باتوجه به افزایش چشمگیر حجم اطلاعات سازمان ها، بنگاه های اقتصادی، نگهداری و مدیریت آن ها از اهمیت فراوانی برخوردارمی باشد. بدین صورت نیاز به مکانی امن و مطمئن برای تحقق این هدف شدیداً احساس می گردید لذا از مدت زمانی نه چندان دور بحث ساخت مکانی با نام مرکز داده پیش آمد. در ابتدا این مراکز داده با استاندارد های موجود طراحی و سیستم های گوناگون در آنها نصب گردیده اند ولی با گذشت زمان و توجه به امنیت آن ها از لحاظ دسترسی یا در خصوص قابلیت اعتماد در کارکرد سیستم های مختلف نصب شده استاندارد خاصی برای طراحی آن ها مطرح گردید که به استاندارد TIA-942 معروف می باشد. در این استاندارد راه حل های اساسی برای طراحی یک مرکز داده ارائه شده است که مشتمل بر تخصیص فضا ها و سیستم های مورد نیاز مشتمل بر تجهیزات مکانیکی، الکتریکی و شبکه رایانه ای مورد نیاز مرکز داده می باشد. هریک از این سیستم ها خود به زیر مجموعه های مرتبط با آن تقسیم میگردد.
سرمایش یک فاکتور اساسی برای هر اتاق سروری می باشد. به محض آنکه دیتاسنترها به راه می افتند، گرما یک بخش جدا ناپذیر در فعالیت یک دیتاسنتر است. راه حل های مقابله با گرما در اتاق سرورها روش های مختلف سرمایش اتاق سرور را شامل می شوند. کاهش دما و سیستم های خنک کننده اتاق سرور این اطمینان را ایجاد می کنند که داده های ارزشمند نخواهند سوخت و عملیات همچون قبل ادامه می یابد. روش های پیشین کولینگ دیتاسنترها صرفه جویی در انرژی که منجر به کارآمدی عمل سرمایش دیتاسنترها است را نادیده می گرفت. روش های منسوخ شده سرمایش دیتاسنتر همه انرژی را به سرورها سرازیر میکنند که گرمای بیشتری تولید می کنند و انرژیِ لازم برای خنک کردن اتاق سرور را هدر می دهد. برای مقابله با این روشهای نافرجام مدیران اتاق سرور به روش های جدیدی در خنک سازی دیتاسنتر که بیشتر بر روی توازن کارآمدی انرژی در دیتاسنترها تمرکز می کنند، دست یافته اند. روش های امروزی سرمایش دیتاسنترها بیشتر به توازن میان انرژی لازم برای عملکرد و کولینگ دیتاسنتر تمرکز دارند. توسعه صنایع مانند استفاده از علم سایکومتریک (psychometrics) نتایج بسیاری بر سیستمهای خنک کننده اتاق سرور و جلوگیری از گرمایش بیش از حد دیتاسنترها داشته است. از جمله روشهای نوین دیگر می توان به in-row کولینگ اشاره کرد که انرژی مصرفی در خنک سازی دیتاسنترها را کاهش می دهد. روشهای جدیدی برای کاهش مصرف انرژی در خنک کننده ها ایجاد شده است حال آنکه برای دست یافتن به کاهش مصرف انرژی به هنگام خنک سازی دیتاسنترها نیاز به دانشی تخصصی می باشد. عمل سرمایش اتاق سرورها با هوا مستلزم درک مدیران دیتاسنتر از علم سایکومتریک و ترمودینامیک است. همچنین وجود گازهای مختلف در هوا پیچیدگی ذاتی هوا به عنوان خنک کننده را افزایش می دهد. با این وجود افراد پیوسته در صنایع گوناگون به دنبال یادگیری مفاهیم جدید و متفاوتی در روش ها و سیستم های خنک کننده اتاق سرور هستند. روش کولینگ عایق نیز همچنان برای بسیاری از صنایع در هاله ای از ابهام است که مطالعات بیشتری را می طلبد. در روش کولینگ، هوا تحت یک سری ملاحظات به عنوان خنک کننده مورد استفاده قرار میگیرد. یکی از مهمترین آنها موقعیت جغرافیایی است که می تواند بر دمای هوای بیرونی اثرگذار باشد. مورد دیگر که باید مد نظر قرار گیرد چگونگی تاثیر تغییرات جوی بر دیتاسنترها در دهه های آتی است. در کنار این ملاحظات عناصر کولینگ و معیارهای اندازه گیری این تکنیکها مطرح می شوند. با ادامه فرآیند سرمایش معیارهایی برای سنجش کارایی جمع آوری می گردند. انرژی همچنان در بالاترین اولویت در خنک سازی دیتاسنتر قرار میگیرد و بر روی یافتن راهی برای کاهش مصرف انرژی برای دیتاسنتر در طول فرآیندها (مثلاً فرآیند سرمایش) تمرکز می شود. استانداردهای صنعتی مانند PUE (Power Usage Effectiveness) برای پیشبرد دیتاسنترها به سمت اهدافشان به منظور کاهش مصرف انرژی هنگام خنک سازی سیستمها شکل گرفته اند. به علاوه روش ها و معیارهای سیستم سرمایش اتاق سرور با توسعه هر چه بیشتر روش ها و وسایل کارآمد کولینگ دیتاسنتر توسط مهندسین اصلاح خواهند شد.
طراحی یک توپولوژی کارآمد و اجرای ریزساخت مناسب سیستم سرمایش مرکز داده جهت تمامی فضاهایی که بار حرارتی دارند، از جمله ملاحظات بنیادین طراحی هر دیتاسنتر است و لازم است در امتداد افزونگی هدف گذاری شده برای دیتاسنتر باشد.
غالباً مشاهده می گردد به دلیل عدم تفکیک فضای سرد و گرم و تداخل هوا، مصرف برق مرکز داده به طرز چشمگیری افزایش یافته و متناسباً دمای اتاق سرور از کنترل خارج می گردد و واضح است در این حالت سیستم های سرمایشی به سرعت مستهلک و از چرخه کار خارج می گردند.
در طراحی مرکز داده باید موضوع راندمان دیتاسنتر می بایست دائماً مورد توجه مشاور و طراح باشد و طبیعتاً دامنه آن نه تنها متوجه سیستم های الکتریکی و سرمایشی است، بلکه بطور خاص شامل بخش معماری و ساختمانی نیز می گردد.
درگذشته های نه چندان دور بخش عمده ای از هزینه های ایجاد یک مرکز داده به سرورها و تجهیزاتی چون Storage ها و سایر اقلام شبکه آن تخصیص داده می شد. با گذشت زمان و پیشرفت تکنولوژی در ساخت سرورها، فضای مورد نیاز برای یک سرور هر چه بیشتر کوچکتر شد تاجایی که تکنولوژی Blade Servers به وجود آمد. درحالی که تکنولوژی ساخت سرورها پیشرفت زیادی نموده است ولیکن هزینه ساخت این نوع سرورها با گذشته تفاوت عمده ای ننموده است. در بحث خنک کننده ها این موضوع کاملاً برعکس می باشد بدین صورت که سرورهای نسبتا قدیمی تر مصرف برقی درحدود ۱۲۰۰ وات داشته اند که بدین لحاظ با استفاده از خنک کننده های معمول مراکز شبکه که به HVAC یا CRAC معروف می باشند که امکان خنک کردن آن ها میسر بوده است. این نوع خنک کننده ها هوای خنک تولید شده را از زیر به درون فضای زیر کف کاذب ارسال میکنند سپس از دریچه های تعبیه شده بر روی کف کاذب خارج و سرورهای موجود را خنک می نمایند ولی به لحاظ پیشرفت در ساخت سرورها و کوچک شدن ابعاد سرورها به صورتی که تعداد ۱۲ سرور دریک رک جا میگیرند، مصرف برق آن ها در حدود ۴ کیلو وات و گرمای تولیدی آنها در حدود ۱۴۰۰۰ BTU می باشد. لذا برای نیازهای برق و خنک کننده های آن ها باید تمهیداتی اتخاذ نمود.
همانطور که مشخص است میزان سرمایه گذاری جهت سرورها با گذشت زمان تغییر عمده ای ننموده است ولیکن میزان سرمایه گذاری برای استفاده از سیستم خنک کننده چندین برابر افزایش پیدا کرده است. این موضوع نشان دهنده اهمیت ویژه ای است که برای نصب این نوع تجهیزات باید قائل شد. سرورهای کنونی بدون خنک شدن برای مدت کوتاهی عملیاتی خواهند بود لذا صنایع سازنده تجهیزات برودتی از چندین سال پیش نسبت به بهینه سازی تجهیزات فعلی وساخت تجهیزات جدیدتر که امکان پشتیبانی بهتر و مناسب تر از سرورهای نسل جدیدی را داشته باشند، اقدام نموده اند.
آشنایی با برخی از اصطلاحات سیستم های سرمایش دیتاسنتر ها:
In-Row:
به یونت های سرمایشی دیتاسنتر ها گفته می شود به در ارتفاع و ابعاد مشخصی ساخته می شوند و بین رک های اتاق سرور جهت سرمایش قرار می گیرند و هوای سرد را به سمت رک ها هدایت می نمایند و بعد از خنک کردن تجهیزات داخلی از پشت رک ها هوای گرم به بسرون منتفل می شود. با توجه به نیاز اتاق سرور این تجهیزات می توانند قابلیت رطوبت زنی برای فراهم نمودن رطوبت برخی از تجهیزات را نیز دارا باشند.
In-Room:
به تجهیزاتی گفته می شود که تمام فضای اتاق را گرم می کنند که اتلاف انرژی زیادی را به همراه دارد و معمولاً در مکان های از این تجهیزات استفاده می شود که امکان ایجاد راهرو گرم و یا سرد وجود ندارد و خنک سازی از زیر کف کاذب انجام می شود. این تجهیزات برای ظرفیت های گرمایشی بالا تر مانند اتاق برق دیتاسنتر مورد استفاده قرار می گیرند.
Down-Flow:
در این حالت هوای سرد به زیر کف کاذب دمیده می شود و از مکان هایی مشخص با فشار به بالا پرتاب می شود و تجهیزات هوای سرد را مکش کرده و بعد از خنک سازی از پشت هوای گرم تخلیه می شود و از طریق سقف هوای گرم خارج می شود. جدا از سیستم های Down-Flow سیستم دیگر به اسم سیستم های Up-Flow نیز برای سیستم های سرمایش استفاده می شود که این سیستم ها منسوخ شده هستند و در سیستم سرمایش دیتاسنتر از سیستم های Down-Flow استفاده می شود.
یکی از مزیت های سیستم های Down-Flow خنک کردن کلیه سیم های موجود در زیر کف کاذب می باشد.
Cold and Hot Aisle:
در این روش جلوی رک ها کاملاً بسته میشود و یک اتاق ایزوله ایجاد میگردد. در این روش مصرف انرژی بشدت پایین است.
با توجه به این که راهروی ایزوله تشکیل شده حاوی هوای گرم یا سرد باشد دارای Hot Aisle و یا Cold Aisle می باشیم.