راهکارهای سرمایشی مراکز داده

راهکارهای سرمایشی

در مراکز داده، بیشتر انرژی الکتریکی مصرف شده توسط تجهیزات فناوری اطلاعات به گرما تبدیل می شود. علاوه بر این، گرمای ناشی از سیستم روشنایی، یو پی اس، سیستم توزیع برق و حضور پرسنل نیز بر گرمای تولید شده در اتاق می افزاید. بنابراین برای برآورد سرمایش مورد نیاز در مراکز داده، تمامی موارد ذکر شده توسط کارشناسان مجرب و با در نظر گرفتن توسعه آتی محاسبه می شود.

بررسی نتایج برخی از تحقیقات انجام شده در این زمینه اهمیت تامین سرمایش کافی برای مراکز داده را تا حد زیادی آشکار می کند. بر این اساس به ازای هر 10 درجه افزایش دما نسبت به دمای بهینه توصیه شده برای کارکرد دستگاه، خطر خرابی و از کار افتادن آن دستگاه 50 درصد افزایش می یابد. با توجه به استاندارد TIA-942، توصیه می شود در مرکز داده، دمای اتاق 20-25 درجه، رطوبت داخلی 40٪ -55٪ و تغییر دمای محیط کمتر از 5 درجه در ساعت باشد.

اکثر دستگاه های پردازنده و ذخیره ساز دارای مکانیزمی هستند که هوای سرد را از جلو دریافت می کنند و پس از عبور هوا از آن، هوای گرم حاصل از پشت این دستگاه خارج می شود. بنابراین برای ایجاد جریان هوای مناسب در رک های سرور از درب های مشبک در جلو و پشت این رک ها استفاده می شود. در طراحی درب های توری برای بهبود تهویه هوا، داشتن دو پارامتر برای استحکام درب و اندازه دهانه های توری (با هم) مهم است. به عبارت دیگر افزایش اندازه دهانه های ایجاد شده روی درب از یک سو باعث بهبود تهویه و از سوی دیگر کاهش استحکام لنگه درب می شود..

برای رفع این محدودیت با تأمل در اسرار آفرینش، از لانه زنبوری به عنوان یک مدل کار استفاده می شود، همچنین به دلیل بافت شش ضلعی خود شناخته شده است و از دیرباز در صنعت ساخت و ساز برای افزایش استحکام و تقویت سازه های فلزی استفاده می شود. .

بنابراین شرکت تیام نتورک با طراحی و مهندسی دقیق، ظرفیت تهویه از طریق درب مشبک را تا 80 درصد فراهم کرده است. این عدد در واقع بهترین مقداری است که بالاترین سطح تهویه را برای حفظ استحکام درب می دهد. از طرفی با ایجاد انحنای طولی بر روی درب صفحه نمایش، علاوه بر ایجاد زیبایی، قدرت آن دوچندان می شود.
.

 

 

در مراکز داده، با توجه به محل قرارگیری حجم زیادی از این تجهیزات، پیشنهاد می شود راه حل خاصی برای توزیع هوای سرد و جمع آوری هوای گرم، متناسب با مسیرهای جریان هوای سرد و گرم، در نظر گرفته شود. خنک کننده مورد نیاز . به طور کلی، سه راه حل Room Oriented، Row Oriented و Rack Oriented برای تنظیم دما در مرکز داده وجود دارد. عملکرد سه راه حل ذکر شده در قسمت اول یعنی تولید خنک کننده مشابه یکدیگر است. اما در قسمت دوم، هر یک از سه راه حل، روش منحصر به فردی برای توزیع هوای سرد و جمع آوری هوای گرم دارند و واحد CRAC یا Computer Room Air Conditioning به ترتیب به Room، Row یا Rack (Rack) تقسیم می شود.

راه حل شماره یک خنک کننده برای مراکز داده اتاق گرا است. این راه حل یک روش قدیمی است که در مراکز داده با ظرفیت کم استفاده می شود. در این روش یک CRAC به اتاق اختصاص داده می شود و یک یا چند سیستم تهویه مطبوع (تهویه مطبوع) هوای خنک را به اتاق کامپیوتر وارد می کنند. در این محلول هوای سرد و گرم با هم ترکیب شده و دمای هوای اتاق به دمای تعادل می رسد. این راه حل به شدت به ساختار اتاق، ارتفاع سقف و سینی های کابل در مسیر هوا بستگی دارد که به نوبه خود کارایی سیستم را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. در یک راه حل ردیف گرا، به هر ردیف قفسه یک CRAC اختصاص داده می شود. CRAC ها را می توان بین قفسه ها، بالا و پایین طبقات برجسته یا بین ردیف ها استفاده کرد. در مقایسه با راه حل قبلی، در این راه حل، مسیر جریان هوا کوتاه تر و سفارشی شده است. در این حالت می توان جریان هوا را پیش بینی و کنترل کرد و از ظرفیت کامل واحد CRAC استفاده کرد. با توجه به قابلیت کنترل جریان هوا در هر ردیف به صورت جداگانه، امکان قرار دادن سرورها یا رک های HP با ظرفیت بالا در یک ردیف و رک های با ظرفیت کمتر در ردیف دیگر به صورت جداگانه وجود دارد. ساختار ساده و هندسه اجرای این روش به طراح این امکان را می دهد که بدون در نظر گرفتن پارامترهایی مانند شکل اتاق و ارتفاع سقف، کارایی سیستم را پیش بینی کند. در یک راه حل رک گرا، یک واحد CRAC به رک اختصاص داده می شود و CRAC مستقیماً در داخل قفسه قرار می گیرد. بنابراین مسیر کوتاه‌تر و مشخص‌تر می‌شود و جریان هوا از هرگونه وابستگی به تغییرات اتاق و پارامترهایی مانند شکل اتاق، ارتفاع اتاق و غیره مصون می‌ماند. در مراکز داده بزرگ می توان از راهکارهای فوق با هم استفاده کرد.هر سیستم خنک کننده دارای یک سیستم توزیع و یک سیستم برگشت است. 3 مسیر اصلی برای هر سیستم توزیع و بازگشت وجود دارد. این سه روش عبارتند از:
.Flooded، Locally Ducted و Fully Ducted

در یک محلول غرقابی، سیستم توزیع یا برگشت جریان هوا را بدون هیچ گونه تخلیه خاصی توزیع یا جمع آوری می کند. در محلول جریان مجرای موضعی، جریان هوا بر اساس سیستم توزیع یا برگشت از طریق مجرای نزدیک راهروی سرد یا گرم توزیع شده و برمی گردد. در یک محلول کاملاً مجرای، سیستم توزیع و برگشت مستقیماً از طریق یک مسیر بسته از راهرو گرم یا سرد به CRAC هدایت می شود. هر یک
روش های ذکر شده را می توان در سیستم توزیع و یا در سیستم برگشت استفاده کرد، بنابراین 9 روش ترکیبی خواهیم داشت.

سیستم سرمایشیIN-RACK

Fully Ducted Supply – Fully Ducted Return

در این سیستم، سیستم خنک کننده در بالای قفسه نصب می شود و هوای سرد تولید شده با همان فشار از طریق کانال های راهنمای نصب شده در فاصله میانی بین ریل ها و درب جلو، در تمام ارتفاع قفسه توزیع می شود. و هوای گرم حاصل از آن نیز عبور می کند پس از اینکه تجهیزات داخل قفسه نصب شد و در پشت قفسه جمع شد، از طریق سیستم خنک کننده مکش کنید.
داخل قفسه
قسمت انتهایی که در بالای قفسه نصب شده است جمع آوری می شود. |
پرسیدن
استفاده از سیستم تبرید سقفی یکپارچه بیشتر برای فضاهایی مناسب است که دمای داخل توسط یک سیستم تبرید مرکزی کنترل می شود و یا به دلیل عدم وجود پرسنل دائمی، کنترل دمای داخلی اساساً مهم نیست.

در محلول In-Row سیستم خنک کننده در وسط قفسه ها قرار می گیرد که در ردیف هایی روبروی هم قرار گرفته اند و هوای سرد تولیدی به طور یکنواخت در راهرو هوای سرد پخش می شود و پس از ورود به قفسه ها و عبور از آن. تجهیزات نصب شده در داخل رک ها وارد راهروی داغ پشت قفسه ها شده و توسط درگاه ورودی سیستم خنک کننده In-Row واقع در راهرو گرم جمع آوری می شود.
.

راهکار اتاقک سرد و گرم

غرفه ها در ردیف هایی در کنار یکدیگر چیده شده اند. به این ترتیب هوای سرد مورد نیاز رک ها در گذرگاه جلوی رک ها و در گذرگاه پشت رک ها متمرکز شده و گذرگاه های سرد و گرم ایجاد می کند.
در ردیف های رو به رو یا پشت قفسه ها در راهرو در مقابل رگه ها و هوای گرمی که از زنیب خارج می شود، دالان های سرد و گرم ایجاد می کنند (شکل 6-5).
در روش مذکور علیرغم چیدمان منظم قفسه ها، جداسازی کامل راهروهای سرد و گرم و به تبع آن امکان اختلاط هوای سرد و گرم و امکان اختلاط هوای سرد و گرم بر روی آن وجود ندارد. بالای قفسه ها و در ورودی و خروجی از راهرو امکان پذیر نیست، خرچنگ وجود دارد که به نوبه خود باعث کاهش کارایی سیستم خنک کننده در مرکز داده می شود. برای رفع این مشکل در جدیدترین راه حل ارائه شده توسط شرکت شبکه تیام در چیدمان مرکز داده، راهروی سرد یا گرم با استفاده از درب و سقف کاملا ایزوله شده است. به این ترتیب راهروی سرد یا گرم به صورت محفظه ای سرد یا گرم محقق می شود و از ترکیب هوای سرد و گرم به طور کامل جلوگیری می شود.
عکس حرارتی زیر یک مرکز داده فعال را بدون استفاده از محلول محفظه خنک کننده در سمت چپ نشان می دهد و همان مرکز داده پس از استفاده از محلول اتاق خنک کننده در سمت راست نشان داده شده است. با مقایسه این دو عکس به راحتی می توان به نکات زیر پی برد.

 

از نفوذ هوای گرم به راهرو سرد و ایجاد نقطه گرم در راهرو سرد جلوگیری می شود.

هوای سرد با دمای تقریباً یکنواخت و متعادل در سراسر اتاق پخش می شود.

از فرار هوای سرد به سمت دهانه مکنده سیستم سرمایشی جلوگیری شده است.

به دلیل افزایش راندمان سیستم سرمایشی میانگین دمای هوای مرکز داده نیز کاهش است

 

 

راهکار اتاقک سرد (Cold Aisle Containment)

Fully Ducted Supply- Locally Ducted Return with In-Row Cooling System

در مرکز داده با ظرفیت بالا از سیستم های سرمایشی In-Row استفاده میشود.

در این محلول یونیت CRAC در وسط قفسه ها و نزدیک به نقطه تولید حرارت قرار می گیرد و نیازی به جابجایی هوای سرد در فواصل طولانی نیست.
در این محلول راهروی سرد به طور کامل پوشیده شده و توزیع هوای سرد و جمع آوری هوای گرم بر اساس محلول Fully Ducted Supply-Locally Ducted Return انجام می شود. در این محلول هوای سرد تولید شده توسط کولرها
به ردیف
که بین قفسه ها قرار می گیرد، مستقیماً در اتاق سرد راهرو توزیع می شود و هوای گرم خارج شده از پشت قفسه ها بلافاصله توسط ورودی هوای گرم در کولر In-Row تأمین می شود.
از قفسه جمع آوری شده است. به این ترتیب علاوه بر جلوگیری از افزایش دمای هوای سرد تولید شده در حین انتقال به نقطه تولید گرما، از اختلاط هوای سرد و گرم در اتاق نیز جلوگیری می شود و از هوای سرد تولید شده در سایر موارد استفاده می شود. راه ها. روش مفید
همچنین در این محلول به دلیل برگشت مستقیم و سریع هوای گرم به سیستم خنک کننده، هوای گرم رطوبت کمتری دارد و در نتیجه در اکثر موارد نیازی به تولید رطوبت نیست که باعث بهبود مصرف انرژی می شود. .

 

 

Locally Ducted Supply- Locally Ducted Return with Central HVAC System

در این راهکار راهروی سرد به صورت کامل پوشیده خواهد شد و توزیع هوای سرد و جمع آوری هوای گرم مبتنی بر راهکارهای Locally Ducted Supply- Locally Ducted Return انجام می پذیرد. در این راهکار، هوای سرد تولید شده توسط دستگاه HVAC پس از هدایت در زیر کف کاذب از محل تایل های مشبک (Perforated Tile) در اتاقک راهروی سرد توزیع می گردند و هوای گرم از پشت رکها وارد محوطه اتاق می شود و به صورت غیرمتمرکز به واسطه ورودی هوای گرم دستگاه HVAC جمع آوری خواهد شد.
نکته مهمی که طراحان این راهکار باید مدنظر قرار دهند، انتقال هوای گرم به کل فضای اتاق و در نتیجه گرم شدن آن است. شایان ذکر است این امر برای تجهیزات داخل اتاقک راهروی سرد مشکلی ایجاد نمی کند. از این رو، در صورتی که نیاز به استقرار تجهیزات دیگری به صورت جداگانه در این اتاق کامپیوتر وجود داشته باشد باید به منظور تامین سرمایش این تجهیزات راهکار مناسبی به کار گرفته شود. در این موارد پیشنهاد می گردد از راهکار Fully Ducted Return- Fully Ducted Supply برای تامین سرمایش تجهیزات خارج از راهروی سرد استفاده گردد. شرکت تیام شبکه نیز در این خصوص اقدام به طراحی و ارائه سیستم سرمایشیIn-Rack کرده است.

 

راهکار اتاقک گرم (Hot Aisle Containment)
Locally Ducted Supply-Fully Ducted Return with In-Row Cooling System
در این راهکار، برخلاف راهکار قبلی، راهروی گرم به صورت کامل پوشیده می شود و توزیع هوای سرد و جمع اوری هوای گرم مبتنی بر راهکار Fully Duted Return – Locally Ducted Supply انجام می پذیرد.در این راه حل، هوای سرد از طریق کولرهای In-Row که بین رک ها تعبیه شده است، به اتاق سرور می رسد، در حالی که هوای گرم بدون پخش شدن و مخلوط شدن با سرما، از پشت رک ها وارد محفظه راهرو گرم شده و وارد اتاق سرور می شود. هوا مستقیماً از طریق ورودی کولرهای In-Row در نزدیکی کشتی ها جمع آوری می شود.

جنبه قابل توجه این راه حل این است که اگر راهرو گرم پوشیده شود، دمای هوای گرم برگشتی به سیستم خنک کننده بالاتر خواهد بود. به همین دلیل یک سیستم خنک کننده با ظرفیت بالاتر از محلول قبلی انتخاب شده و از حداکثر ظرفیت آن استفاده می شود. بهترین است. در همین حال، راهروهای سرد در سراسر فضای اتاق سرور گسترش یافته است، منطقه بزرگتری نسبت به راه حل قبلی، بنابراین سرورها هوای سرد بیشتری دریافت می کنند و دمای اتاق در دمای مناسب نگه داشته می شود، در حالی که سایر تجهیزات و پرسنل باقی می مانند. .
منبع تغذیه کاملاً کانالی – برگشت کامل کانالی با سیستم HVAC مرکزی
این محلول راهروی گرم را به طور کامل پوشش می دهد و هم توزیع هوای سرد و هم جمع آوری هوای گرم را بر اساس یک راه حل تامین هوای برگشتی با مجرای کامل فراهم می کند. در این طرح، هوای خنک از واحد مرکزی HVAC از کانال های نصب شده در زیر کف موقت عبور می کند و سپس به طور جداگانه از جلوی کابینت وارد می شود، در حالی که هوای گرم از پشت کابینت وارد اتاق راهرو می شود. داغ با ورود به اتاق، از طریق کانال جمع آوری هوای گرم تعبیه شده در اتاق به ورودی هوای گرم تجهیزات HVAC منتقل می شود. راه حل های فوق به راحتی می توانند خنک کننده مورد نیاز مراکز داده با ظرفیت بالا را فراهم کنند.

.

 

راهکارهای سرمایشی مراکز داده

در مراکز داده با توجه به قرار گرفتن تعداد زیادی از این تجهیزات، توصیه می شود به منظور تامین سرمایش مورد نیاز، ضمن همسان سازی مسیرهای جریان هوای سرد و گرم، راهکارهای مشخصی جهت توزیع هوای سرد و جمع آوری هوای گرم در نظر گرفته شود. به طور کلی، سه راهکار Row Oriented، Room Oriented و Rack Oriented به منظور تنظیم دما در یک مرکز داده وجود دارد. عملکرد سه راهکار نامبرده در بخش اول یعنی تولید سرمایش، مشابه یکدیگر است. ولی در بخش دوم هر یک از سه راهکار دارای روش های منحصر به فردی برای توزیع هوای سرد و جمع آوری هوای گرم هستند و واحد CRAC یا همان Computer Room Air Conditioning به ترتیب به اتاق (ROOM)، ردیف (ROW)، و یا رک (RACK) اختصاص می یابد.

فهرست