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 |