نظرسنجی

شما از چه طریق با این سایت آشنا شدید؟






پر بيننده ترين مطالب

متدولوژی سرمایش در مراكز داده نوین



تعداد بازدیدکنندگان 4417 بازدید نسخه چاپی

مقدمه: با توجه به افزایش چشمگیر حجم اطلاعات سازمان­ها و بنگاه­های اقتصادی، نگهداری و مدیریت آنها از اهمیت فراوانی برخوردار است. لذا از مدت زمانی نه چندان دور، بحث ساخت مكانی امن با نام مركز داده (Data Center) پیش آمد. با گذشت زمان و توجه به اهمیت این مراكز، استاندارد TIA-942 برای طراحی آنها مطرح گردید كه بحث سرمایش مركز داده یكی از موضوعات مورد توجه آن است.

سیستم‌های خنك‌كننده دقیق مربوط به مراكز دادهPrecision IT Cooling Systems
سرورهای نسبتاً قدیمی‌تر، مصرف برقی در حدود 1200 وات داشته‌اند و با استفاده از خنك‌كننده‌های معمولHVAC  یا CRAC (Computer Room Air Conditioner) امكان خنك كردن آنها میسر بوده است. این نوع خنك‌كننده‌ها هوای خنك تولید شده را از زیر به درون فضای زیر كف كاذب ارسال و از طریق دریچه‌های تعبیه شده بر روی كف كاذب سرورهای موجود را خنك می‌نمایند. مجدداً هوای گرم از طریق كانال برگشت (در صورت وجود) به دستگاه CRAC برگشته و سیكل بدین ترتیب تكرار می‌شود (شكل 1).
با پیشرفت در تكنولوژیِ ساخت سرورها و كوچك شدن ابعاد آنها و معرفی سرورهای Blade، اگر چه هزینه ساخت این نوع سرورها با گذشته تفاوت عمده‌ای ننموده است؛ لیكن مصرف برق و تولید حرارت آنها به گونه‌ای چشمگیر افزایش یافته است. لذا برای خنك كردن آنها ‌باید تمهیدات دقیق­تری را اتخاذ نمود. شكل (2) نشان دهنده میزان سرمایه‌گذاری برای بخش سرورها و تجهیزات تأمین میزان برودت مورد نیاز می‌باشد. این موضوع نشان دهنده اهمیت ویژه‌ایست كه برای انتخاب و به كارگیری این نوع تجهیزات باید قائل شد.
به طور كلی برای خنك كردن یك اتاق سرور چند راه حل وجود دارد:


شكل 1


شكل 2


1 - خنك‌كردن اتاق (In Room Cooling) با استفاده از دستگاه­های CRAC
یك دستگاه CRAC‌متداول شامل اجزای زیر است: كمپرسور، مبدل حرارتی، (احتمالاً) رطوبت زن و ... این دستگاه بر روی كف كاذب قرار گرفته و هوای گرم را از قسمت فوقانی به داخل مكیده و پس از عبور از روی مبدل حرارتی و سرد شدن به زیر كف كاذب هدایت می‌كند (شكل 1). در دستگاه­های تولید شده توسط برخی از سازندگان (مانند Rittal) فن دمنده به زیر دستگاه در محوطه فضای زیر كف كاذب منتقل شده است (شكل 3). بدین صورت جای فن خالی شده و ابعاد مبدل حرارتی افزایش خواهد یافت. در نتیجه با همان ابعاد می‌توان ظرفیت خنك‌كنندگی را افزایش داد. به عنوان مثال با استفاده از این روش می‌توان تا حد 30 كیلو وات توان برودتی از دستگاهی كه در شیوه متداول توان 20 كیلو وات داشته است را انتظار داشت؛ علاوه بر آنكه با توجه به عدم نیاز به تغییر جهت هوا در خروج از دستگاه، افت فشار كمتری نیز بر جریان وارد می‌شود. مزیت دیگر این سیستم نیز امكان تعویض فن دمنده در كمترین زمان ممكن است (در حد 5 دقیقه).
این نوع خنك‌كننده‌ها به دو صورت هوای خنك را تأمین می‌كنند. در حالت اول خود دستگاه دارای كمپرسور بوده و گاز مبرد  را تا كندانسور ارسال می‌كند. در حالت دوم دستگاه به سیستم لوله­كشی آب خنك تولید شده توسط چیلر متصل است. در این سیستم پمپ، وظیفه گردش آب سرد را در سیكل بر عهده دارد. بنابراین به علت حذف كمپرسور از دستگاه، ابعاد شبكه تبادل حرارت به صورت چشمگیری قابل افزایش بوده و سبب افزایش ظرفیت دستگاه­ها می‌گردد.


شكل 3


2 -  خنك‌كردن راهرو (In Row Cooling) با استفاده از دستگاه­های CRAC
در این روش جهت جلوگیری از مخلوط شدن هوای گرم و سرد درون اتاق سرور، رك‌ها را در چند ردیف موازی در كنار هم قرار می‌دهند. نحوه نصب رك‌ها به گونه‌ای است كه در هر ردیف جلوی تمامی رك‌ها به یك جهت است و دو ردیف مجاور نیز به گونه‌ای چیده می‌شوند كه جلو و یا پشت تمامی رك‌ها روبروی هم باشد. بنابراین در یك راهرو هوا به درون رك‌ها مكیده می‌شود و در راهروهای مجاور هوای گرم از رك­ها به درون راهرو فرستاده می‌شود. بنابراین با دو نوع راهرو مواجه هستیم: راهرو گرم و راهرو سرد. جهت حصول اطمینان بیشتر از عدم تداخل هوای گرم و سرد، درون دو راهرو مجاور نیز می‌توان یكی از دو راهرو را با استفاده از قطعات سقف و درب­های ابتدا و انتهایی كاملاً از دیگری جدا كرد (شكل 4).
اگر این راهروی محدود شده راهروی گرم باشد، می‌توان با استفاده از كانال‌كشی، هوای گرم محبوس شده در این راهرو را به دریچه مكش دستگاه CRAC منتقل كرد و اگر راهرو سرد محدود شده باشد، می‌توان از طریق كف كاذب، هوای سرد را به درون این راهرو تزریق نمود (شكل 5).


شكل 4


شكل 5


3 - خنك كردن راهرو (In Row Cooling) با استفاده از دستگاه­های خنك‌كن LCP
در این روش نیز چون هم­زمان مجموعه‌ای از رك‌ها خنك می‌شوند، جهت افزایش راندمان، لازم است كه از اختلاط هوای گرم و سرد جلوگیری شود كه این كار با تشكیل راهروهای گرم و یا سرد انجام می‌شود. تفاوت این روش و روش قبل در نوع دستگاه­های مبدل حرارتی استفاده شده و محل نصب آنهاست. بدین معنی كه در این روش دیگر نیازی به كف كاذب نیست، بلكه دستگاه­های دمنده هوای سرد درون راهروها و مابین رك‌ها قرار می‌گیرند (شكل 6). این دستگاه­ها كه با استفاده از یك مبدل حرارتی و گردش آب خنك‌كننده (Chilled Water) درون آن هوای گرم را به كمك چند فن از راهرو گرم مكیده و هوای خنك را به درون راهرو سرد هدایت می‌كنند، اصطلاحاً به Liquid Cooling Package (LCP) موسومند. برای تولید آب خنك‌كننده بر خلاف دستگاه­های متداول CRAC كه نیازمند استفاده از كندانسور هستند، از چیلر استفاده می‌شود. گردش آب خنك‌كننده درون سیستم نیز با استفاده از پمپ صورت می‌گیرد. به دلیل عدم نیاز به وجود كمپرسور برای گردش گاز مبرد در این دستگاه­ها، فضای مفید بیشتری برای تعبیه مبدل حرارتی در دسترس می‌باشد و در نتیجه می‌توان تا حد 30 كیلو وات توان برودتی از یك دستگاه با ابعاد30*120*200 سانتیمتر استحصال كرد.


شكل 6


4 - خنك كردن مستقیم رك‌ها (In Rack Cooling) با استفاده از دستگاه­های خنك‌كن LCP
با بالا رفتن توان برودتی مورد نیاز در یك رك، دیگر نمی‌توان با استفاده از روش­های پیش گفته آن را به صورت كامل خنك‌ كرد. در این حالت به علت بالا بودن تراكم تولید گرما در رك‌ها هوای خنك مستقیماً توسط دمنده‌های مخصوص به درون رك فرستاده می‌شوند (شكل 7). این دمنده­ها از آب خنك تولید شده توسط چیلرها استفاده می‌كنند.
این دستگاه قابلیت دمش هوای سرد را از هر دو طرف (به دو رك) نیز دارد (شكل 8) و یا می‌توان برای یك رك دو دستگاه خنك‌كن را قرار داده و یكی از این دستگاه­ها را به عنوان افزونه در نظر گرفت (شكل 8).
یكی دیگر از كاربردهای این دستگاه­ها، ‌افزودن رك‌های جدید به یك مركز داده موجود است. با استفاده از این دستگاه­ها بدون افزودن بار برودتی رك‌های جدید به سیستم سرمایش موجود و احتمالاً نیاز به تغییر برای افزایش ظرفیت آن، این رك‌ها به تنهایی خنك خواهند شد. البته باید اولاً جلو و عقب رك‌ها و دستگاه LCP‌ كاملاً بسته باشند به نحوی كه امكان ورود و خروج هوا تنها از طریق مجاری مشخص شده امكان پذیر باشد؛ ثانیاً هم‌بندی رك و LCP‌باید كامل بوده و جهت صحیح حركت هوا را تضمین نماید.


شكل 7


شكل 8


البته این دستگاه­ها دارای انواع مختلفی هستند:
● LCP Standard: دارای 3 ماژول خنك‌كننده و 6 فن با ظرفیت 20 كیلو وات است.
● LCP Smart: در این دستگاه اولاً فن‌ها در سمت راهرو خنك نصب می‌شوند و ثانیاً از نوع Hot Plug هستند و نصب و تعمیر آنها بسیار ساده است.
● LCP +: یك ماژول با 6 فن و ظرفیت 30 كیلو وات دارد كه جهت افزونگی برق هر دو فن از یك فاز تأمین می‌شود. این دستگاه­ها امكان استفاده از فن‌های با كنترل الكترونیكی را نیز دارند و بنابراین می‌توان ظرفیت آنها را با دقت بالایی كنترل كرد.
● LCP 3+: اگر چه ظرفیت این دستگاه­ها در حد 24 كیلو وات است، اما مزیت آنها در افزونگی تعبیه شده در مدارات این دستگاه است؛ به گونه‌ای كه دارای دو ورودی و دو خروجی مجزا برای آب، دو ورودی برق، دو مبدل حرارتی جداگانه و ... می‌باشد. بدین ترتیب سطح افزونگی این دستگاه به تنهایی در حد Tier 3‌می‌باشد.
● LCP Extend: این دستگاه كه به شكل درب یك رك ساخته شده است به جای درب رك قرار گرفته و با اتصال به خط ورودی و خروجی آب و دارا بودن 6 فن، ظرفیتی معادل 10 كیلو وات را تولید می‌كند (شكل 9).


شكل 9

 


شكل 10


تمامی دستگاه­های فوق دارای سری كاملی از حسگرها و قابلیت­های كنترلی از جمله موارد زیر می‌باشند:
● حسگرهای دبی جریان آب
● حسگرهای حرارت آب ورودی و خروجی
● فن‌های با دور متغیر
● شیر كنترل جریان برای تنظیم دبی مورد نیاز از صفر تا 100 درصد
● حسگر نشتی
● پمپ دفع آب تقطیر شده در مبدل حرارتی
● شیر شناور برای دفع آب در صورت خرابی پمپ دفع آب
● امكان اتصال به سیستم­های Building Management System (BMS) و یا كنترل از طریق شبكه با استفاده از كارت­های SNMP.


شكل زیر مجموعه‌ای كامل از روش­ها و تكنولوژی­های مورد نیاز برای خنك كردن یك مركز داده را نشان می‌دهد. همان گونه كه مشاهده می‌شود با افزایش توان مصرفی رك‌ها، باید به سمت روش­های جدیدتر از جمله In Row Cooling و In Rack Cooling حركت كرد.
البته سیستم سرمایش تنها جزئی از بخش زیرساخت فیزیكی یك مركز داده است و سایر بخش­ها شامل رك، برق، امنیت، كنترل و مانیتورینگ از دیگر بخش­های مهم زیرساخت فیزیكی هستند. مسلماً علاوه بر آنكه تك‌تك این اجزا باید كامل، بدون نقص و قابل اعتماد باشند؛ مجموعه این اجزا به عنوان یك سیستم زیرساخت فیزیكی كامل نیز باید از یكپارچگی برخوردار بوده و به عنوان یك راه حل جامع (Total Solution) دیده شود. به همین دلیل شركت بزرگی همچون Rittal پكیج كامل زیرساخت فیزیكی را تحت عنوان  Rimatrix5‌ معرفی كرده است (شكل 11).
در آینده جزئیات بیشتری از تك‌تك روش­های ذكر شده و مزایا و محدودیت­های هر یك را بررسی خواهیم كرد.

* كارشناس ارشد زیرساخت فیزیكی شركت پایگاه امن داده (پاد)