سیستم سرمایش مرکز داده

انواع سیستم خنک ‏کننده

همواره ارائه يك سيستم برق و سيستم خنك‌كننده مناسب و قابل اطمينان يكي از مهمترين اركان يك مركزداده استاندارد و جزء مهمترين اهداف يك زيرساخت‌ فيزيكي مناسب مي‌باشد. یونیت‏های سرمایش (Cooling Unit) برای خنک نمودن محیط مرکز داده مورد استفاده قرار می‏گیرند که دارای انواع مختلفی می‏باشند. این یونیت‏ها شامل اسپلیت‏ها، یونیت‏های InRoom ، یونیت‏های InRow و یونیت‏های InRack می‏باشند. پارامترهای مهم سیستم سرمایش به شرح زیر می‏باشد

دما

سیستم سرمایش یکی از عناصر بسیار مهم دیتاسنتر محسوب می‏شود، تجهیزات اکتیو نظیر سرورها، Storageها و غیره جهت عملکرد صحیح بایستی در دمای استاندارد بکار گرفته شوند. دمای بالا علاوه بر تاثیرگذاری بر عملکرد صحیح تجهیزات، موجب کاهش طول عمر تجهیزات نیز می‏گردد. مطابق استانداردهای طراحی دیتاسنتر (TIA942) دمای اطاق تجهیزات بایستی بین 20 الی 25 درجه سانتی‏گراد باشد که نقطه تنظیم مرسوم 22 درجه سانتی‏گراد با تلرانس دمایی 1 ± درجه سانتی‏گراد می‏باشد.

رطوبت

وجود رطوبت در هوا موجب سنگین شدن ذرات گرد و غبار و جلوگیری از معلق ماندن و نفوذ به داخل تجهیزات می‏گردد، رطوبت نسبی اتاق تجهیزات بایستی 45 الی 50 درصد باشد کنترل رطوبت نسبی به دلایل زیر بسیار مهم است.

خوردگی: رطوبت بیش از حد در هوا، پتانسیل خوردگی گازها را افزایش می‏دهد و باعث خوردگی قطعات می‏گردد.

تخلیه الکترو استاتیک (ESD): ESD به معنی تخلیه سریع الکتریسیته ساکن بین اجسام دارای اختلاف پتانسیل الکتریکی می‏باشد و می‏تواند موجب آسیب رساندن به تجهیزات گردد.

وقتی RH زیر 30درصد است شرایط بحرانی می‏شود، ESD می‏تواند باعث تغییر مشخصات الکتریکی گردیده و یا موجب از کار افتادن آنها گردد.

ذرات معلق

گرد و غبار و ذرات معلق از عوامل آسیب رساندن به تجهیزات می‏باشند به جهت جلوگیری از انتشار ذرات معلق بایستی هوای دمیده شده فیلتر گردیده و هوای پاک در محیط به گردش در آید.

انواع یونیت‏های سرمایش مراکز داده

یونیت سرمايش (Split Cooler)

در این سیستم کل فضائی که تجهیزات در آن قرار گرفته‏اند خنک می‏شود و بنابراین تجهیزات نصب شده در آن فضا نیز خنک می‏شوند. این سیستم معمولاً با استفاده از کولر گازی پیاده‏سازی می‏گردد. این روش دارای معایب زیادی به شرح زیر می‏باشد:

  • راندمان پائین
  • عدم امکان خنک‏سازی یکنواخت تجهیزات
  • عدم امکان خنک کردن رک‏های با دانسیته حرارتی بالا
  • (Mean Time To Failure)MTBF پائین بدلیل اینکه این سیستم‏ها برای مصارف اداری و خانگی طراحی شده‏اند.
  • امکان نشت انتشار آب از اسپلیت به روی تجهیزات
  • جذب رطوبت هوا که موجب افزایش گرد و خاک و افزایش ESD (Electro Static Discharge) می‏گردد.
  • مصرف انرژی زیاد
  • عدم امکان کارکرد یکسره در چهار فصل سال

یونیت سرمایش InRoom (Down flow & Up flow)

این سیستم در مراکزی که دارای کف کاذب و یا سقف کاذب می‏باشند قابل پیاده‏سازی است. در این روش سیستم سرمایش از نوع Package بوده و هوای خنک به زیر کف کاذب (Down flow) و یا بالای کف کاذب (Up flow) دمیده شده و از زیر/ بالای رک‏ها و یا از دریچه‏های مقابل (بالا/ پائین) رک‏ها وارد رک شده و موجب خنک شدن تجهیزات می‏گردد. به جهت بالا بردن راندمان در این روش رک‏ها به گونه‏ای قرار می‏گیرند که جلوی رک‏ها روبروی هم و پشت رک‏ها نیز روبروی هم باشد بدین ترتیب با ایجاد راهروی سرد و راهروی گرم، هوای سرد و گرم کانالیزه شده و تداخل کمتری با یکدیگر داشته و از اغتشاش جریان هوای گرم و سرد جلوگیری می‏شود و سبب افزایش راندمان سیستم سرمایش می‏گردد.

معایب این سیستم عبارتند از:

  • عدم امکان خنک کردن رک‏هائی با دانسیته حرارتی بالا
  • لزوم استفاده از کف/سقف کاذب
  • بوجود آمدن نقاط گرم (Hot Spot) در فضای مرکز کامپیوتر
  • تاثیر موانع فیزیکی در زیر کف کاذب و یا بالای سقف کاذب در سرمایش تجهیزات
  • لزوم درزبندی کف/سقف کاذب و جلوگیری از خروج هوا از منافذ
  • توزیع دما در این روش نامناسب است (هر چه از سیستم خنک کننده دورتر شویم توان پرتاب جریان سرمایش کاهش می‏یابد و همچنین در بالای رک‏ها شاهد افزایش دما خواهیم بود)

مزایای این سیستم عبارتند از:

  • در فضاهایی با ابعاد کوچک، انتخاب مناسبی می‏باشد.
  • در پروژه‏های بزرگ می‏توان تلفیقی از یونیت‏های سرمایش InRow و InRoom را در مراکز داده استفاده نمود.
  • می‏توان با چیدمان صحیح از طریق کف/سقف کاذب جریان هوای مطلوبی را ایجاد نمود.

در شکل زیر شماتیکی از یونیت‏های سرمایش InRoom از نوع Down Flow نمایش داده شده است.

یونیت سرمایش InRow

یونیت های InRow در کنار رک‏ها چیده شده و از نظر ارتفاع و عمق باید هم اندازه رک‏ها باشند. این سیستم‏ها هوای گرم خارج شده از پشت رک‏ها را مکیده و پس از عبور از فضای داخلی یونیت‏های سرمایش هوای گرم موجود را خنک نموده و از طریق فن‏های موجود در جلوی یونیت‏ها به جلوی رک‏ها می‏دمند، لذا با توجه به اینکه بین این سیستم‏ها و رک‏ها فاصله‏ای وجود ندارد و همچنین بدلیل اینکه هوای خنک دمیده شده تمام فضای مقابل رک‏ها را پوشش می‏دهد لذا توزیع دما بهتری صورت گرفته و همچنین امکان خنک کردن رک‏هائی با دانسیته حرارتی نسبتاً بالا وجود دارد. در این روش نیازی به کف کاذب نمی‏باشد و همچنین راندمان و توزیع دما در این سیستم سرمایش تا حد بسیار زیادی بهبود می‏یابد. در شکل زیر نحوه جانمایی یونیت‏های سرمایش InRow نشان داده شده است.

انواع روش‏های سرمایش

سیستم‏های سرمایش آبی

در این سیستم‏ها یونیت‏های سرمایش در اتاق مرکز داده بواسطه  لوله‏کشی انجام شده به چیلرهای آبی که در پشت بام مجموعه و یا در فضای حیاط واقع شده اند متصل می‏شوند. حرارت تولید شده در فضای اتاق مرکز داده توسط یونیت‏های سرمایش تعبیه شده خنک می‏شود به طوری که آب سرد حاصله از چیلر در یونیت‏ها جاری شده و گرمای حاصل از رک‏های موجود توسط مکنده‏های یونیت‏های سرمایش مکیده شده و وارد یونیت سرمایش می‏شود و طی انجام  تبادل حرارتی بین آب سرد و گرمای حاصله جریان هوای خنک توسط فن‏های یونیت‏های سرمایش به مرکز داده دمیده می‏شود و این فرآیند در یک چرخه بسته دوباره تکرار می‏شود.

سیستم‏های سرمایش گازی

در این سیستم‏ها یونیت‏های سرمایش در اتاق مرکز داده بواسطه  لوله‏کشی انجام شده به کندانسورهای موجود در پشت‏بام مجموعه، فضای حیاط و یا فضای پارکینگ مجموعه متصل می‏شوند. حرارت تولید شده در فضای اتاق مرکز داده توسط یونیت‏های سرمایش تعبیه شده خنک می‏شود به طوری که گاز سرد حاصله از کندانسور در یونیت‏ها جاری شده و گرمای حاصل از رک‏های موجود توسط مکنده‏های یونیت‏های سرمایش مکیده شده و وارد یونیت سرمایش می‏شود و طی انجام  تبادل حرارتی بین گاز سرد و گرمای حاصله جریان هوای خنک توسط فن‏های یونیت‏های سرمایش به مرکز داده دمیده می‏شود و این فرآیند در یک چرخه بسته دوباره تکرار می شود.

مقایسه فنی سیستم سرمایش آبی و گازی

سیستم گازی DX سیستم آبی
محدودیت ارتفاع حرکت عمودی لوله‏ها به میزان 15 متر لوله‏ها به هر میزانی می‏توانند حرکت عمودی داشته باشند
ظرفیت پایین تر اواپراتورها ظرفیت بالای CRAC
ابعاد بزرگ کندانسینگ یونیت در ظرفیت برابر ابعاد کمتر چیلرها در ظرفیت برابر
عدم وجود سرمایش پشتیبان وجود مخزن آب چیلد
عدم نیاز به پمپ و تابلو و تجهیزات جانبی نیاز به پمپ و تابلو برق و تجهیزات جانبی
 تعداد رک کمتر در فضای یکسان دیتاسنتر تعداد رک بیشتر در فضای یکسان دیتاسنتر
تاثیرپذیری شدید سیستم از شرایط هوایی منطقه تاثیرپذیری کم از شرایط هوایی منطقه
عدم بهره‏گیری از فری کولینگ بهره گیری از فری کولینگ
تعمیرات سنگین و پر هزینه تعمیرات ساده و کم هزینه
هزینه خرید تقریبی 1.1 میلیون به ازای هر کیلووات هزینه خرید تقریبی 0.98 میلیون به ازای هر کیلووات
راندمان پایین و مصرف برق بیشتر راندمان بالاتر و مصرف برق پایین‏تر