ایده پردازان افق فردا

در دیتاسنتر ها، مراکز داده و اتاق های سرور، تجهیزات IT و سرور ها جهت پردازش اطلاعات و داده ها، انرژی الکریکی مصرف می کنند و در حدود ۹۹ درصد این انرژی در نهایت به حرارت تبدیل می شود. اگر این حرارت از فضای دیتاسنتر، مرکز داده و اتاق سرور توسط سیستم سرمایش دیتاسنتر یا سیستم تهویه و سرمایش اتاق سرور خارج نشود، دمای هوای فضای داخل اتاق سرور تا حدی افزایش می یابد که تجهیزات IT و داده پردازی قطع شوند و اصطلاحاً Fail‌ گردند. به طور معمول، جایجایی حرارت از داخل اتاق IT به محیط خارج توسط سیستم سرمایش دیتاسنتر، سیستم خنک کننده اتاق سرور و تجهیزات کولینگ مراکز داده مبتنی بر سیکل تبرید چیلر تراکمی صورت می پذیرد.

سیستم های سرمایش دیتاسنتر ها و خنک کننده اتاق سرور مبتنی بر سیکل تبرید تراکمی را می توان بر حسب پارامتر های گوناگونی دسته بندی نمود. یکی از این انواع دسته بندی ها، بر اساس سیال عامل انتقال برودت به دیتاسنتر در سیکل سرمایش می باشد. بر این اساس، سیال عامل سیستم سرمایش دیتا سنتر و اتاق سرور به طور عمده می تواند یکی از دو گزینه ذیل باشد:

• آب + ضد یخ (چیلد واتر)
• فریون (گازی)

همانطور که در شکل بالا مشاهده می کنید تجهیز CRAC(Computer Room Air Conditioning) برای سرمایش در بر پایه سیکل گازی و همچنین تجهیز CRAH(Computer Room Air Handler) برای سرمایش بر پایه سیکل چیلد واتر  می باشد.

نحوه عملکرد سیستم های سرمایش گازی دیتاسنتر

سیستم سرمایش دیتاسنتر DX(Direct Expansion) یا سرمایش مخابراتی گازی، در اتاق های سرور و مراکز داده با ظرفیت حرارتی پایین کاربرد دارد. نحوه عملکرد سیستم های سرمایش گازی بدین گونه طراحی شده است که مبرد در فاز مایع مادون سرد به داخل فضای سرورهای IT و تجهیزات پشتیبان داده پردازی منتقل می شود و با عبور هوا از روی لوله های مسی حاوی مبرد مایع (اواپراتور یا تبخیر کننده)، هوا سرد شده و مبرد مایع از داخل لوله های مسی اواپراتور به فاز مافوق گرم تبدیل می شود. در نهایت این مبرد مافوق گرم، به خارج فضای اتاق سرور منتقل می شود و انرژی حرارتی خود را توسط کندانسور سیستم تهویه و تبرید دیتاسنتر به هوای بیرون منتقل می کند و پس از مایع شدن، مجددا به داخل فضا باز می گردد تا در یک سیکل بسته برودت، متناوباً با عملیات خنک کاری دیتاسنتر را ادامه دهد.

در دیتاسنتر ها و مراکز داده با ظرفیت پایین، به طور معمول از سیستم گازی یا سرمایش DX استفاده می شود. اصطلاح DX به معنای انبساط مستقیم می باشد و در واقع هر سیستم سرمایش دیتاسنتری که کول اواپراتور آن در داخل دیتاسنتر، به واسطه انبساط مبرد گازی، تولید هوای سرد را انجام می دهد، در دسته بندی سیستم های سرمایش گازی قرار می گیرد. در خنک کننده های In-Row گازی و یا تجهیزات CRAC، بخشی از تجهیزات سیکل سرمایش دیتاسنتر درون یونیت خنک کننده داخلی قرار می گیرند و سایر قطعات سیکل سرمایش دیتاسنتر به قسمت های بیرونی منتقل می شوند.

عرف چیدمان قطعات سیکل سرمایش دیتاسنتر گازی در دیتاسنتر به این صورت است که تمامی قطعات سیکل سرمایش دیتاسنتر در داخل مرکز داده قرار دارند و تنها کندانسور، در بیرون مرکز داده قرار می گیرد. مبرد در کندانسور توسط هوای بیرون خنک شده و در فاز مایع توسط لوله های مسی به داخل فضای دیتاسنتر منتقل می شود. این مبرد مایع پس از عبور از شیر انبساط و شکستن فشار، وارد اواپراتور یونیت خنک کننده In-Row و یا پکیچ مخابراطی گازی می شود. فن های دستگاه خنک کننده گازی، هوای گرم مرکز داده را از روی کویل اواپراتور عبور می دهد و هوای خنک شده را به سمت سرور ها و تجهیزات IT می دمند. مبرد موجود در اواپراتور با جذب حرارت هوا، به فاز گازی می رود و پس از افزایش فشار و انبساط توسط کمپرسور سیکل سرمایش دیتاسنتر، جهت سرد شدن از طریق لوله های مسی به کندانسور فرستاده می شود و سیکل سرمایش دیتاسنتر مجددا از ابتدا تکرار می شود.

تامین رطوبت توسط تجهیزات سرمایش دیتاسنتر

به طور معمول تعدادی از دستگاه های خنک کننده دیتاسنتر، به رطوبت زن مجهز می شوند تا در زمانی که نیاز به تامین رطوبت اتاق سرور باشد، رطوبت مورد نیاز را فراهم کنند. نوع رطوبت زن ها در سیستم سرمایش گازی و آبی دیتاسنتر یکسان می باشد، اما در سیستم های سرمایش گازی دیتاسنتر به دلیل رفتار مبرد در سیکل سرمایش، عملاً کویل های اواپراتور دستگاه های سرمایشی دیتاسنتر سرد تر می باشند و کنترل رطوبت و تنظیم رطوبت در آنها پیچیده تر می باشد که البته این مورد از وظایف شرکت سازنده و تامین کننده تجهیزات سرمایش دیتاسنتر می باشد.

دلایل مردود بودن استفاده از کولر گازی یا اسپیلت در دیتاسنتر

در اکثر زیر ساخت های مخابراطی کشور، در سازمان ها و شرکت های کوچک و متوسط با تعداد رک های کم به دلیل کم بودن حجم اطلاعات و داده ها نتیجتاً تعداد سرور های مورد استفاده کاهش می یابد. سیستم سرمایش دیتاسنتر و تهویه آن گران قیمت می باشد و در بسیاری از موارد به جای سیستم های سرمایش دیتاسنتر از کولر های گازی استفاده می گردد.

فیلتراسیون اتاق سرور

جهت فیلتراسیون و کنترل آلودگی های هوای دیتاسنتر، از فیلتر های کنترلی بر اساس رده بندی MERV استفاده می شود. در دستگاه های سرمایشی دیتاسنتر از فیلتر های رده G4 استفاده می شود که قابلیت شستشو و تمیز کردن دارند و اضافه بر این موضوع فیلتر های اتاق سرور در صورت نیاز قابلیت افزونگی دارند و می توان به تعداد آنها و افزود همچنین در صورت نیاز می توان از فیلتر هایی با رده بندی بالاتری استفاده نمود.

در کولر های گازی مورد استفاده در دیتاسنتر های کوچک به دلیل فشار هوادهی پایین آن از فیلتر های پلاستیکی رده پایین استفاده گردیده است که این فیلتر ها قابلیت برآورده ساختن میزان فیلتراسیون مورد نظر برای دیتاسنتر ها را دارا نمی باشند.

تقطیر هوا و ایجاد رطوبت

در دیتاسنتر ها با توجه به استاندار ها هوا توصیه شده برای دیتاسنتر های نه چندان بزرگ در محدوده ی دمایی 20-25 درجه سانتیگراد و با حدود رطوبت نسبی 50 درصد می باشد که با توجه به این شرایط از روی جداول سایکومتریک به عنوان مثال برای مای 20 درجه سانتیگراد می توان نقطه شبنم را 11 درجه سانتیگراد استخراج نمود. با توجه به تعریف نقطه شبنم در صورت برخورد جریان هوا با شرایط ذکر شده با سطحی با دمای پایین تر از ۱۱ درجه سانتیگراد، تقطیر رطوبت صورت گرفته و باعث ایجاد قطرات آب روی سطح با دمای پایین تر می شود.

در کولر های گازی مورد استفاده در دیتاسنتر، دمای اشباع روی 5 درجه سانتیگراد تنظیم می شود در صورتی که در تجهیزات سرمایشی دیتاسنتر دمای اشباع مبرد روی 10 درجه سانتیگراد تنظیم می شود، با توجه به این شرایط دمای کویل های سیستم سرمایش کولر گازی دمایی پایین تر را نسبت به شرایط استاندارد هوایی پیدا می کنند که این عامل سبب تقطیر رطوبت زیادی روی کویل های کولر گازی می شود زیرا که دمای کویل ها کمتر از دمای اشباع تنظیم شده در سیستم کولر گازی می شود. این موضوع در حالی است که سیستم های سرمایشی دیتاسنتر در زمان کار، در شرایطی که هوای داخل دیتاسنتر منطبق بر شرایط دما و رطوبت استاندارد سرور ها می باشد.

متاسفانه بسیاری از مهندسین مشاور نا آشنا با سیستم های سرمایش دیتاسنتر، پیشنهاد استفاده همزمان از کولر گازی و دستگاه رطوبت ساز و یا هواساز با قابلیت ایجاد رطوبت را می دهند که نه تنها راهکاری استاندارد نیست بلکه موجب مصرف زیاد انرژی می شود. در صورت استفاده از سیستم های سرمایش کولر گازی به دلیل اختلاف موجود در هوای مطلوب در فضای دیتاسنتر و دمای  اشباع تعریف شده روی کولر گازی این سیستم دائماً از هوای موجود در فضای دیتاسنتر رطوبت گیری     می کند و باعث به هم زدن شرایط هوایی در دیتاسنتر و خارج شدن آن از شرایط استاندارد می گردد.

همچنین دستگاه های سیستم سرمایش دیتاسنتر ها به خودی خود می توانند مجهز به سیستم رطوبت زن باشد که در صورتی که شرایط هوا از حالت استاندارد خود خارج شد سیستم بتواند هوا را به شرایط استاندارد بازگرداند و در غیر این صورت دستگاه رطوبت زن مربوطه خاموش می گردد.

راندمان سیستم سرمایش

راندمان کولر گازی نسبت به تجهیزات سیستم سرمایش دیتاسنتر به دلیل پایین تر بودن اختلاف فشار قبل و بعد از کمپرسور سیستم در فضای دیتاسنتر کمتر است چراکه کولر گازی در اختلاف فشار کمتری کار کرده و از کارکرد بر روی شرایط تعریف شده در آن خارج می گردد. این عامل و عوامل دیگر ذکر شده باعث تحمیل هزینه های پنهای بسیاری به کارفرمایان و بهره برداران از دیتاسنتر می شود.

کولر گازی به دلیل نوع سیستم کنترلی فشار کندانسور، نمی تواند در زمستان سرمایش مورد نیاز دیتاسنتر را فراهم نمایید و خاموش می گردد، تنها کولر گاز به مدل اینورتر می تواند که پاسوخگوی این مشکل باشد که خود بدلیل اینکه کمپرسور کولر گازی در زمستان در معرض خطر مایع کشیدن و خرد شدن پره های داخلی آن قرار دارد دارای ریسک بالایی می باشد.