تامین سرمایش اتاق های سرور

سرمایش اتاق سرور

با توجه به افزایش چشم گیر حجم اطلاعات سازمان ها، بنگاه های اقتصادی، نگهداری و مدیریت آن ها از اهمیت فراوانی برخوردارمی باشد. بنابراین نیاز به مکانی امن و مطمئن برای تحقق این هدف بسیار احساس می گردد لذا از مدت زمانی نه چندان دور بحث ساخت مکانی با نام مرکز داده ( دیتا سنتر ) پیش آمد.

در ابتدا این مراکز داده با استاندارد های موجود طراحی شدند و سیستم های گوناگون در آن ها نصب گردید ولی با گذشت زمان و توجه به امنیت آن ها از لحاظ دسترسی یا در خصوص قابلیت اعتماد در کارکرد سیستم های مختلف نصب شده استاندارد خاصی برای طراحی آن ها مطرح گردید که به استاندارد TIA-942 معروف می باشد. در این استاندارد راه حل های اساسی برای طراحی یک مرکز داده ارائه شده است که مشتمل بر تخصیص فضا ها و سیستم های مورد نیاز مشتمل بر تجهیزات مکانیکی، الکتریکی و شبکه رایانه ای مورد نیاز مرکز داده می باشد. هریک از این سیستم ها خود، به زیر مجموعه های مرتبط با آن تقسیم می گردد.

سرمایش یک فاکتور اساسی برای هر اتاق سرور می باشد.

به محض آن که دیتاسنترها به راه بیفتند، گرما یک بخش جدا ناپذیر در فعالیت یک دیتاسنتر است. راه حل های مقابله با گرما در اتاق سرورها روش های مختلف سرمایش می باشد. کاهش دما و سیستم های خنک کننده اتاق سرور این اطمینان را ایجاد می کنند که داده های ارزشمند نخواهند سوخت و عملیات همچون قبل ادامه می یابد. روش های پیشین سرمایش دیتاسنترها، صرفه جویی در انرژی که منجر به کارآمدی عملی بیشتر دیتاسنترها بود را نادیده می گرفت. روش های منسوخ شده سرمایش دیتاسنتر ها همه انرژی را به سرورها سرازیر می کردند که در نتیجه گرمای بیشتری تولید می شد و انرژی لازم برای خنک کردن اتاق سرور را هدر می داد.

در نتیجه مدیران اتاق سرور به روش های جدیدی در خنک سازی دیتاسنتر که بیشتر بر روی توازن کارآمدی انرژی در دیتاسنترها تمرکز می کنند، دست یافته اند. روش های امروزی سرمایش دیتاسنترها بیشتر به توازن میان انرژی لازم برای عملکرد و کولینگ دیتاسنتر ها تمرکز دارند. توسعه علم سایکومتریک (psychometrics) نتایج بسیاری بر سیستم های خنک کننده اتاق سرور و جلوگیری از گرمایش بیش از حد دیتاسنترها داشته است. از جمله روشهای نوین دیگر می توان به in-row کولینگ اشاره کرد که انرژی مصرفی در خنک سازی دیتاسنترها را کاهش می دهد.

روش های جدیدی برای کاهش مصرف انرژی در خنک کننده ها ایجاد شده است، عمل سرمایش اتاق سرورها با هوا مستلزم درک مدیران دیتاسنتر از علم سایکومتریک و ترمودینامیک است. همچنین وجود گازهای مختلف در هوا پیچیدگی ذاتی هوا به عنوان خنک کننده را افزایش می دهد. با این وجود افراد پیوسته در صنایع گوناگون به دنبال یادگیری مفاهیم جدید و متفاوتی در روش ها و سیستم های خنک کننده اتاق سرور هستند. روش کولینگ عایق نیز همچنان برای بسیاری از صنایع در هاله ای از ابهام است که مطالعات بیشتری را می طلبد.

موقعیت جغرافیایی و تاثیر آن روی سرمایش اتاق سرور

در روش کولینگ، هوا تحت یک سری فاکتورها به عنوان خنک کننده مورد استفاده قرار می گیرد. یکی از مهم ترین فاکتورها موقعیت جغرافیایی است که می تواند بر دمای هوای بیرونی اثرگذار باشد. فاکتور دیگر که باید مد نظر قرار گیرد چگونگی تاثیر تغییرات جوی بر دیتاسنترها در دهه های آتی است. در کنار این ملاحظات عناصر کولینگ و معیارهای اندازه گیری این تکنیک ها مطرح می شوند.

معیارهایی برای سنجش کارایی سرمایش دیتاسنتر ها وجود دارد

انرژی همچنان در بالاترین اولویت در خنک سازی دیتاسنترها قرار می گیرد، استاندارد های صنعتی مانند (PUE Power Usage Effectiveness) برای پیشبرد اهداف دیتاسنترها در راستای کاهش مصرف انرژی هنگام خنک سازی سیستم ها شکل گرفته اند. روش ها و معیارهای سیستم سرمایش اتاق سرور با توسعه هر چه بیشتر روش ها و وسایل کارآمد کولینگ دیتاسنتر توسط مهندسین اصلاح خواهند شد. طراحی یک توپولوژی کارآمد و اجرای زیر ساخت مناسب از جمله ملاحظات بنیادین طراحی هر دیتاسنتر می باشد.

اغلب به دلیل عدم تفکیک فضای سرد و گرم و تداخل هوا در مراکز دیتاسنتر مصرف برق مرکز داده به طرز چشمگیری افزایش می یابد و در نتیجه دمای اتاق سرور از کنترل خارج می گردد و واضح است در این حالت سیستم های سرمایشی به سرعت مستهلک و از چرخه کار خارج می گردند.

در طراحی مرکز داده باید موضوع راندمان دیتاسنتر دائماً مورد توجه مشاور و طراح باشد

در طراحی مرکز داده باید موضوع راندمان دیتاسنتر دائماً مورد توجه مشاور و طراح باشد و طبیعتاً دامنه آن نه تنها متوجه سیستم های الکتریکی و سرمایشی است، بلکه بطور خاص شامل بخش معماری و ساختمانی نیز می گردد.

درگذشته های نه چندان دور بخش عمده ای از هزینه های ایجاد یک مرکز داده به سرورها و تجهیزاتی چون Storage ها و سایر اقلام شبکه آن تخصیص داده می شد. با گذشت زمان و پیشرفت تکنولوژی در ساخت سرورها، فضای مورد نیاز برای یک سرور کوچکتر شد تاجایی که تکنولوژی Blade Servers به وجود آمد. درحالی که تکنولوژی ساخت سرورها پیشرفت زیادی نموده است ولیکن هزینه ساخت این نوع سرورها با گذشته تفاوت عمده ای ننموده است.

در بحث خنک کننده ها این موضوع کاملاً برعکس می باشد، سرورهای نسبتا قدیمی مصرف برقی درحدود ۱۲۰۰ وات داشته اند و خنک کردن این سرور ها از طریق خنک کننده های معمول مراکز شبکه (HVAC یا CRAC) انجام می شد. این نوع خنک کننده ها هوای خنک تولید شده را از زیر به درون فضای زیر کف کاذب ارسال می کنند و سپس از دریچه های تعبیه شده بر روی کف کاذب خارج و سرورهای موجود را خنک می نمایند.

سرمایه گذاری جهت سرمایش سرورها با گذشت زمان

همان طور که مشخص است میزان سرمایه گذاری جهت سرورها با گذشت زمان تغییر عمده ای ننموده است ولیکن میزان سرمایه گذاری برای استفاده از سیستم خنک کننده چندین برابر افزایش پیدا کرده است. این موضوع نشان دهنده اهمیت ویژه ای است که برای نصب این نوع تجهیزات باید قائل شد. سرورهای کنونی بدون خنک شدن برای مدت کوتاهی عملیاتی خواهند بود لذا صنایع سازنده تجهیزات برودتی از چندین سال پیش نسبت به بهینه سازی تجهیزات فعلی وساخت تجهیزات جدیدتر که امکان پشتیبانی بهتر و مناسب تر از سرورهای نسل جدیدی را داشته باشند، اقدام نموده اند.

آشنایی با برخی از اصطلاحات سیستم های سرمایش دیتاسنتر ها

  • In-Row

سیستم سرمایش اتاق سرور از داخل رک

به یونیت های سرمایشی دیتاسنتر ها گفته می شود که در ارتفاع و ابعاد مشخصی ساخته می شوند و بین رک های اتاق سرور جهت سرمایش قرار می گیرند و هوای سرد را به سمت رک ها هدایت می نمایند و بعد از خنک کردن تجهیزات داخلی از پشت رک ها هوای گرم به بیرون منتفل می شود. این تجهیزات می توانند قابلیت رطوبت زنی برای فراهم نمودن رطوبت برخی از تجهیزات را نیز دارا باشند.

  • In-Room

به تجهیزاتی گفته می شود که تمام فضای اتاق را گرم می کنند که اتلاف انرژی زیادی را به همراه دارد و معمولاً در مکان هایی از این تجهیزات استفاده می شود که امکان ایجاد راهرو گرم یا سرد وجود ندارد و خنک سازی از زیر کف کاذب انجام می شود. این تجهیزات برای ظرفیت های گرمایشی بالاتر مانند اتاق برق دیتاسنتر ها مورد استفاده قرار می گیرند.

  • Down-Flow

سیستم سرمایش اتاق سرور از کف Down Flow

در این حالت هوای سرد به زیر کف کاذب دمیده می شود و از مکان هایی مشخص با فشار به بالا پرتاب می شود و تجهیزات هوای سرد را مکش کرده و بعد از خنک سازی از پشت، هوای گرم تخلیه می شود و از طریق سقف هوای گرم خارج می شود. جدا از سیستم های Down-Flow سیستم دیگر به نام سیستم های Up-Flow‌ نیز برای سیستم های سرمایش استفاده می شود که این سیستم ها منسوخ شده هستند و در سیستم سرمایش دیتاسنتر از سیستم های  Down-Flow استفاده می شود. یکی از مزیت های سیستم های Down-Flow خنک کردن کلیه سیم های موجود در زیر کف کاذب می باشد.

  • Cold and Hot Aisle

در این روش جلوی رک ها کاملاً بسته می شود و یک اتاق ایزوله ایجاد می گردد. در این روش مصرف انرژی به شدت پایین است. با توجه به این که راهروی ایزوله تشکیل شده حاوی هوای گرم یا سرد باشد، Hot Aisle  و یا Cold Aisle نامیده می شود.

راهرو سرد و گرم اتاق سرور چیست

راهرو سرد و گرم اتاق سرور

در اتاق سرور رک ها چسبیده به هم چیده می شوند. پس از چینش رک ها، یک راهرو در جلو و یک راهرو در پشت رک ها ایجاد می شود. راهروی جلویی رک ها سرد شده و به راهرو سرد معروف است و به راهرو پشت رک ها که حرارت ناشی از تجهیزات به آن جا منتقل می شود راهرو گرم گفته می شود.

نحوه عملکرد سرمایش دیتاسنتر گازی

سرمایش گازی دیتا سنتر

سیستم سرمایش دیتاسنتر گازی DX یا سرمایش مخابراتی گازی DX در اتاق های سرور و مراکز داده با ظرفیت حرارتی پایین کاربرد دارد. نحوه عملکرد سیستم سرمایش گازی این گونه می باشد که مبرد در فاز مایع مادون سرد ( سابکول ) به داخل فضای سرورهای IT و تجهیزات پشتیبان داده پردازی منتقل می شود و با عبور هوا از روی لوله های مسی حاوی مبرد مایع ( اواپراتور یا تبخیر کننده )، هوا سرد شده و مبرد مایع داخل لوله های مسی اواپراتور به فاز سوپر هیت یا مافوق گرم تبدیل می شود، در نهایت این مبرد مافوق گرم به خارج فضای اتاق سرور منتقل می شود و انرژی حرارتی خود را توسط کندانسور سیستم تهویه به هوای بیرون منتقل می کند و پس از مایع شدن، مجددا به داخل فضا بر می گردد تا در یک سیکل بسته سرمایشی به طور متناوب عملیات خنک کاری دیتاسنتر را ادامه دهد.

در دیتاسنترها و مراکز داده با ظرفیت پایین، به طور معمول از سیستم سرمایش مرکز داده گازی یا سرمایش DX استفاده می شود. اصطلاح DX به معنای انبساط مستقیم یا Direct Expansion می باشد و در واقع هر سیستم سرمایش دیتاسنتری که کویل اواپراتور آن در داخل مرکز داده به واسطه انبساط مبرد گازی تولید هوای سرد را انجام دهد در این دسته بندی قرار می گیرد.

در خنک کننده InRow گازی و یا پکیج مخابراتی CRAC، بخشی از تجهیزات سیکل سرمایش دیتاسنتر درون یونیت خنک کننده داخلی قرار می گیرند و سایر قطعات سیکل سرمایش دیتاسنتر به قسمت بیرونی منتقل می شوند.

معمولا چیدمان قطعات سیکل سرمایش دیتاسنتر گازی به این صورت است که تمامی قطعات سیکل سرمایش دیتاسنتر در داخل مرکز داده قرار دارند و تنها کندانسور (گاهی رسیور نیز به کندانسور و سیکل سرمایش گازی مرکز داده و خنک کننده اتاق سرور اضافه می شود)، در بیرون از مرکز داده قرار می گیرد. مبرد در کندانسور توسط هوای بیرون خنک شده و در فاز مایع توسط لوله های مسی به داخل فضای مرکز داده منتقل می شود.

این مبرد مایع پس از عبور از شیر انبساط و شکستن فشار، وارد اواپراتور یونیت خنک کننده InRow و یا پکیج مخابراتی گازی می شود. فن های دستگاه های خنک کننده گازی، هوای گرم مرکز داده را از روی کویل اواپراتور عبور می دهند و هوای خنک شده را به سمت سرورها و تجهیزات IT می دمند. مبرد موجود در اواپراتور با جذب حرارت هوا، به گاز تبدیل می شود و پس از افزایش فشار توسط کمپرسور سیکل سرمایش دیتاسنتر، جهت سرد شدن از طریق لوله های مسی به کندانسور فرستاده می شود و سیکل سرمایش به طور متناوب تکرار می شود

تامین رطوبت توسط تجهیزات سرمایش دیتاسنتر

به طور معمول تعدادی از دستگاه های خنک کننده اتاق سرور و دیتاسنتر، به رطوبت زن مجهز می شوند تا در زمانی که نیاز به تامین رطوبت اتاق سرور و مرکز داده باشد، رطوبت مورد نیاز را تامین کنند. نوع رطوبت زن ها در سیستم های سرمایش گازی و آبی مرکز داده یکسان می باشد، اما در سیستم های سرمایش گازی دیتاسنتر به دلیل رفتار مبرد در سیکل سرمایش دیتاسنتر، عملا کویل های اواپراتور دستگاه های کولینگ مرکز داده سردتر می باشند و کنترل رطوبت و تنظیم رطوبت درآن ها پیچیده تر می باشد که البته این مورد از وظایف شرکت سازنده و تامین کننده تجهیزات سرمایش مرکز داده می باشد.

نحوه عملکرد سرمایش دیتاسنتر آبی یا چیلد واتر

سرمایش آبی و گازی دیتاسنتر

سیستم سرمایش دیتاسنتر آبی یا چیلد واتر، در مراکز با ظرفیت بالا کاربرد دارد. نحوه عملکرد سیستم سرمایش آبی دیتاسنتر به این گونه است که آب در چیلر به طور دایم سرد می شود (معمولا دمای آب پس از خروج از چیلر تراکمی دیتاسنتر ۱۰ درجه سانتیگراد در نظر گرفته می شود)، این آب سرد که چیلد واتر نیز نامیده می شود وارد فضای دیتاسنتر و اتاق سرور می شود و در کویل های آبی تجهیزات خنک کننده InRow و یا پکیج مخابراتی آبی CRAH گردش می کند. هوای گرم از روی این کویل ها عبور کرده و پس از سرد شدن، به سمت سرورها دمیده می شود و تجهیزات IT را خنک می کنند. آبی که حالا گرم شده توسط پمپ های سیرکولاسیون سیکل آبی دیتاسنتر به سمت چیلرهای مرکز داده حرکت می کند و مجدد توسط چیلرهای تراکمی خنک می گردد و سیکل سرمایش دیتاسنتر ادامه می یابد.

دلایل عدم استفاده از کولرگازی و اسپلیت در اتاق سرور

  • کولر گازی نمی تواند الزامات فیلتراسیون مورد نیاز تهویه دیتاسنتر را تامین کند.
  • در کاربری مرکز داده و دیتاسنتر، کولر گازی نسبت به ظرفیت برودتی خود حجم هوادهی کمتری دارد.
  • کولر گازی نمی تواند سطح رطوبت استاندارد مرکز داده را حفظ کند و دایما باید رطوبت موجود در هوا را تقطیر کرده و کاهش دهد.
  • راندمان کولر گازی اتاق سرور نسبت به پکیج مخابراتی گازی کمتر است، چرا که اختلاف فشار قبل و بعد کمپرسور در تهویه مطبوع بیش از اختلاف فشار دو سر کمپرسور در تهویه و سرمایش دیتاسنتر است.
  • کولر گازی به دلیل نوع سیستم کنترلی فشار کندانسور، نمی تواند در زمستان سرمایش اتاق سرور را تامین کند و خاموش می شود، همچنین استفاده از کولر گازی مدل اینورتر دارای ریسک بسیار بالایی می باشد چرا که کمپرسور کولرگازی در زمستان در معرض خطر مایع کشیدن و خرد شدن پره های داخلی آن قرار دارد.

اجزای سیکل سرمایش دیتاسنتر آبی و گازی

سرمایش دیتا سنتر و اتاق سرور

اجزا های سیستم گازی سرمایش دیتاسنتر و خنک کننده مراکز دیجیتال Down Flow تنها شامل یونیت داخلی دستگاه خنک کننده InRow یا پکیج مخابراتی گازی CRAC، کندانسور، یک جفت لوله مسی و یک خط لوله آب جهت رطوبت زنی می باشد. 

المان های سیستم آبی سرمایش دیتاسنتر نیز شامل یونیت دستگاه خنک کننده آبی InRow یا پکیج مخابراتی آبی، باکس کلکتور آبی، پمپ سیرکولاتور، مخزن آب چیلد یا بافر تانک، چیلر تراکمی دایم صنعتی، تابلوی برق توزیع قدرت و دستگاه آب سازی سیکل سرمایش دیتاسنتر می باشد.

استراتژی های کاهش هزینه های سیستم سرمایش دیتا سنتر

  • استفاده از گردش هوای آزاد در فصول سرد یا هوای خنک

هنگامی که دمای هوای بیرون به اندازه کافی پایین بیاید با ایجاد یک جریان هوا از بیرون به داخل ساختمان، حرارت تولیدی توسط فشار مثبت هوای سرد ورودی به صورت طبیعی از ساختمان خارج می شود. در این حالت با خاموش یا کم کردن ظرفیت خنک کاری دستگاه خنک کننده، در مصرف انرژی صرفه جویی خواهد شد.

  • استفاده از دستگاه های خنک کننده با راندمان بالا

معمولا چیلر دیتا سنترها با ظرفیت بیش از نیاز فعلی طراحی و انتخاب می شود تا در آینده و با رشد سیستم های پردازش داده ، پاسخگوی نیازهای سرمایش آن باشد. بنابرین دستگاه چیلر می تواند با چند کمپرسور ترکیبی انتخاب شود تا در حالت کم باری بتوان تعدادی از آن ها را به صورت دوره ای از مدار خارج کرد تا طول عمر سیستم افزایش یابد و نیز به همان مقدار نیاز درخواستی چیلر سرمایش ایجاد کند. این کار یک مزیت مهم دیگر نیز دارد که در صورت از کار افتادن یکی از کمپرسورهای چیلر، فرآیند خنک کاری متوقف نمی شود و سیستم به خوبی به کار خود ادامه می دهد.

برای خنک کاری دیتا سنتر علاوه بر چیلر از دستگاه های دیگری مانند درای کولر، مینی چیلر هوا خنک، برج خنک کن و … نیز استفاده می شود.

  • استفاده از دینامیک سیالات ( CFD )

با استفاده از نرم افزارهای دینامیک سیالات می توان جریان هوا را در اطراف دستگاه های دیتا سنتر تحلیل کرد و طرح های گوناگونی را برای چرخش هوای سرد ایجاد شده توسط چیلر ارائه داد زیرا تحلیل CFD ، دما ، فشار و جریان هوای نقاط مختلف را تحت شرایط مختلف کار نشان می دهد.

درج شده در

Leave a Reply

avatar
  تنظیم هشدار برای :  
هشدار برای
دسته بندی ها
آخرین مطالب