سیستم سرمایشی دیتا سنتر و اتاق سرور

در مقاله های قبلی به بررسی میزان دما در دیتا سنتر و اتاق سرور، اثرات دمای بالا بر تجهیزات الکترونیکی و شبکه های کامپیوتری پرداختیم. در این مقاله به بررسی سیستم سرمایشی دیتاسنتر و اتاق سرور، برای خروج هوای گرم و حرارت تولید شده از دستگاه ها ، تجهیزات الکترونیکی و IT می پردازیم. سیستم خنک کننده اتاق سرور، دمای اتاق سرور یا دیتاسنتر را در حد مطلوب و مناسبی پایین می آورد.

متخصصان، یک سیستم سرمایشی اتاق سرور و دیتاسنتر مبنی بر سیکل تبرید تراکمی بخار را بر اساس پارامترهای مختلف، دسته بندی می کنند.

یکی از رایج ترین دسته بندی ها بر اساس نوع سیال عامل انتقال برودت به دیتا سنتر در چرخه کولینگ اتاق سرور یا دیتا سنتر می باشد. این سیال دو نوع می باشد:

• گاز که از نوع فرئون می باشد.
• چیلد واتر که شامل آب و ضد یخ می باشد.

سیستم سرمایشی گازی (DX یا انبساط مستقیم):

سیستم سرمایشی گازی (DX یا انبساط مستقیم) برای دیتاسنتر با ظرفیت حرارتی پایین بکار می رود. در این سیستم سرمایشی، دمای ماده تبرید در کندانسورها توسط هوای محیط، پایین آورده می شود سپس به حالت مایع، توسط لوله های مسی به داخل مرکز داده یا اتاق سرور می رود. از شیر انبساط عبور می کند فشار شکسته می شود سپس وارد اواپراتور واحد خنک کننده InRow یا پکیج مخابراتی گازی می شود. هوای گرم دیتاسنتر، جذب مبدل حرارتی(Evaporator Coil)  می شود و از حالت مایع به گاز تبدیل می شود. سپس کمپرسور ، فشار آن را افزایش می دهد و از طریق لوله های مسی به کندانسور انتقال می یابد ، در آنجا خنک می شود و این روند تکرار می شود.

سیستم سرمایشی چیلد واتر (آبی):

سیستم سرمایشی چیلد واتر (آبی) برای دیتاسنتر های با ظرفیت حرارتی بالا بکار می رود. در ابتدا آب وارد چیلر دائم کار صنعتی می شود و در آنجا تا 10 درجه سانتیگراد سرد می شود. چیلد واتر (آب سرد) از طریق کوئل های آبی (لوله های خم شده موازی حاوی آب سرد ) سیستم سرمایشی InRow  و یا پکیج مخابراتی آبی CRAC، وارد دیتا سنتر یا اتاق سرور می شود.

ابتدا هوای گرم از روی لوله های خم شده موازی، عبور می کند، خنک می شود سپس به سمت سرورها می رود و تجهیزات آی تی و الکترونیکی را خنک می کند. سپس پمپ های سیرکولاسیون ، آب گرم را به سمت خنک کننده های دیتاسنتر می فرستد و این روند تکرار می شود.

اگر بخواهیم این دو سیستم سرمایشی را با یکدیگر مقایسه کنیم چون مقدار حرارت جابجا شونده توسط هوا نسبت به مقدار حرارت جابجا شونده توسط آب در صورت یکسان بودن سطح اشغال ، کم تر است. پس سیستم گازی دارای  راندمان حرارتی پایین تر و در نتیجه عملکرد پایین تر می باشد .

فرآیند خنک سازی در سیستم کولینگ مرکز داده بطور کلی دارای چندین مرحله می باشد که عبارتند از :

• خنک کننده سرور
• خنک کننده فضا
• انتقال حرارت (گرما به خارج از محیط دیتاسنتر منتقل می شود)
• تهویه سیال (بازگشت سیال برای تکرار روند خنک سازی)

انواع سیستم کولینگ یک مرکز داده عبارتست از:

1. سیستم کولینگ InRoom :

در این روش ، همه فضای اتاق سرور یا مرکز داده خنک می شود. یکی از عیوب آن اتلاف انرژی است. از این روش برای اتاق های سرور و مراکز داده شرکت های کوچک و متوسط استفاده می شود. معمولا در ایران از این روش استفاده می شود و با کولر گازی دمای اتاق سرور را خنک نگه می دارند.

باید توجه کرد این کولرهای گازی روبروی یکدیگر قرار نگیرند، همچنین اتاق سرور مجهز به سیستم هشدار دهنده دما و کولر پشتیبان باشد تا در صورت بروز اختلال در عملکرد کولرها و تغییر دما، آلارم دهد. بهتر است بعد از هر هشت ساعت کاری ، کولر پشتیبان بجای کولر اصلی شروع به فعالیت کند.

2. سیستم کولینگ DownFlow :

در این سیستم سرمایشی ، راهروی بین رک ها باز است و هوای خنک شده به زیر کف کاذب اتاق سرور یا مرکز داده منتقل می شود سپس از زیر رک ها یا جلوی رک ها به سمت بالا و با فشار هدایت می شود.

پس از خنک سازی رک ها ، هوای گرم از بالای رک ها و یا پشت رک ها خارج و از طریق سقف، هوای گرم با مکش خارج می شود. بدین ترتیب در مرکز داده یا اتاق سرور ایجاد راهروی سرد و گرم می شود.

     3.سیستم کولینگ InRow :

در این نوع سیستم سرمایشی، دستگاه کولینگ در بین رک ها قرار می گیرد. سپس هوای سرد به سمت رک های روبرو یا مجاور فرستاده می شود. رک ها هوای سرد را به داخل خود می کشند. پس از خنک سازی، هوای گرم از پشت رک ها خارج می شود.

این هوای گرم مجدد توسط دستگاه خنک کننده جذب می شود. از مزایای این روش عیب یابی هوشمند می باشد. همچنین فرآیند خنک سازی هوا بصورت تصویری نمایش داده می شود. بدین ترتیب میتوان مرکز داده یا اتاق سرور را مانیتورینگ کرد.

انواع سیستم سرمایشی InRow:

سیستم سرمایشی InRow ، دو نوع می باشد : آبی (در مراکز داده با ظرفیت حرارتی بالا استفاده می شود) و گازی (در مراکز داده با ظرفیت حرارتی پایین استفاده می شود). خنک کردن به روش آبی به خاطر خطر نشت آب در سرور ، دارای ریسک بالایی می باشد و فقط در پروژه های خاص با روش “SAFE” بکار می رود.

سیستم خنک کننده مایع در مقایسه با سیستم خنک کننده فن دار ، بهتر عمل می کنند و عملکرد آنها بر اساس قانون ترمودینامیک انجام می شود.

سیستم تهویه و کولینگ بر حسب بزرگی دیتاسنتر و کیلووات حرارتی مورد نیاز به پنج رده تقسیم می شود:

1.سیستم تهویه و کولینگ برای اتاق سرورهای کوچک ، ups room و اتاق برق:

برای تامین سیستم تهویه و کولینگ اتاق سرور کوچکی که ظرفیت حرارتی متوسط هر رک آن، کمتر از 3 کیلووات باشد از پکیج هوادهی از کف  )پکیج Down Flow  گازی( یا پکیج مخابراتی گازی DX (DX Precision Cooling)  استفاده می شود. در پکیج Down Flow  گازی ، هوای خنک در کف کاذب اتاق سرور پخش می شود و بدین روش فشار هوا کاهش می یابد.

این روش در حال منسوخ شدن می باشد. پکیج مخابراتی گازی DX، دارای یک واحد داخلی  خنک کننده و یک واحد بیرونی کندانسور می باشد. بسته به شرایط نصب پکیج مخابراتی گازی DX  هوادهی از کف، هوادهی از بالاو هوادهی از روبرو میتواند صورت پذیرد.

با کنترل میزان رطوبت هوای ورودی به سرورها  همچنین نصب فیلترهای جذب کننده آلودگی هوای ورودی به اتاق سرور، میتوان هوایی مناسب برای اتاق سرور فراهم نمود.

زمانیکه در پکیج مخابراتی گازی DX ، فاصله عمودی بین کندانسور و خنک کننده داخلی بیش از 15 متر باشد محدودیت ایجاد می کند بنابراین از پکیج مخابراتی هیبریدی استفاده می شود تا محدودیت ارتفاعی نداشته باشد. در نیروگاه ها  و پالایشگاه ها بخاطر حجم بالای حرارت تولید شده، از پکیج مخابراتی گازی DX  استفاده می شود.

2. سیستم تهویه و کولینگ برای اتاق سرورهای کوچک با تراکم بالا(High Density Server Room)

برای تامین سیستم تهویه و کولینگ اتاق سرور با تراکم بالا ، که ظرفیت حرارتی متوسط هر رک آن،  بیشتر از 3 کیلووات حرارتی  باشد از سیستم تهویه بین ردیفی گازی(In Row cooling system) استفاده می شود. این نوع سیستم سرمایشی دارای واحد داخلی خنک کننده InRow و واحد خارجی کندانسور می باشد.

رک های مخابراتی در اتاق سرور روبروی همدیگر قرار می گیرند و بین رک ها یک راهرو خالی با عرض 120 سانتیمتر ایجاد می شود. که این راهروها از بالا بوسیله تجهیزات خاصی بسته می شود و از جلو توسط یک درب با مشخصات خاص بسته می شود . بدین ترتیب فضای داخل از فضای خارج راهرو، بصورت کامل جداسازی می شود و تنها راه عبور هوا از درون رک ها میسر می شود.

سیستم تهویه بین ردیفی ابتدا هوای سرد را به درون راهرو (جلوی رک ها) پرتاب می کند سپس هوای گرم را از پشت رک ها مکش می کند و بدین ترتیب راهروی سرد بسته شکل می گیرد. دوباره هوای گرم را از درون راهرو مکش می کند و هوای سرد شده را به پشت رک ها پرتاب می کند و بدین ترتیب راهروی گرم بسته، شکل می گیرد.

دلیل بالا رفتن راندمان در این روش ، همین جداسازی هوای سرد از هوای گرم می باشد. در این روش نیز اگر فاصله عمودی بین کندانسور و خنک کننده داخلی بیش از 15 متر باشد محدودیت ایجاد می شود. برای از بین بردن این محدودیت می توان از سیستم خنک کننده بین ردیفی هیبریدی استفاده کرد. در سیستم خنک کننده بین ردیفی هیبریدی ، دیگر هیچگونه محدودیت ارتفاعی وجود ندارد.

3. سیستم تهویه و کولینگ مرکز داده، سالن های سرور و باطری:

برای تامین سیستم تهویه و کولینگ مراکز داده که مجموع ظرفیت حرارتی متوسط ، کمتر از 200 کیلو وات و بیشتر از 100 کیلو وات  باشد از سیستم تهویه دقیق (Precision Cooling System)  استفاده می شود.

بهترین مورد این نوع سیستم سرمایشی از نظر اقتصادی و فنی، سیستم سرمایشی چیلد واتر می باشد. این سیستم ترکیبی از دستگاه خنک کننده بین ردیفی (In Row)، پکیج In Room چیلد واتر و  چیلر اسکرال دائم کار صنعتی (تولید کننده آب سرد) می باشد.

در این نوع سیستم سرمایشی ، چیلر اسکرال تراکمی دائم کار  را در بیرون از مرکز داده نصب می کنیم و همراه با نصب آن پمپ های سیرکولاسیون، مخزن بافر تانک و دستگاه آب سازی را نیز نصب می کنیم. سیستم لوله کشی شامل مدار لوله چیلر- مخزن و مدار لوله مخزن – مرکز داده می باشد.

نحوه لوله کشی بر اساس رده بندی TIRE انجام می شود. جنس لوله ها در بخش چیلرها از نوع کربن استیل و در بخش مرکز مرکز داده از جنس PEX-AL-PEX می باشد. در این نوع سیستم سرمایشی محدودیت ارتفاعی وجود ندارد.

4.تهویه دیتاسنتر و مراکز مخابراتی همراه با فری کولینگ آبی:

در سیستم های سرمایشی دیتاسنتری که مجموع ظرفیت سرمایشی مورد نیاز اتاق سرور بیش از 100 کیلووات باشد، از سیستم سرمایشی دقیق استفاده می شود.

سیستم سرمایشی رایگان یا (Free Cooling)،  سیستمی به صرفه و اقتصادی است. سیستم سرمایشی  فری کولینگ ترکیبی است از سیستم سرمایشی  InRow چیلد واتر  ،  InRoom آبی و  چیلر دائم کار صنعتی.

سیستم خنک کننده فری کولینگ در مواقعی از سال که دمای هوای محیط بیرون از دیتا سنتر یا اتاق سرور ،  به اندازه کافی سرد باشد و کمتر از دمای آب سرد (چیلد) ورودی به چیلر تراکمی سیستم سرمایشی فری کولینگ باشد، کمپرسور خود را خاموش می نماید و با کمک هوای محیط بیرون ، آب سرد (چیلد) گردشی در چیلر را خنک می نماید.

معمولا در مناطق معتدل و نیمه خشک، 100 الی 120 روز در سال می توان از این روش خنک سازی استفاده کرد . بدین ترتیب میزان مصرف انرژی الکتریکی پایین می آید همچنین استهلاک دستگاه های کمپرسور کاهش و در نهایت عمر چیلر افزایش می یابد.

در سیستم سرمایشی فری کولینگ، برای سیستم سرمایشی اتاق سرور از سیستم سرمایشی InRow یا سیستم سرمایشی InRoom آبی استفاده می شود.

در مراکز دیتاسنتری که دارای حفاظت الکترومغناطیس می باشد باید سیستم سرمایشی InRoom آبی استفاده شود و این پکیج  در خارج از اتاق سرور قرار می گیرد. برای اتاق یو پی اس، اتاق اینترفیس، اتاق برق و اتاق باطری از پکیج مخابراتی چیلد واتر استفاده می شود.

از دیگر خصوصیات این روش عدم محدودیت ارتفاعی بین چیلرها و خنک کننده های داخلی می باشد. مخازن آب بافر موجود در سیستم سرمایشی، برای مواقع اضطراری و قطع برق، همواره ذخیره آب سرد دارند و این امر کمک شایانی در بالابردن ضریب اطمینان فرآیند سرمایشی و تهویه دیتا سنتر می کند.

همچنین حجم مخزن ذخیره آب چیلد، بر اساس دو عامل مدت زمان ذخیره و زمان خاموشی آن و توسط طراح سیستم سرمایش مرکز داده، محاسبه می گردد.

5.سیستم تهویه و کولینگ دیتا سنتر و سالن های بزرگ مخابراتی:

برای تامین سیستم تهویه و کولینگ دیتا سنتر و سالن های بزرگ ، که ظرفیت حرارتی مجموع آن، بیشتر از 200 کیلووات حرارتی باشد از سیستم خنک کنندگی آبی یا چیلد واتر (سیستم سرمایش آبی) استفاده می شود.

این سیستم شامل خنک کننده های بین ردیفی، چیلر اسکرول دائم کار صنعتی (تولید آب سرد) ، مخازن بافر و دستگاه آب سازی می باشد. در واقع این سیستم خنک کننده ترکیبی از دو سیستم خنک کننده InRow و InRoom  می باشد.

در داخل فضای مرکز داده از سیستم تهویه دقیق آبی، در اتاق سرور با رک های فراوان از سیستم خنک کننده بین ردیفی (INROW) یا پکیج دیجیتال مخابراتی آبی ، در اتاق برق، اتاق اینترفیس، اتاق UPS از پکیج دیجیتال مخابراتی چیلد واتر crush  و در مرکز داده ای که دارای شیلد الکترومغناطیس می باشد از دستگاه تهویه پکیج دقیق در فضای خارج از اتاق سرور استفاده می شود.

مخازن آب بافر، برای مواقع اضطراری همواره ذخیره آب سرد دارند و این امر کمک شایانی در بالابردن ضریب اطمینان فرآیند سرمایشی و تهویه دیتا سنتر می کند. این سیستم محدودیت ارتفاعی ندارد.

پایپینگ این سیستم دو بخش دارد :

• پایپینگ چیلر تراکمی- مخزن بافر
• پایپینگ مخزن بافر – مرکز داده

بر اساس روش طراحی سیستم سرمایش ، امکان استفاده از پمپ های با دور ثابت و متغیر فراهم می شود و بکارگیری کدام نوع پمپ، وابسته به دو فاکتور کنترل ظرفیت یا دما در دیتاسنتر می باشد. همچنین حجم مخزن ذخیره آب چیلد، بر اساس دو عامل مدت زمان ذخیره و زمان خاموشی آن و توسط طراح سیستم سرمایش مرکز داده، محاسبه می گردد.

ظرفیت یو پی اس بر اساس میزان مصرف الکتریکی یونیت های داخلی سیستم خنک کننده دیتاسنتر و دسته پمپ مدار “مخزن بافر- مرکز داده” محاسبه می گردد. اما اگر شروع به کار سیستم سرمایشی همچنین زمانی که صرف تامین خنک سازی اتاق سرور با وجود مخزن ذخیره آب در مدار خنک سازی می شود را هم در نظر بگیریم نیاز به یو پی اسی با ظرفیت بسیار بزرگ خواهیم داشت و محاسبه آن، کاری بی نتیجه خواهد بود.

از دیگر قابلیت هایی که باید در طراحی مدارات برقی سیستم سرمایش در نظر گرفت:

• قابلیت چنج آور بین تجهیزات اصلی
• قابلیت افزونگی
• قابلیت کنترل جریان شروع به کار تجهیزات سرمایشی مرکز داده
• قابلیت کنترل جریان مصرفی تجهیزات سرمایشی مرکز داده

متخصصان و کارشناسان شرکت آسان ارقام همراه با نظر مشاور سئو در اصفهان، با استفاده از تخصص، مهارت و تجربه خود میتوانند در زمینه مشاوره، طراحی، آماده سازی، نصب و پشتیبانی سیستم های سرمایشی و کولینگ تجهیزات دیتاسنتر و اتاق سرور ، خدماتی به صرفه و اقتصادی ارائه دهند. برای اطلاعات بیشتر می توانید با ما تماس بگیرید و یا از سایت فروشگاهی ما دیدن فرمایید.