سیستم HVAC

یکی از دغدغه‌های اصلی هر کاربر ساده سیستم یا یک مدیر شبکه‌ی بزرگ یا کوچک می‌تواند بحث خنک سازی و دفع دای گرم از سیستم است. همیشه یکی از مهم‌ترین بخش‌های ذهن ما درگیر این است که آیا این سیستم به‌اندازه کافی خنک می‌شود،یا اینکه چند تا فن در این سیستم به‌کاررفته شده است؟ البته این تفکرات کاملاً طبیعی است و بر اساس تجربیات و طبیعت این سیستم‌ها گرمای زیاد باعث آسیب به سیستم و قطعات داخل آن می‌شود.  به همین دلیل است که همیشه توصیه می‌شود از سیستم HVAC استفاده کنید و میزان رطوبت هوا ، گرما یا دمای هوا و گردش هوا برای جلوگیری از ورود گردوغبار در کامپیوتر را همواره باید در نظر داشته باشید.

اگر این قضیه به یک سیستم کوچک ختم نشود و حرف از سیستم‌های بیشتری در میان باشد، این نیاز به تهویه و خنک‌سازی بسیار چالش‌برانگیز می‌شود. تصور کنید نیاز باشد صدها سرور فیزیکی با قدت زیاد به همراه سیستم‌های برق اضطراری و ده‌ها رک و عوامل مختلف گرمازای داخلی که همه در قالب یک دیتاسنتر یا اتاق سرور قرارگرفته‌اند را بخواهید به‌صورت هم‌زمان خنک‌کنید چه عملیات سنگینی باید ساماندهی شود.

معمولاً دیتاسنتر و اتاق سرور یک محیط کاملاً بسته است که از ورود و خروج هوا جلوگیری می‌شود و در آن تعداد زیادی از لوازم وجود دارد که در کسری از ثانیه دمای آن‌ها به بالاترین درجه می‌رسد حالا چاره چیست؟ در اینجاست که باید از فنّاوری دیگری جهت تأمین هوا و خنک‌سازی استفاده کرد تا بتوان تهویه مطبوعی را در اتاق‌ها ایجاد کرد.

سیستم خنک سازی و تهویه یا به‌اصطلاح سیستم HVAC یکی از مهم‌ترین و حیاتی‌ترین بخش‌های یک دیتاسنتر و اتاق سرور است. HVAC را معمولاً در صنعت به نام تهویه مطبوع می‌شناسند درحالی‌که تهویه مطبوع (سردسازی و یا خنک سازی محیط) یکی از زیرشاخه‌های سیستم HVAC می باشد.

HVAC (اِچ وَک) مخفف Heating ،Ventilation و Air Conditioning است که به مجموعه فرآیندها و فناوری‌های مرتبط با گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع اشاره دارد. HVAC  برگرفته از اولین حرف چهار کلمه Heating, Ventilation and Air Conditioning است که به سیستم‌های گرمایشی، تهویه و تهویه مطبوع مربوط می‌شود و شرایط دمایی مطبوعی را برای محیطی که در آن استفاده می‌شود ایجاد می‌کند.  این سیستم معمولاً قبل از انجام هرگونه جاگذاری تجهیزات در دیتاسنتر قرار می‌گیرد و برای کنترل کردن دما ، رطوبت ، گردوغبار و فیلترینگ هوای پاک و البته خنک کردن سرورها و تجهیزات مورداستفاده قرار می‌گیرند. شاید بتوان گفت امروزه تصور ساخت یک مرکز داده یا اتاق سرور بزرگ بدون وجود سیستم HVAC غیرممکن باشد. البته این نکته قابل‌ذکر است که معمولاً سیستم‌های تهویه مطبوع که جهت سرمایش به کار می‌روند به‌صورت HVACR و یا HVAC&R بیان می‌شود.

 از ساده‌ترین سیستم‌های تهویه و خنک سازی مانند کولرگازی گرفته تا سیستم‌های پیشرفته همه جزو سیستم HVAC است و اگر در حال طراحی اتاق سرور یا دیتاسنتر هستید حتماً باید موارد مربوط به HVAC را در طراحی مرکز داده خودتان در نظر داشته باشید و پیمانکار مناسب را برای این مورد انتخاب کنید. در نظر داشته باشید  HVAC یک کولر گازی ساده نیست بلکه یک مجموعه از فرآیندها است که از سقف یک دیتاسنتر و مرکز داده گرفته تا کف و دیوارها همگی را شامل می‌شود .

درباره سیستم HVAC

اگرچه سه عملکرد اصلی HVAC جدا از هم به نظر می‌رسند، ولی درواقع هر سه عملکرد برای رسیدن به  کیفیت گرمایش و هوای مناسب به‌طور مرتبط و باهم فعالیت می‌کنند. یک سیستم HVAC با امکانات مناسب، کیفیت تهویه هوا را افزایش داده و فشار هوای بین قسمت‌های مختلف را تنظیم می‌کند. نقطه شروع کار، تخمین بار سرمایش (cooling load) و بار گرمایش (heating load) با توجه به شرایط آب و هوایی مشخص‌شده در داخل و خارج ساختمان است. بااین‌حال قبل از انجام محاسبات بار گرمایش، لازم است مقدار هوای تازه موردنیاز برای هر منطقه به‌صورت دقیق محاسبه شود، زیرا فشار دهی یک مبحث بسیار مهم در طراحی سیستم‌های HVAC است.

سیستم گرمایشی  ( Heating )   

سیستم گرمایش مرکزی در ساختمان‌ها و مجتمع‌های بزرگ کاربرد دارد. در این سیستم حرارت به‌واسطه‌ی آب گرم یا بخار تولید می‌شود و از طریق تجهیزاتی مانند شوفاژ در فضای ساختمان پخش می‌گردد. حرارت تولیدشده در این سیستم، به روش‌های مختلفی مثل همرفت گرمایی، هدایت یا تابش در ساختمان انتقال می‌یابد.  همه‌ی این تجهیزات در مکان‌های خاصی مانند موتورخانه و یا در اتاق تأسیسات قرار می‌گیرند.

سیستم تهویه (Ventilation)

در سیستم HVAC ، تهویه هوا به معنی تغییر یا جایجایی هوا در هر فضایی است. برای کنترل دمای ایجادشده در محیط و هم‌چنین کاهش رطوبت، دود، گردوغبار ، مونوکسید کربن … از فرآیند تهویه استفاده می‌شود که هوای محیط را تعویض و یا جا به جا می‌کند. این سیستم‌ها هوای داخل و خارج ساختمان را با هم جا به جا کرده و با ایجاد گردش هوا در داخل ساختمان کیفیت هوای محیط را حفظ می‌کنند.

سیستم تهویه مطبوع (air conditioning)

تهویه مطبوع، باعث تولید هوای خنک می‌شود و رطوبت متناسب با محیط را برای تمامی قسمت‌های یک ساختمان فراهم می‌کند. درواقع جهت دفع گرما و سردسازی از سیستم‌های تهویه مطبوع استفاده می‌شود. سرما به معنای حذف گرما از طریق 3 فرآیند تابش، همرفت و یا چرخه تبرید صورت می‌گیرد . سیستم تهویه مطبوع جهت ایجاد سرما، تهویه و کنترل رطوبت به کار می‌رود. خنک کننده ها با استفاده از هوا، یخ و مواد شیمیایی مختلف کار می‌کنند.  تهویه مطبوع در سیستم HVAC از طریق یک دریچه متصل به یک مبدل حرارتی داخلی، هوای تازه را به داخل سیستم کشیده و باعث ایجاد فشار مثبت هوا می‌شود.

تقسیم‌بندی انواع سیستم HVAC

سیستم‌های تهویه در مدل‌های گوناگون قابل سفارش هستند:

سیستم Split and Window AC

در این مدل گرما به سمت بیرون هدایت می‌شود. که این عملکرد باعث بهبود جداسازی بهینه گرما و سرما می‌شود. سیستم‌های Split AC کاربرد گسترده‌تری نسبت به Window AC دارند. سیستم‌های Split AC بر جداسازی هوای گرم از سرد در سیستم تمرکز دارند.

سیستم Packaged Heating & Air Conditioning سیستم‌ پکیج تهویه مطبوع

این مدل چندکاربرد مختلف دارد و برای گرمایش و سرمایش در یک محیط به کار می‌رود. این سیستم را می‌توان در اتاق‌های مکانیکی، روی پشت‌بام یا در نزدیک فضای تهویه نصب کرد. برخلاف سیستم‌های اسپلیت که بخش سرد و گرم سیستم از هم جدا هستند، این سیستم بخش سرد و گرم در یک دستگاه قرار دارد.

سیستم Central AC

اکثر سیستم‌های تهویه مطبوع که در ساختمان‌ها به کار می‌روند وجزوی از سیستم HVAC است به فرم اسپلیت هستند که کمی بزرگ‌تر طراحی‌شده‌اند. این سیستم شامل یک فن خنک‌کننده، یک کویل کندانسور و یک کمپرسور می‌شود. این نوع از سیستم‌های تهویه مطبوع از یک فن تشکیل‌شده‌اند که هوا را قبل از عبور از روی کویل‌های کندانسور به داخل محفظه می‌مکد. این نوع از سیستم‌های تهویه مطبوع، نسبت به نوع قبلی (خنک شونده توسط آب) بسیار محبوب‌تر هستند. درواقع در این نوع از سیستم‌های تهویه مطبوع نیاز به طراحی دقیق و نگهداری منظم برای حضور جریان آب یکنواخت نیست.

استفاده از  سیستم HVAC در دیتاسنتر

هر سرور یا قطعه الکترونیکی موجود در دیتاسنتر تولیدکننده گرمایی است که بر اساس گرمای تولیدشده شرایطی جهت Colling باید ایجاد شود. دمای استاندارد و مناسب جهت دیتاسنتر بین ۱۸ الی ۲۵ درجه سانتی‌گراد است. اتاق‌های سرور و یا دیتاسنتر‌ها بخش‌هایی هستند که به دلیل قرارگیری سرورها و یا قرارگیری حجم بسیار زیادی از قطعات الکترونیک گرمای زیادی تولید می‌نمایند این گرما بر اساس  تعداد رک‌های قرارگرفته در اتاق سرور افزایش می‌یابد و به همین دلیل خنک کردن اتاق‌های سرور با ظرفیت‌های مختلف و یا با تکنولوژیهای متفاوتی با توجه به میزان بار برودتی آن‌ها  صورت می‌پذیرد. سقف‌های ضد حریق و کاذب که لوله‌کشی‌های سرمایشی از آن‌ها عبور کرده باشد و حتی در بین رک‌ها FAN هایی که باید وجود داشته باشند و قدرت آن‌ها در تهویه کردن هوای داخل RACK و …. میزان تهویه و تسویه هوا و قدرت کولر گازی با توجه به‌اندازه محیط و .. از جمله مواردی است که در یک سیستم HVAC باید به‌درستی طراحی شوند

همان‌طور که قبلاً اشاره شد  سیستم HVAC یک کولرگازی ساده نیست بلکه یک مجموعه از فرآیندها است. سقف‌های ضد حریق و کاذب که لوله کشی‌های سرمایشی از آن‌ها عبور کرده باشد و حتی در بین رک‌ها FAN هایی که باید وجود داشته باشند و قدرت آن‌ها در تهویه کردن هوای داخل RACK و …. میزان تهویه و تسویه هوا و قدرت کولر گازی با توجه به‌اندازه محیط و .. ازجمله مواردی است که در یک سیستم HVAC باید به‌درستی طراحی شوند تا به میزان کافی سرما تولید شود و البته بتوان به‌راحتی جابجایی هوا را ایجاد کرد.

پایش چهار فاکتور دمای هوا، رطوبت، آلودگی ناشی از غبار هوا و آلودگی ناشی از گازهای موجود در هوا در کنترل شرایط محیطی در اتاق سرور و دیتاسنتر، بسیار مهم می‌باشند. رطوبت باعث خردگی بردها و مدارات می‌شود. خشکی محیط باعث تخلیه الکترواستاتیکی بر تجهیزات و ممکن است باعث ایجاد حریق گردد. غبارها و آلودگی به‌صورت ذرات بر روی بخش‌های مختلف می‌نشیند و الکتریسیته ساکن ایجاد و مانع از عبور جریان الکتریسیته در ولتاژ پایین می‌گردد.

در این مقاله به انواع روش‌های خنک‌سازی دیتاسنتر به‌صورت مفصل اشاره‌شده است.

درنهایت باید این موضوع را بیان کرد که بسیاری از تجهیزات شاید در دماهای بالاتر هم مقاومت کنند اما اگر این گرما ادامه‌دار باشد شاید استهلاک به وجود آمده، مقاومت تجهیزات را از بین ببرد و باعث اتفاقی فاجعه‌بار برای اتاق سرور یا دیتاسنتر شود. هزینه‌ای که برای ساخت مجدد یا تعمیر این تجهیزات نیاز است مطمئناً بسیار بیشتر از هزینه نصب یک سیستم خنک‌کننده استاندارد است.
این درک زمانی به وجود می‌آید که یک گروه از متخصصان کار بلد و باتجربه درباره نحوه ساخت اتاق سرور، مشاوره‌ای دقیق و بی‌نقص ارائه کنند. شرکت تک دیتا با متخصصین خود درزمینهٔ طراحی اتاق سرور و تأمین و تجهیز اتاق‌های سرور و همچنین ساخت و ایجاد سیستم‌های کولینگ و خنک‌سازی اتاق سرور، می‌تواند به شما در این زمینه خدمات‌رسانی کند.