خنک سازی دیتاسنتر

فناوری های خنک سازی

مدیریت دمای دیتاسنتر و اتاق سرور برای حفظ عملکرد تجهیزات اتاق سرور بسیار مهم و حیاتی است. وجود هوای گرم و رطوبت بیش‌ازحد مجاز در مرکزداده و اتاق سرور می‌تواند به علت خساراتی که به تجهیزات وارد می‌کند، بار مالی سنگینی را بر دوش سازمان یا شرکت‌های مربوطه وارد سازد. در این مقاله سعی شده با راهنمایی درباره انواع تکنیک‌های خنک‌کننده و سردسازی و چگونگی پیاده‌سازی آن در دیتاسنتر و اتاق سرور شما، اطلاعاتی را در اختیار شما قرار دهیم.

• فری کولینگ (Free Cooling)

فری کولینگ یکی از روش های مقرون‌به‌صرفه خنک سازی دیتاسنتر است که برای اطمینان از عملکرد صحیح مرکز داده و سرمایش آن استفاده می شود.  در سیستم فری کولینگ هزینه‌های کلی برای سرمایش عمدتاً به مقدار زیادی کاهش می‌یابد. این روش ترکیبی، اقتصادی و مقرون‌به‌صرفه است و در آن از خنک‌سازی هوا در کنار آب استفاده می شود.

در فصول سرد سال می‌توان با استفاده از این سیستم و استفاده از سرمای هوای محیط خارج از ساختمان، نسبت به سرد کردن آب در گردش، اقدام نمود. فری کولینگ (Free Cooling) عمدتاً در سیستم‌های تهویه مطبوع صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فری کولینگ تولید آب سرد بدون استفاده از مدار سرمایش  و کمپرسور چیلر است. از این سیستم می‌توان در نواحی که آب‌وهوای آن معتدل است و در اواخر فصول پاییز، زمستان و اوایل بهار مورداستفاده قرارداد.

هزینه برق در حالت فری کولینگ با توجه به اینکه چیلر در حال کار کردن است به‌طور کامل حذف نمی‌شود، اما فری کولینگ همچنان باعث کاهش بار کمپرسور و در نتیجه کاهش مؤثر مصرف برق در سیستم تهویه مطبوع می‌گردد. 

در اتاق سرورهایی که در مناطقی ساخته می‌شوند که دمای هوای بیرون کمتر از 15 درجه سانتگیراد باشد، می‌توان از تکنیک فری کولینگ جهت کاهش مصرف انرژی سیستم‌های سرمایشی استفاده نمود.

این روش دارای نقایصی هم است که از آن جمله می‌توان به امکان ورود آلاینده‌ها و رطوبت از بیرون به مرکز داده اشاره کرد. 

• سیستم آب سرد Chilled Water

 از دیگر سیستم های خنک سازی دیتاسنتر، چیلد واتر است. یک چیلر معمولی از فرآیند تبرید برای سرد کردن آب چیلر استفاده می کند. این آب از طریق لوله کشی آب سرد در تمام ساختمان که در آن از طریق یک کویل عبور می کند ، پمپ می شود.  هوا از روی این سیم پیچ عبور می کند و روند تبادل گرما صورت می گیرد.  گرمای هوا در کویل ها و سپس درون آب جذب می شود.

خنک‌کننده مایع در تکنیک‌های خنک‌سازی می‌تواند کارآمدتر و بهینه‌تر باشد. این امر به خاطر این واقعیت است که آب سرد را می‌توان به‌طور مستقیم به منطقه مورد نظر فرستاد، بدون این‌که لازم باشد هوای خنک را برای تمام مناطق ساختمان تأمین کرد.

از آنجا که آب‌خنک شده از طریق سیم‌پیچ‌ها عبور می‌کند، گرما را درگیر می‌کند و آن را درون چیلر می‌برد. هنگامی‌که آب به چیلر بازگردد، با آب کندانسور که از طریق برج خنک‌کننده جریان می‌یابد، ادغام می‌شود. در دیتاسنترهای با ظرفیت بالا، به‌طورمعمول از سیستم‌های سرمایش مبتنی بر آب یا چیلد واتر استفاده می‌شود.

سیستم‌های سرمایش دیتا سنتر ها و خنک‌کننده اتاق سرور مبتنی بر سیکل تبرید تراکمی را می‌توان برحسب پارامترهای گوناگونی دسته‌بندی نمود. یکی از انواع این نوع سرمایش دیتاسنتر است

یکی از این انواع دسته‌بندی‌ها، بر اساس سیال عامل انتقال برودت به دیتاسنتر در سیکل سرمایش است. بر این اساس، سیال عامل سیستم سرمایش دیتاسنتر و اتاق سرور به‌طور عمده می‌تواند یکی از دو گزینه ذیل باشد: آب + ضد یخ (چیلد واتر) و فریون (گازی)

• مبرد پمپ شده ( Pumped Refrigerant)

مبرد یا خنک‌کننده (refrigerant) ماده‌ای است که با جذب حرارت از یک ماده دیگر به‌عنوان یک سردکننده عمل می‌کند. در یک سیستم تبرید مکانیکی استاندارد، عمل جذب حرارت با تبخیر مایعی در اواپراتور (evaporator) و پس دادن آن در کندانسور (condenser) صورت می‌گیرد که این فرآیند باعث تغییر حالت ماده مبرد از بخار به مایع می‌گردد. سیالاتی که بتوانند به‌سادگی از مایع به بخار و بالعکس تبدیل شوند به‌عنوان واسطه انتقال حرارت به‌کاربرده می‌شوند، زیرا این تغییر حالت باعث انتقال حرارت نیز می‌گردد. به این سیالات مبرد گفته می‌شود.
در این روش از روش‌های خنک‌سازی دیتاسنتر، ماده را از طریق پمپ به قسمت‌های گرم می‌فرستد و از مبرد پمپ سرد برای بیرون کشیدن گرما استفاده می‌کند. تکنیک Pumped Refrigerant به علت کاهش رطوبت و جذب بالای گرمای سرورها بسیار بهینه و بصرفه است.

• سیستم تبخیر هوا (evaporative cooling)

خنک‌سازی تبخیری (evaporative cooling) از دیگر روش های خنک سازی دیتاسنتر است. به معنی خنک کردن هوا و یا آب به‌وسیله تبخیر آب است. سیستم تبخیری به تغییر حالت مایع به گاز به دو صورت جوشیدن و تبخیر شدن گفته می‌شود این تغییر حالت فاز گرماگیر است. این نوع سرمایش بر پایه تماس آب با هوای خشک اتفاق می‌افتد و در اثر این اتفاق، قطرات آب با هوا ادغام‌شده و گرمای هوا توسط قطرات آب‌گرفته می‌شود تا دمای هوا کاهش یابد.

قطرات آب نیز با گرفتن این گرما به بخار آب تبدیل و همراه هوا وارد محیط داخل ساختمان می‌شوند. در این سیستم، آب بر روی پوشال‌هایی افشانده می‌شود (به‌طور مستقیم بر روی هوا افشانده می‌شود) تا سطح تماس قطرات آب با هوایی که به‌وسیله فن سانتریفیوژ وزیده می‌شود، افزایش یابد.

. این روش از نظر انرژی کارآمد است و از هوای خارج از منزل برای خنک کردن تأسیسات استفاده می‌کند و در مواقعی که هوای بیرون سردتر از دمای داخل است کارایی بیشتری دارد. از این هوا برای افزودن هوای خنک‌تر به جریان هوا در مرکز داده استفاده می‌شود.

• سازمان‌دهی دیتاسنتر و مرکز داده

از عوامل مهم در کم کردن دمای دیتاسنتر و اتاق سرور، سازمان‌دهی بهینه و قرار دهی تجهیزات با استانداردهای خاص خود است. در یک دیتاسنتر استاندارد، باید تمام روش‌های ساخت منطبق بر استانداردها باشد و با ممیزی دیتاسنتر نسبت به ارتقا آن و پیدا کردن نقاط ضعف، بهینه‌تر عمل کنیم. سازمان‌دهی کارآمد باعث کم کردن دمای کلی دیتاسنتر می‌شود. این سازمان‌دهی مطلوب شامل ساخت راهروی گرم و سرد، قرارداد رک‌ها، ساماندهی کابل‌ها و استفاده از روش‌های آرایش رک و آرایش کابل است.

بهینه‌سازی و ساماندهی کابل‌ها و محل قرارگیری تجهیزات مرکز داده، آسان‌ترین و مقرون‌به‌صرفه ترین روشی است که باعث می‌شود دیتاسنتر شما علاوه بر بهره‌وری بالاتر دمای مناسبی را نیز داشته باشد و تجهیزات دچار گرمای بیش‌ازحد نشود. تک دیتا توسط نیروهای متخصص خود می‌تواند با استانداردسازی اتاق سرور و دیتاسنتر شما، این مهم را برآورده سازد.

• راهرو گرم و سرد

مدیریت راهروهای گرم و سرد روشی معمولی برای حفظ درجه حرارت در دیتاسنتر و مراکز داده است. در نوعی از طراحی دیتاسنترها که راهروی سرد و گرم نامیده می‌شود، رک‌ها و سرورها به‌گونه‌ای در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند که هوای سرد را از روبرو دریافت و هوای گرم را از پشت به بیرون پرتاب ‌کنند.

راهروی قسمت جلویی رک‌ها، راهروی سرد (Cold Aisle) و راهرویی که قسمت عقبی ر ک ها در آن قرار دارد، راهروی گرم (Hot Aisle) نامیده می‌شود.

بدون جدا کردن راهروهای گرم و سرد، هوا در دیتاسنتر مخلوط می شودو باعث هدر رفت انرژی می‌شود. با اختلاط هوا، تجهیزات این امکان را ندارند که در دمای مطلوب مورد بهره‌وری مطلوب خود را داشته باشند.

از طریق راهروهای گرم و سرد، هوای گرم و سرد از بین قفسه‌ها و رک‌ها جدا می‌شود. در صورت استفاده از جداکننده‌ها، واحدهای HVAC می‌توانند عملکرد بهتری داشته باشند. برای این سیستم، هوای گرم باید کنترل شود تا اطمینان حاصل شود که راه هوای گرم بیش‌ازحد طولانی نشده است.

• قرار دادن قفسه

قرار دادن قفسه‌ها می‌تواند گردش گرما را از نقاط داغ رک به حداقل برساند و در خنک سازی دیتاسنتر و تجهیزات داخل آن کمک فراوانی کند.  در داخل قفسه، گرم‌ترین مکان در بالای قفسه قرار دارد.  برای اطمینان از خنک شدن، می‌توانید قفسه‌های خود را با ساماندهی اجزای آن‌ها ترتیب دهید تا تجهیزات سنگین‌تر در قفسه‌های پایین قرار بگیرند.  یکی از مهم‌ترین موارد در انتخاب رک، ارتفاع رک شبکه است رک‌های بزرگ فضای بیشتری اشغال می‌کنند و استفاده بهینه از فضا، امروزه در اتاق‌های سرور بسیار حیاتی است.تعداد قفسه‌های رک، ارتفاع رک را شکل می‌دهند. پیش از خرید رک می‌توانید ارتفاع تجهیزاتی را که می‌خواهید در آن نصب کنید با در نظر گرفتن ارتفاع اضافه به‌عنوان فضای تهویه محاسبه و رک مناسب خود را انتخاب نمایید.

• ساماندهی کابل و آرایش رک

در بحث خنک سازی دیتاسنتر ساماندهی و مرتب سازی بسیار موثر است. حفظ ساماندهی کابل نه‌تنها اجازه می‌دهد تا دسترسی به کابل‌های شما راحت‌تر باشد، بلکه این اطمینان را می‌دهد که کابل‌ها مانع جریان هوا در مرکز داده نمی‌شوند. این‌یک قدم کوچک روشی برای بهینه‌سازی جریان هوا در مرکز داد ه شماست. هنگامی‌که کابل‌کشی به‌صورت منظم نباشد، گردش هوا به‌درستی صورت نگرفته و حتی ممکن است منجر به آتش‌سوزی گردد؛ بنابراین هنگام کابل‌کشی در نظر گرفتن فضای مناسب باعث بهبود جریان هوا و مدیریت تجهیزات شبکه می‌شود. قبل از سوار کردن تمامی تجهیزات شبکه، برنامه‌ریزی برای آرایش رک سرور در محیط‌های متراکم اهمیت زیادی دارد. نیاز است که تعیین کنید کدام‌یک از اجزا باید در سرور جای‌گیرند. 

• پانل های خالی

برای بخش‌هایی از رک که به هیچ‌کدام از تجهیزات شبکه اختصاص داده نشده از پنل خالی (blank panel)  استفاده نمایید.

اگر قفسه‌های شما از فضای استفاده‌نشده ای برخوردار نیستند و مرکز داده شما از پانل های خالی استفاده نمی‌کند، گرمای اضافی در جریان هوای مرکز داده شما منتشر می‌شود تا فضای قفسه‌ای غیرقابل استفاده باشد. با استفاده از پنل های خالی، هوای گرم از ورود جریان هوا به مرکز داده شما مسدود می‌شود و این باعث افزایش کارایی خنک‌کننده می‌شود.

• نظارت محیط

علاوه بر همه این موارد باید این نکته را مد نظر داشته باشید که بهترین عملکرد دیتاسنترها در دمای مطلوب اتفاق می‌افتد. با سیستم نظارت بر محیط دیتاسنتر می توان از خنک سازی دیتاسنتر به نحو احسن آگاه شد و این سیستم از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. به‌منظور اطمینان از عملکرد تجهیزات داخل مرکز داده و نظارت بر دمای مطلوب نیاز به تجهیزات و حس‌گرهای محیطی هستید. با تجهیزات مانیتورینگ دیتاسنتر و کنترل شرایط محیطی می‌توانید جریان هوا، میزان رطوبت، دما، فشار هوا و نقاط مهم مرکز داده خود را کنترل و مدیریت کنید. اطلاعات بیشتر درباره دستگاه کنترل شرایط محیطی را می‌توان در اینجا بیشتر بخوانید .