طراحی سیستم کولینگ دیتاسنتر
هدف از بکارگیری سیستم های کولینگ و خنک کننده اتاق سرور مانند پکیج مخابراتی و سیستم خنک کننده InRow الیماکول، تخلیه حرارت و گرمای تولید شده توسط تجهیزات مخابراتی، سرور و شبکه از داخل فضای رکها، اتاق سرور و دیتاسنتر می باشد. تمامی انواع سیستم های خنک کننده مراکز داده و کولینگ اتاق سرور مانند سیستم های آبی و گازی، می توانند الزامات مورد نظر Ashrae جهت تامین دما و رطوبت مناسب مراکز داده را تامین نمایند.
بنابراین می توانیم با طراحی صحیح سیستم تهویه Server Room و تجهیزات سرمایش در مراکز داده، عملکرد و الزامات محیطی مرکز داده ( دما و رطوبت استاندارد ) را به گونه ای تنظیم نماییم که نیاز به خنک نمودن کل فضای اتاق سرور و یا کل کف اتاق سرور نباشد. با انتخاب صحیح سیستم سرمایش دیتاسنتر، علاوه بر تامین POE مناسب، می توان هزینه های اقتصادی تامین کولینگ مرکز داده را و هزینه آتی نگهداری سیستم سرمایش را مدیریت نمود.
می توان با قرار دادن منابع تولید برودت در کنار رک های مخابراتی و منابع تولید حرارت اتاق سرور، از هدر رفت انرژی سرمایشی جلوگیری نموده و به سمت طراحی دیتاسنتر سبز قدم برداریم. بنابراین، با تکیه بر این روش طراحی سیستم کولینگ اتاق سرور، از خنک کاری کل فضای مرکز داده و به تبع آن از هدر رفت منابع انرژی سرمایشی جلوگیری نماییم و تمام ظرفیت سرمایشی تامین شده را در محل تولید حرارت اتاق سرور متمرکز نماییم.
با این مقدمه جهت طراحی سیستم کولینگ اتاق سرور، سیستم های خنک کننده InRow الیماکول به همراه راهروهای سرد و گرم جهت دستیابی به بالاترین راندمان سرمایشی پیشنهاد می شود. برای اینکه مطمئن باشیم که سیستم خنک کننده اینرو Inrow به خوبی حرارت را جذب نموده و از پخش آن در فضای اتاق سرور جلوگیری می نماید، از راهرو های سرد و گرم در زمان ساخت دیتاسنتر و اتاق سرور بهره میگیریم. استفاده از راهروهای سرد و گرم در اتاق سرور، یک معیار طراحی ضروری در جهت دستیابی به بالاترین راندمان سرمایش کلی در اتاق های سرور می باشد.
فهرست عناوین :
مزایای خنک کننده InRow الیماکول:
هدف از طراحی و ساخت سیستم خنک کننده InRow الیما کول، جلوگیری از پخش حرارت تولیدی سرورها در فضای اتاق سرور و دیتاسنتر می باشد عموما نقاط داغ در اتاق سرور در جایی ایجاد می شود که از سیستم سرمایش اتاق سرور دور می باشد، با استفاده از راهرو سرد و گرم، از پخش حرارت در فضای مرکز داده و ایجاد نقاط داغ در فضای مرکز داده جلوگیری میشود. عموما خنک کننده های اینرو InRow، داخل فضای راهرو را از هوای سرد لبریز می کنند، به گونه ای که هیچگونه نقطه داغی ایجاد نشود. در ادامه مزایا و برتری های سیستم خنک کننده InRow الیماکول جهت سرمایش اتاق های سرور و خنک کردن راهرو نسبت به سیستم تهویه از کف دیتاسنتر را به اختصار بررسی میکنیم:
1. مناسب جهت مراکز داده با رک های پر ظرفیت
بهترین گزینه جهت سرمایش رک های مراکز داده با چگالی حرارتی بالا، سیستم خنک کننده InRow با شیر انبساط الکترونیک می باشد. تجربیات قبلی الیما کول نشان داده است که در رک های با ظرفیت حداقل 5 کیلووات، مناسیترین سیستم سرمایش جهت کولینگ و سرمایش رک اتاق سرور، استفاده از خنک کننده InRow الیماکول می باشد. پکیج های مخابراتی کف زن راهکار مناسبی جهت خنک کاری رک های با ظرفیت کمتر از 3 کیلووات حرارتی می باشند. البته با استفاده از طراحی های خاص، می توان از پکیج های مخابراتی Down Flow جهت سرمایش رک های چگالی حرارتی بالا نیز استفاده نمود. استفاده از خنک کننده InRow با ظرفیت بالا، قابلیت بسیار زیادی جهت توسعه اتاق سرور و افزایش سرورها در مرکز داده و اتاق های سرور بزرگ ایجاد می کند.
2. سطح اشغال کمتر خنک کننده اینرو InRow
سطح مقطع کمتر به ازای هر کیلووات سرمایشی در مقایسه با پکیج مخابراتی CRAC یا CRAH، از دیگر ویژگی های سیستم خنک کننده InRow می باشد. لذا استفاده از خنک کننده های بین ردیفی InRow می تواند منجر به کاهش هزینه های سرمایه گذاری ساختمان دیتاسنتر و اتاق سرور گردد. همچنین هزینه های آماده سازی فضا مانند کف کاذب، اطفا حریق، دیوار و . . . نیز به شدت کاهش می یابد.
3. عدم نیاز به ایجاد کف کاذب اتاق سرور
به طور معمول، پکیج های مخابراتی کف زن DownFlow، هوای سرد تولیدی را در زیر کف کاذب اتاق سرور پخش می نمایند. با استفاده از خنک کننده InRow، هزینه های خرید، نصب و نگهداری کف کاذب تا حد زیادی حذف می شود و فضای بسیار زیادی برای کابل کشی در اتاق سرور ایجاد می گردد.
4. هزینه سرمایه گذاری پایینتر کولر InRow
استفاده از پکیج مخابراتی در صورت هوادهی از کف اتاق سرور، اتلاف برودت بسیار زیادی را به همراه دارد. به دلیل دلیل لازم است که ظرفیت های پکیج های مخابراتی، بیش از مقدار واقعی مورد نیاز دیتاسنتر در نظر گرفته شود تا از ایجاد نقطه داغ و عدم توازن حرارتی دیتاسنتر جلوگیری شود. ( الیته در کشور در زمان طراحی این امر در نظر گرفته نمی شود و پس از بهره برداری، بالاجبار اقدام به اضافه نمودن ظرفیت برودتی پکیج های مخابراتی می شود). تجربیات نشان داده است که استفاده از خنک کننده اینرو InRow در نهایت صرفه جویی 30 الی 40 درصد در بخش سرمایش اتاق سرور به همراه خواهد داشت.
5. حدف اتلاف برودت ناشی از مسیر انتقال
هر چقدر فاصله بین رک های مخابراتی تا پکیج های مخابراتی دیجیتال افزایش یابد، فشار هوای خنک کاهش می یابد و رک های دورتر از منبع تولید برودت، برودت و سرمایش کمتری دریافت می کنند. این امر منجر به توزیع غیر متعادل سرمایش در فضای کلی اتاق سرور می شود که در نهایت تعدادی نقطه داغ Hot Spot در داخل مرکز داده ایجاد می شود. در صورتی که با استفاده از خنک کننده InRow، برودت در محل مصرف تولید می شود و هیچگونه افت فشاری برای هوای خنک کننده اتاق سرور پیش نمی آید و افت راندمان سرمایشی در سیستم توزیع کولینگ اتاق سرور و سرمایش دیتاسنتر نخواهیم داشت.
6. کاهش هزینه های تولید برودت کل
در زمانی که از پکیج مخابراتی کف زن جهت سرمایش مرکز داده ( توزیع برودت در زیر کف کاذب) استفاده می شود، می بایست نسبت به ظرفیت واقعی مورد نیاز، برودت بیشتری با دمای کمتری تولید شود. لذا می بایست فن های قویتر، کمپرسور با ظرفیت بالاتر و کنترل حجم هوادهی تناسبی استفاده نمود که این امر، هزینه های بهره برداری را افزایش قابل توجه می دهد.
7. توزیع یکنواخت برودت
به دلیل ساختار خاص خنک کننده InRow، سرمایش تولیدی و فشار هوای ایجاد شده توسط این دستگاه، ساختار یکنواخت تری دارد که این امر کمک فراوانی به نزدیک شدن شرایط طراحی به شرایط اجرایی می شود. واحد های CRAC یا CRAH، میزان کافی از برودت در زیر کف ایجاد می کنند، اما در بالای رک ها، سطح کمتری از برودت با فشار کمتر وجود دارد که این امر منجر به کاهش راندمان سرمایش در بالای رک های شبکه، عدم یکنواختی فشار هوا و گرم شدن سرورها و تجهیزات مخابراتی و شبکه داخل رک می کند.
8. عدم تاثیر موانع Cabling زیر کف مرکز داده بر راندمان خنک کاری
کابل کشی بسیار حجیم در مراکز داده در زیر کف کاذب اتاق سرور، امری عادی و متداول می باشد. این امر منجر به کاهش بسیار زیاد راندمان خنک کاری مرکز داده می شود. عموما طراحان مراکز داده، این امر را در زمان طراحی سیستم سرمایش در نظر نمی گیرند و پس از راه اندازی دیتاسنتر، مشکلات فراوانی را برای بهره برداران ایجاد می نمایند. گاها دیده شده است که معدود طراحانی، با افزایش ظرفیت خنک کننده های پکیج دیجیتال، این افت راندمان را جبران می نمایند که هزینه های فراوان بهره برداری از نتایج این طراحی می باشد.
9. طراحی انعطاف پذیر
سیستم سرمایش دیتاسنتر مبتنی بر خنک کننده InRow می تواند امکانات لازم جهت تامین برودت مورد نیاز و Redundancy را براساس الزامات واقعی راهرو بسته در اختیار قرار دهد. به عنوان مثال، یک راهرو بسته شامل رک های پر ظرفیت مانند Blade، Storage و . . . در نظر گرفته شود و یک راهرو بسته برای رکهای ظرفیت متوسط و پایین مانند سرورو سوئیچ در نظر گرفته شود. بنابراین می توان یک راهرو را به صورت Tier2، یک راهرو دیگر را به صورت Tier3 و قس علی هذا طراحی و راه اندازی نمود. در حالی که در سیستم تهویه اتاق سرور از کف، چنین امکانی وجود ندارد.
10. ویژگی مدولار و قابل توسعه
از دیگر ویژگی های سیستم سرمایش InRow نسبت به سیستم سرمایش و تهویه از کف، قابلیت توسعه آینده با استفاده از افزایش رک و خنک کننده InRow می باشد. همچنین در صورت نیاز به رک های پر ظرفیت، به راحتی با نصب یک سیستم خنک کننده InRow الیماکول با ظرفیت بالا، ظرفیت سرمایشی مورد نیاز را تامین نمود. در حالیکه در سیستم های سرمایشی پکیج مخابراتی و هوادهی از کف، می بایست از ابتدا با بالاترین ظرفیت قابل پیش بینی طراحی و اجرا شود. همجنین با توجه به ساختار تغذیه هوا از کف، رک های با ظرفیت های متفاوت، بطور یکسان خنک نمی شوند که این امر قطعا مشکلاتی را در زمان بهره برداری ایجاد می کند.
11. قابلیت تامین دستگاه رزرو با ابعاد کوچکتر
در مراکز داده، همواره سیستم سرمایش برحسب سطح استاندارد طراحی Tier، دارای سیستم رزرو است. در صورتی که از سیستم سرمایش پکیج مخابراتی برای تامین کولینگ اتاق سرور استفاده شود، دستگاه رزرو احتمالا دارای ظرفیت بالاتری خواهد بود. به عنوان مثال در یک مرکز داده با 20 رک که دارای ظرفیت مجموع 120 کیلووات می باشد، در صورتی که Tier 2 در طراحی مورد نظر باشد، می توان 4 دستگاه 40 کیلوواتی نصب نمود. اما در صورتی که از خنک کننده اینرو InRow استفاده کنیم، می توانیم 8 کولر InRow به ظرفیت تقریبی 18 کیلووات نصب نمود.
12. کاهش ریسک خرابی
با استفاده از تعداد زیادتری از دستگاه های خنک کننده InRow در یک مرکز داده به جای استفاده از خنک کننده های پکیج حجیم و بزرگ CRAC و یا CRAH، اثرات ریسک Down شدن مرکز داده ناشی از خرابی سیستم های خنک کننده اتاق سرور را کاهش می دهید.
13. افزایش راندمان مصرف انرژِی دیتاسنتر
همانطور که توضیح داده شد، خنک کننده های InRow، راندمان سرمایش بیشتری نسبت به سیستم تهویه و کولینگ از کف دارا هستند. این بدین معناست که مصرف انرژی دیتاسنتر کاهش می یابد، PUE بهبود یافته و به شرایط دیتاسنتر سبز نزدیکتر می شویم.
نتیجه گیری
همانطور که در بالا گفته شد، سیستم های خنک کننده از کف اتاق سرور، مسائل و مشکلات فراوانی در زمان بهره برداری برای دارندگان دیتاسنترهای با ظرفیت بالا ایجاد می کنند. البته در گذشته، با توجه به ظرفیت پایین رک ها، این سیستم سرمایش الزامات کافی برای تامین برودت کافی در فضای اتاق سرور را فراهم می نموده است، اما امروزه، با توجه به راهکارهای جدیدتر، ظرفیت های بالاتر مراکز داده و کیفیت بالاتر مورد انتظار کارفرمایان، استفاده از سیستم های سرمایش اتاق سرور متناسب با ظرفیت و اندازه مراکز داده امری اجباری می باشد.
تهیه و تنظیم: محمود حسین زارع، کارشناس ارشد تبدیل انرژی
