przeprowadzić ich charakterystykę i uzyskać pełną analizę w celu zidentyfikowania tych zanieczyszczeń oraz określenia ich stężenia.

Standardowa terapia składa się z:

• Oddzielanie gruboziarnistych cząstek stałych (przesiewanie)
• W razie potrzeby dodanie środków korygujących pH (kwas, soda)
• Dodawanie środków koagulujących i flokulujących w celu oddzielenia koloidów i drobnych cząstek zawiesiny
• Oczyszczanie metodą flotacji z wykorzystaniem rozpuszczonego powietrza (DAF)
• Filtracja z wykorzystaniem wypełniaczy (filtry podwójne lub wielostopniowe)
• Membrany filtracyjne (µF/UF)

Ta linia leczenia ma zastosowanie w przypadku dwóch rodzajów prądu:

1. Woda doprowadzana w celu uzupełnienia strat wynikających z upustów i parowania w półzamkniętym obiegu chłodzenia.
2. Woda, która po schłodzeniu jest ponownie wykorzystywana z wież chłodniczych.           

W przypadkach, gdy zasolenie jest wysokie, stosuje się procesy oczyszczania z wykorzystaniem membran do odwróconej osmozy lub żywic jonowymiennych.

Schemat blokowy uzdatniania wody zasilającej centra danych

4. Podsumowanie

Wysokie zużycie wody zasilającej niezbędnej do zasilania obiegów chłodniczych w centrach danych sprawia, że konieczne jest posiadanie odpowiednich systemów umożliwiających recykling i ponowne wykorzystanie jak największej części tego zasobu. Strategia ta stanowi kluczowe rozwiązanie zapewniające wydajność, niezawodność i zrównoważony charakter systemów chłodniczych w tych obiektach.

Największe zapotrzebowanie na wodę występuje w systemach chłodzenia służących do odprowadzania ciepła wytwarzanego przez serwery i inne urządzenia informatyczne, które wydzielają znaczne ilości energii cieplnej i muszą pracować w bardzo wąskich przedziałach temperatur, aby zapewnić prawidłowe działanie.

Systemy chłodzenia stosowane w centrach danych to przede wszystkim systemy zamknięte i otwarte. W instalacjach z obiegami zamkniętymi zazwyczaj stosuje się środki antykorozyjne oraz systemy filtracji oczyszczającej w celu utrzymania jakości płynu chłodzącego. Z kolei w instalacjach wykorzystujących obwody otwarte z wieżami chłodniczymi — które są najczęściej spotykane — jakość wody ma bezpośredni wpływ na powstawanie osadów, korozję urządzeń, rozwój mikroorganizmów oraz ogólne zużycie wody, dlatego konieczne jest wdrożenie specjalistycznego systemu uzdatniania.

Jako ogólne rozwiązanie szczególnie odpowiednia jest linia oczyszczania składająca się z flotacji powietrzem rozpuszczonym (DAF), po której następuje etap mikrofiltracji lub ultrafiltracji oraz końcowe oczyszczanie dostosowane do wymaganej jakości. System DAF pozwala na usuwanie zawiesin, olejów, tłuszczów i substancji organicznych; filtracja membranowa znacznie zmniejsza zmętnienie, zawartość koloidów i mikroorganizmów; natomiast oczyszczanie końcowe — które może obejmować zmiękczanie, częściową demineralizację, regulację chemiczną i dezynfekcję — zapewnia warunki niezbędne do bezpiecznej i wydajnej pracy wież chłodniczych.

To połączenie technologii pozwala wydłużyć cykle zagęszczania, ograniczyć płukanie, zminimalizować zużycie środków chemicznych oraz przedłużyć żywotność wymienników, rurociągów i urządzeń chłodniczych. Ponadto ułatwia wykorzystanie wody zregenerowanej lub o zmiennej jakości, przyczyniając się do zmniejszenia zużycia wody pitnej i poprawy zrównoważonego rozwoju środowiskowego centrów danych.

W związku z tym połączenie procesów DAF, filtracji membranowej i oczyszczania końcowego stanowi solidne, elastyczne i sprawdzone pod względem technicznym rozwiązanie w zakresie uzdatniania wody zasilającej w centrach danych o średniej i dużej wydajności, wykorzystujących systemy chłodzenia oparte na wieżach chłodniczych.

Bibliografia i źródła

Sztuczna inteligencja a woda: jaki jest wpływ centrów danych na środowisko

Centra danych | Grundfos