انتخاب سردبیر مقاله‌ها

انواع معماری سرمایش در مرکزداده: سالنی، ردیفی، رک بسته

آئین‌نامهٔ مهندسی مرکز داده ترجمهٔ فارسی مقالات نیل راسموسن - APC White Papers
آئین‌نامهٔ مهندسی مرکزداده:
ترجمهٔ فارسی مقالات نیل راسموسن
در APC White Papers

انواع معماری سرمایش در مرکزداده: سالنی، ردیفی، رک بسته [1]

مقدمه

تقریبا همهٔ برقی که به مصرف تجهیزات فاوای مرکزداده می‌رسد، سرانجام به‌شکل انرژی گرمایی هدر می‌رود. این گرما می‌بایست دور شود وگرنه محیط را به دمای بیش از حد دچار می‌کند. همگی تجهیزات فاوا در عمل با هوا خنک می‌شوند. هر قطعه از تجهیزات در واقع حرارت هدررفتهٔ خود را با گرفتن هوای محیط و پس‌دادن آن به‌شکل هوای تهویه‌شده دفع می‌کند. هر مرکزداده از هزاران دستگاه فاوا تشکیل می‌شود؛ ازاین‌رو هزاران مسیر جریان هوای گرم نیز به‌وجود می‌آید. گرمای هدررفتهٔ کل مرکزداده از مجموع آن‌ها تشکیل می‌شود که می‌بایست دفع شود. کار سیستم تهویهٔ مطبوع در سرمایش مرکزداده آن است که گرمای هدررفتهٔ متشکل از مجموع جریان‌های هوا را بگیرد و از محیط دور کند.

در روش سرمایش سنتی، دستگاه‌های خنک‌سازی در داخل سالن قرار دارند و هوای سرد را بدون هیچ محدودیتی از زیر کف کاذب به محیط می‌دمند. این روش را با عنوان هوارسانی «سرد متمرکز و گرم انبوه» می‌شناسند که در مقالهٔ «انواع روش‌های هوارسانی در محیط فاوا» [2] بررسی شده است. در این رویکرد یک یا چند دستگاه تهویهٔ مطبوع که به‌شکل موازی با یکدیگر کار می‌کنند، از طرفی هوای سرد را به داخل سالن می‌دمند، از سوی دیگر هوای گرم از محیط بیرون می‌رود. اصل اساسی در این روش آن است که هر دستگاه تهویهٔ مطبوع افزون بر اینکه ظرفیت سرمایش را تامین می‌کند، پیوسته به‌شکل همزن بزرگی هوا را به‌گردش درآورد تا جریان‌های سرد و گرم درهم آمیزند و دمای سالن یکنواخت شود. با این کار از بروز نقاط داغ جلوگیری می‌شود. این روش فقط هنگامی مفید است که مقدار مصرف برقی که برای برهم زدن هوا استفاده می‌شود، نسبت به کل برق مصرفی مرکزداده کم باشد. دادهٔ به‌دست‌آمده از شبیه‌سازی و همچنین تجربه نشان می‌دهد کارآمدی این سیستم هنگامی است که متوسط توان مصرفی هر رک در حدود ۱ تا ۲ کیلووات باشد، یا میانگین توزیع توان ۷۳ تا ۳۲۳ وات بر متر مربع باشد. با اینکه اکنون برای افزایش ظرفیت در روش سرمایش سنتی رویکردهای گوناگونی در دسترس است، هنوز در مرحلهٔ عمل کاستی‌هایی وجود دارد. مقالهٔ «راهبردهای سرمایشی برای رک‌های با ظرفیت بسیار زیاد و انبوه سرورهای ‌خشابی» [3] کاستی‌های استفاده از سرمایش قدیمی را بررسی کرده است.

اکنون توان مصرفی تجهیزات جدید فاوا نسبت به دستگاه‌های قدیمی بسیار افزایش یافته و به ۲۰ کیلووات در رک یا بیشتر رسیده است. دادهٔ به‌دست‌آمده از شبیه‌سازی و تجربه ثابت کرده که عملکرد سرمایش سنتی که بدون مهار و محدودیت است و با همگن کردن دمای هوای سالن کار می‌کند، دیگر موثر و کارآمد نیست.

برای رویارویی با این مشکل روش‌هایی در طراحی پیشنهاد می‌شوند که برپایهٔ سرمایش سالنی یا ردیفی یا رک بسته کار می‌کنند. چنین رویکردهایی برای اینکه نیاز به همگن کردن هوا را تا کمترین مقدار برسانند، سیستم تهویهٔ مطبوع را با سالن و ردیف رک‌ها یکپارچه کرده‌اند یا از رک‌های مستقل بهره می‌برند. بدین ترتیب پیش‌بینی‌پذیری و ظرفیت و بهره‌وری افزایش می‌یابد و در کنار آن‌ها مزایای دیگری نیز حاصل می‌شود. در این مقاله روش‌های مختلف را توضیح می‌دهیم و با یکدیگر مقایسه می‌کنیم. خواهیم دید که هریک از این روش‌ها در جای خود کاربرد مناسبی دارند. به‌طور کلی به‌نظر می‌رسد استفاده از سرمایش ردیفی در مراکزدادهٔ کوچک‌تر و ناحیه‌های پرظرفیت بیشتر رواج می‌یابد؛ در حالی که مراکزدادهٔ بزرگ‌تر به استفاده از سرمایش سالنی در قالب سیستم‌های بسته گرایش نشان می‌دهند.

سه نوع سرمایش: سالنی، ردیفی، رک بسته

سیستم تهویهٔ مطبوع مرکزداده دو کارکرد پایه دارد: نخست فراهم‌کردن هوای سرد و سپس هدایت آن به‌سوی تجهیزات فاوا. کارکرد اول که تامین ظرفیت سرمایش باشد، در هر سه روش سرمایش سالنی، ردیفی، رک بسته یکسان است. زیرا ظرفیت کلی سرمایش سیستم تهویهٔ مطبوع (به‌کیلووات) می‌بایست بتواند تمام برق مصرف‌شده در تجهیزات فاوا (به‌کیلووات) را تهویه کند. فناوری‌های گوناگونی که این کارکرد را مهیا می‌کنند نیز در هر سه یکسان است. ولی اجرای کارکرد دوم یعنی شیوهٔ هوارسانی به محل مصارف در این روش‌ها تفاوت دارد. برخلاف توزیع برق که تنها با کابل‌کشی سروکار داریم و آن را به‌عنوان بخشی از طرحی با چشم می‌توان دید، هوا سیال است و حرکت آن به‌طور طبیعی بدون هیچ محدودیتی فقط با شکل درون سالن (اتاق) محدود می‌شود. جریان واقعی هوا را در هنگام اجرا نمی‌توان دید و در هریک از روش‌های نصب بسیار فرق می‌کند. هدایت جریان هوا در طراحی سیستم سرمایش از اهداف اصلی روش‌ها است.

پلان کف سالن فاوای مرکز داده در سه روش سرمایش سالنی، ردیفی، رک بسته
شکل ۱ – مقاله ۱۳۰

شکل ۱: پلان کف سالن فاوا، بیانگر سه روش سرمایش سالنی، ردیفی، رک بسته. ردیف‌های آبی‌رنگ ارتباط بین مسیر تامین سرمایش اولیه و سالن را نشان می‌دهد.

شکل ۱ سه پیکربندی اصلی را در پلان ساده و کلی کف نشان می‌دهد. مربع‌های کوچک نماد رک‌هایی هستند که ردیف‌ها را تشکیل می‌دهند. فلش‌های آبی‌رنگ وابستگی و ارتباط منطقی میان دستگاه‌های هواساز سالن کامپیوتر (CRAH) ـ[4] و مصارف داخل رک‌های فاوا را نشان می‌دهند. البته چیدمان واقعی واحدهای CRAH ممکن است به‌شکل دیگری باشد. ارتباط واحدهای CRAH با اجزای سالن در هر رویکرد متفاوت است: در شیوهٔ سرمایش سالنی، ارتباط با همهٔ فضای سالن است؛ در سرمایش ردیفی، ارتباط با ردیف‌ها یا گروه‌های رک؛ در سرمایش رک بسته، ارتباط با یک‌یک رک‌ها (شکل ۱). در ادامه خلاصهٔ اصول اساسی کارکرد هر روش را بیان خواهیم کرد:

سرمایش سالنی

در سرمایش سالنی واحدهای CRAH با کل فضای سالن مرتبط هستند. تعداد آن‌ها ممکن است بیشتر از یکی باشد که همگی با هم و به‌شکل هم‌زمان برای دفع بار حرارتی کل سالن کار می‌کنند. دستگاه‌های تهویهٔ مطبوع هوای سرد را بدون هیچ هدایتی از راه‌هایی همچون داکت‌ها و دامپرها (Damper) و دریچه‌ها تامین می‌کنند. ممکن است هوای رفت یا هوای برگشت توسط کف کاذب یا پلنوم هوای برگشتی تا حدی در سالن محدود شود. برای آگاهی بیشتر به مقالهٔ «انواع روش‌های هوارسانی در محیط فاوا» مراجعه کنید.

میزان توجه به هدایت جریان هوا در هنگام طراحی، بسته به وضعیت بسیار متفاوت است. گاهی رک‌ها در اتاق‌های کوچک هیچ چیدمان منظمی ندارند و طرح مشخصی برای هدایت جریان هوا به کار نرفته است. از سویی در تاسیسات بزرگ‌تر و پیچیده‌تر ممکن است برای هدایت هوا از کف کاذب استفاده شود. همچنین طرح چیدمان دالان گرم ـ دالان سرد به‌شکل سنجیده از پیش در نظر گرفته شده باشد. بدین ترتیب هدایت جریان هوا و تنظیم مسیر تا رک‌های فاوا به‌خوبی انجام می‌شود.

نمونهٔ سیستم باز سرمایش سنتی سالنی در مرکز داده
شکل ۲ – مقاله ۱۳۰

شکل ۲: نمونهٔ سیستم باز سرمایش سنتی سالنی

طراحی سرمایش سالنی به‌شدت درگیر دشواری‌های ویژهٔ سالن است. مواردی همچون: فاصله تا سقف، شکل سالن (اتاق)، موانع مسدودکنندهٔ رو و زیر کف، چیدمان رک‌ها، جای دستگاه‌های CRAH، توزیع برق میان مصارف فاوا. در وضعیتی که مسیر رفت‌وبرگشت هوا باز باشد، به‌ویژه در توان مصرفی بیشتر، ثبات و پیش‌بینی عملکرد دچار ضعف می‌شود. بدین ترتیب در طراحی سنتی ممکن است برای اینکه بتوان عملکرد طراحی را در روش خاصی از نصب تجهیزات درک کرد، به شبیه‌سازی پیچیدهٔ کامپیوتری به‌نام «دینامیک سیالات محاسباتی» (CFD) نیاز باشد. افزون بر آن تغییراتی همچون جابه‌جایی تجهیزات فاوا یا افزودن بر تعداد آن‌ها ممکن است از اعتبار مدل‌سازی انجام‌شده بکاهد و به آزمون یا تحلیل بیشتری نیاز شود. به‌ویژه برای اطمینان از افزونگی CRAH به تحلیل بسیار پیچیده‌ای نیاز هست که تایید اعتبار آن دشوار است. شکل ۲ نمونه‌ای از پیکربندی سرمایش سنتی سالنی را نمایش می‌دهد.

از محدودیت‌های دیگر سیستم باز سرمایش سالنی آن است که در بسیاری از موارد نمی‌توان ظرفیت CRAH را کامل به‌کار گرفت. این هنگامی پیش می‌آید که قسمت زیادی از مسیر رفت هوارسانی بدون اینکه از مصارف فاوا بگذرد مستقیم به CRAH باز می‌گردد. در واقع آن بخش از هوای رفت که به‌مصرف خنک‌سازی فاوا نمی‌رسد، در تعدیل گرمای ناشی از مصرف برق تاثیرگذار نیست؛ این مسئله باعث کاهش ظرفیت کلی سرمایش می‌شود. بدین ترتیب دستگاه CRAH ظرفیت ضروری تجهیزات فاوا را مستقل از مکان و توان مصرفی هریک از آن‌ها و در کل سالن تامین می‌کند. این مشکل در مقالهٔ «اشتباه‌های قابل پیش‌گیری که تداوم کار سرمایش مرکزداده را به‌خطر می‌اندازند» [5] به‌تفصیل بیان شده است.

نمونه‌های نسل بعدی سرمایش سالنی در مرکز داده
شکل ۳ – مقاله ۱۳۰

شکل ۳: نمونه‌های نسل بعدی سرمایش سالنی

برای جلوگیری از بروز مشکلات پیش‌گفته در مراکزدادهٔ جدیدی که بیشتر از ۲۰۰ کیلووات ظرفیت دارند، سیستم سرمایش سالنی می‌بایست دالان گرم بسته داشته باشد. چنین روشی چه با کف کاذب و چه بدون آن موثر است و واحدهای سرمایش می‌توانند درون یا بیرون از مرکزداده قرار گیرند. دالان سرد بسته نیز برای مراکزدادهٔ موجود که سرمایش سالنی با کف کاذب دارند توصیه می‌شود؛ زیرا معمولا اجرای آن آسان‌تر است. هر دو روش دالان سرد بسته و گرم بسته به این دلیل در مرکزداده اجرا می‌شوند که از درآمیختن هوای سرد و گرم جلوگیری شود. هر‌یک از این راهکارها برتری‌های ویژهٔ خودشان را دارند. در مقالهٔ «تاثیر دالان سرد و گرم بسته بر دما و بهره‌وری مرکزداده» [6] این موضوع بررسی شده است. شکل ۳ دو نمونه از نسل بعدی سرمایش سالنی را نشان می‌دهد.

سرمایش ردیفی

در پیکربندی ردیفی، واحدهای CRAH با ردیف‌ها در ارتباط قرار می‌گیرند؛ دستگاه هواساز هر دالان طبق طراحی و منحصر به همان دالان است. CRAHها را می‌توان در میان رک‌های فاوا قرار داد یا بالاتر از آن‌ها و زیر سقف نصب کرد. برخلاف سیستم باز سرمایش سنتی سالنی، در این شیوه می‌توان از همهٔ ظرفیت CRAH استفاده کرد و توان مصرفی بیشتری به‌دست آورد.

سرمایش ردیفی افزون بر عملکرد بهتر فواید دیگری نیز دارد. کاهش طول مسیر جریان هوا باعث می‌شود فن‌های CRAH به توان کمتری نیازمند باشند و بهره‌وری افزایش یابد. اهمیت این نکته هنگامی آشکار می‌شود که بدانیم در بسیاری از مراکزدادهٔ با مصرف کم، هدررفت ناشی از توان فن‌های CRAH به‌تنهایی از کل مصرف برق فاوا بیشتر است.

طراحی ردیفی این امکان را فراهم می‌کند که ظرفیت و افزونگی سرمایش با نیاز واقعی هریک از ردیف‌ها متناسب باشد. ممکن است یک ردیف یا رک چون سرور خشابی دارد با مصرف برق بیشتری کار کند؛ ولی ردیف دیگر چون از تابلوهای مخابراتی تشکیل شده است توان مصرفی پایین‌تری داشته باشد. همچنین می‌توان افزونگی N+1 یا 2N را فقط در بعضی از ردیف‌ها ایجاد کرد.

برای مراکزدادهٔ جدیدی که با ظرفیت کمتر از ۲۰۰ کیلووات کار می‌کنند می‌بایست سرمایش ردیفی بدون کف کاذب اجرا شود. برای مراکزدادهٔ موجود نیز سرمایش ردیفی را باید برای اجرای مصارف پرظرفیت (۵ کیلووات در هر رک یا بیشتر) در نظر گرفت. مقالهٔ «اجرای منطقهٔ رک‌های پرظرفیت در مرکزدادهٔ کم‌ظرفیت» [7] روش‌های گوناگون اجرای ناحیه‌های پرظرفیت را در مرکزدادهٔ موجود توضیح داده است. در شکل ۴ دو نمونه از سرمایش ردیفی را مشاهده می‌کنید.

شکل 4 - مقاله 130: سرمایش ردیفی سقفی (راست)، سرمایش ردیفی نصب‌شده در کف (چپ)، در مرکز داده
شکل ۴ – مقاله ۱۳۰

شکل ۴:  سرمایش ردیفی سقفی (راست)، سرمایش ردیفی نصب‌شده در کف (چپ)

هر دو روش شکل ۴ را می‌توان به‌شیوهٔ دالان گرم بسته پیکربندی کرد و با این کار توان مصرفی را افزایش داد. درآمیختن هوای رفت با هوای برگشت در این طرح رخ نمی‌دهد و بدین ترتیب پیش‌بینی‌پذیری عملکرد افزایش می‌یابد. جانمایی از پیش تعیین‌شده و سادهٔ چنین چیدمانی که ممکن است آن را تولیدکنندهٔ سیستم به‌شکل کامل تعیین کرده باشد، عملکرد پیش‌بینی‌پذیر را در سرمایش ردیفی افزایش می‌دهد. همچنین می‌توان گفت شکل یا دیگر محدودیت‌های سالن تاثیری بر این طراحی نمی‌گذارد. با به‌کاربردن این روش، مشخصات و اجرای طراحی‌ها به‌ویژه در ظرفیت بیش از ۵ کیلووات در رک آسان می‌شود. مقالهٔ «راهنمایی برای تعیین توان مصرفی مرکزداده» [8] به‌تفصیل موضوع تعیین ظرفیت طراحی را بررسی کرده است.

سرمایش رک بسته

در سرمایش رک بسته واحدهای CRAH در ارتباط با داخل رک‌ها قرار می‌گیرند. در این شیوه برای اینکه اهداف طراحی برآورده شود، هر رک یک CRAH اختصاصی در داخل خودش دارد. مسیر جریان هوای این سیستم در مقایسه با سرمایش سالنی و سرمایش ردیفی کوتاه‌تر است و به‌دقت چنان تعیین می‌شود که تغییر در نصب تجهیزات یا دیگر محدودیت‌های سالن بر آن هیچ اثری نگذارد. در این شیوه می‌توان از تمامی ظرفیت CRAH استفاده کرد و دستیابی به بیشترین توان مصرفی (تا ۵۰ کیلووات در هر رک) امکان‌پذیر است. شکل ۵ نمونه‌ای از سرمایش رک بسته را نشان می‌دهد.

دستگاه سرمایش در شیوهٔ رک بسته، درون رک‌های مرکز داده قرار دارد
شکل ۵ – مقاله ۱۳۰

شکل ۵: در شیوهٔ رک بسته، دستگاه سرمایش درون خود رک است.

سیستم رک بسته همانند سرمایش ردیفی افزون بر قابلیت تامین سرمایش برای توان مصرفی بسیار زیاد، مشخصات ویژهٔ خودش را نیز دارد. کمتر بودن طول مسیر جریان هوا باعث می‌شود فن‌های CRAH به توان کمتری نیاز داشته باشند و بهره‌وری افزایش یابد. پیش‌تر گفتیم که هدررفت ناشی از فن‌های CRAH در بسیاری از مراکزدادهٔ با مصرف کم، از تمام مصرف برق تجهیزات فاوا بیشتر است. بدین ترتیب می‌توان دریافت که این مزیت در افزایش بهره‌وری چه اهمیتی دارد.

طراحی رک بسته این امکان را فراهم می‌کند که ظرفیت و افزونگی سرمایش با نیاز واقعی هریک از ردیف‌های متناسب باشد. برای نمونه نیاز توان مصرفی سرورهای خشابی با تابلوهای مخابراتی متفاوت است. همچنین می‌توان افزونگی N+1 یا 2N را برای هریک از رک‌ها که لازم باشد فراهم ساخت. برای مقایسه یادآور می‌شویم که افزونگی در سرمایش ردیفی برای هریک از ردیف‌ها و در سرمایش سالنی برای کل سالن اجرا می‌شود.

همچون سرمایش ردیفی، چیدمان مشخص در سرمایش رک بسته عملکرد قابل پیش‌بینی را افزایش می‌دهد. ممکن است این ویژگی را تولید‌کنندهٔ سیستم به‌روشنی تعیین نماید که بدین ترتیب تعیین توان مصرفی و اجرای طراحی مشخص‌شده آسان‌تر می‌شود. سرمایش رک بسته می‌بایست، صرف‌نظر از اندازه، در هر مرکزداده‌ای که به سرمایش با رک‌های مستقل و پرظرفیت نیاز داشته باشد به‌کار گرفته شود. از سوی دیگر این روش در مقایسه با دیگر روش‌ها به‌ویژه در توان مصرفی پایین‌تر، به تعداد زیادی دستگاه تهویهٔ مطبوع و لوله‌کشی نیاز دارد. همین ویژگی مهم‌ترین مشکل در استفاده از این روش است.

سرمایش ترکیبی

جانمایی کف طبقهٔ مرکز داده برای به‌کارگیری سه سیستم سرمایش سالنی و ردیفی و رک بسته به‌شکل ترکیبی در کنار یکدیگر
شکل ۶ – مقاله ۱۳۰

هیچ مانعی ندارد که در یک اجرا از هر سه روش سرمایش استفاده بشود؛ در واقع در بسیاری از موارد استفادهٔ ترکیبی از آن‌ها به‌خوبی سودمند نیز هست. در روش ترکیبی، شیوه‌های سرمایشی گوناگون در مکان‌های مختلف یک مرکزداده در کنار هم به‌کار می‌رود (شکل ۶). این روش برای مرکزداده‌ای کاملا مناسب است که با رک‌های با توان مصرفی متفاوت کار می‌کند.

شکل ۶: جانمایی کف طبقه، برای به‌کارگیری سه سیستم سرمایش سالنی و ردیفی و رک بسته، به‌شکل ترکیبی در کنار یکدیگر

سرمایش ردیفی و رک بسته همچنین برای ارتقای سرمایش سالن‌هایی که از پیش کم‌ظرفیت بوده‌اند به‌خوبی کارآمد هستند. بدین شکل که سرمایش گروه‌های کوچکی از رک‌های مرکزداده با شیوهٔ ردیفی یا رک بسته کار می‌شود. تجهیزات سرمایش ردیفی یا رک بسته به‌شکل موثری رک‌های جدید پرظرفیت را از بقیهٔ سالن جدا می‌کنند و مانع از تاثیر حرارتی آن‌ها بر سیستم سرمایش سالنی موجود می‌شوند. همچنین بسیار ممکن است این کار به ظرفیت سرمایش باقی سالن نیز بیفزاید و آن را بهبود دهد. با این شیوه بدون تغییر در سیستم سرمایش سالنی موجود، می‌توان بر ظرفیت مرکزدادهٔ کم‌ظرفیت افزود. در شکل ۶ تصویری از اجرای سرمایش ترکیبی را می‌بینید.

روش سرمایش با هواکش رک در سالن فاوای مرکز داده
شکل ۷ – مقاله ۱۳۰

شکل ۷: روش سرمایش با هواکش رک: هدایت هوای تهویه‌شده از رک به سقف کاذب

روش «سرمایش با هواکش رک» [9] نمونهٔ دیگری از رویکرد سرمایش ترکیبی است که هوای تهویه‌شدهٔ رک را می‌گیرد و مستقیم به سیستم سرمایش سالنی بازمی‌گرداند. این روش بعضی از مزایای رک بسته را دارد و می‌توان آن را با سیستم موجود یا با طرحی از سرمایش سالنی یکپارچه کرد. در شکل ۷ نمونه‌ای از این تجهیزات را مشاهده می‌کنید.

 مقایسهٔ این سه روش

در راه‌اندازی یا ارتقای مرکزداده، برای اینکه بتوان هنگام انتخاب از میان سه شیوهٔ سرمایش سالنی و ردیفی و رک بسته تصمیم‌گیری موثرتری انجام داد، می‌بایست بتوان ویژگی‌های عملکردی هریک از روش‌ها را به مسائل اجرایی موثر بر طراحی و بهره‌برداری مرکزدادهٔ در دست کار ارتباط داد.

اکنون این سه روش سرمایش را با چندین معیاری که معمولا برای کاربران مرکزداده اهمیت دارد مقایسه می‌کنیم. این معیارها عبارت‌اند از:

  • چابکی (Agility)
  • پایایی سیستم (Availability)
  • هزینهٔ چرخهٔ عمر (بهای تمام‌شده / TCO)
  • تعمیرپذیری (Serviceability)
  • مدیریت‌پذیری (Manageability)
  • هزینهٔ اولیه
  • بهره‌وری الکتریکی
  • لوله‌کشی آب و لوله‌کشی‌های دیگر در اطراف تجهیزات فاوا
  • مکان واحد سرمایش
  • افزونگی (Redundancy)
  • شیوهٔ دفع حرارت

جدول شمارهٔ ۱ این سه روش سرمایش را به‌شکل خلاصه مقایسه کرده است و پنج معیار اول را با بیان مزایا و معایب هریک نمایش می‌دهد.

جدول ۱: مقایسهٔ مزایا و معایب شیوه‌های سرمایش سالنی و ردیفی و رک بسته با تاکید بر عملکرد خوب
دسته‌بندی سرمایش رک بسته سرمایش ردیفی سرمایش سالنی
چابکی مزایا ـ سادگی در برنامه‌ریزی برای هر اندازه از توان مصرفی
ـ جداسازی‌شده از سیستم سرمایش موجود
ـ سادگی در برنامه‌ریزی برای هر اندازه از توان مصرفی
ـ به‌اشتراک‌گذاری ظرفیت سرمایش
ـ تغییر سریع الگوی هوارسانی سرمایش برای توان مصرفی کمتر از ۳ کیلووات
معایب ـ ظرفیت سرمایش را با دیگر رک‌ها به‌اشتراک نمی‌گذارد ـ ضرورت جانمایی دالان‌های سرد و گرم ـ بهره‌وری کمتر هنگامی که تمام فضا باز و نامحدود باشد
پایایی سیستم مزایا ـ بسته‌بودن سیستم سرمایش از بروز پدیدهٔ انباشت گرمایی و افزایش دما در سطوح بالاتر رک جلوگیری می‌کند
ـ بهره‌گیری از راهکارهای استاندارد که خطای انسانی را به‌حداقل می‌رسانند
ـ واحدهای دارای افزونگی می‌توانند، میان رک‌های مختلف هریک از PoDها، به‌اشتراک گذاشته شوند
ـ بسته‌بودن سیستم از بروز پدیدهٔ انباشت گرمایی و افزایش دما در بالای رک‌ها جلوگیری می‌کند
ـ واحدهای دارای افزونگی می‌توانند میان تمام رک‌های مرکزداده به‌اشتراک گذاشته شوند
معایب ـ نیاز به افزونگی برای هر رک ـ نیاز به افزونگی برای هر منطقه از رک‌ها ـ نیازمند به محدود کردن و بستن سیستم برای جداسازی جریان‌های هوا
هزینهٔ چرخهٔ عمر (بهای تمام‌شده) مزایا ـ سیستم‌های از پیش طراحی‌شده و اجزای استاندارد باعث کاهش نیاز یا بی‌نیازی از طراحی و برنامه‌ریزی می‌شوند ـ قابلیت سازگاری با الزامات سرمایش
ـ نیاز به طراحی و برنامه‌ریزی کاهش می‌یابد یا برطرف می‌شود
ـ تغییر در پیکربندی تایل‌های سوراخ‌دار کف (دریچه‌های هوارسان) آسان است
معایب ـ سیستم سرمایش بزرگ‌تر از حد لزوم است و اتلاف ظرفیت و افزایش هزینه وجود دارد ـ با توسعهٔ مرکزداده، هزینهٔ اولیه افزایش می‌یابد ـ هوارسانی ظرفیت بیشتری را ایجاب می‌کند
ـ تنظیم فشار هوا برای هوارسانی در کف کاذب، از حجم سالن و عمق زیر کف ناشی می‌شود
تعمیرپذیری مزایا ـ استفاده از اجزای استاندارد باعث کاهش هزینهٔ مربوط به نیروی کارشناس می‌شود
ـ کارکنان داخلی سازمان می‌توانند روش‌های خدماتی معمول را انجام دهند
ـ استفاده از اجزای ماژولار باعث کاهش زمان خرابی می‌شود
ـ استفاده از اجزای استاندارد باعث کاهش هزینهٔ نیروی کارشناس می‌شود
ـ تجهیزات سرمایش دورتادور یا خارج از سالن قرار می‌گیرند که در نتیجه تکنسین‌ها از تجهیزات فاوا دور هستند
معایب ـ نیازمند به افزونگی 2N برای تعمیر و نگهداری بدون توقف در سیستم ـ تجهیزات سرمایش طوری در ردیف‌ها قرار می‌گیرند که تکنسین‌ها در میان تجهیزات فاوا کار می‌کنند ـ برای انجام خدمات به کارشناسان آموزش‌دیده نیاز است
مدیریت‌پذیری مزایا ـ هدایت و کنترل آسان از طریق رابط نرم‌افزاری دارای قابلیت ارائهٔ تحلیل و پیش‌بینی خرابی ـ هدایت و کنترل آسان از طریق نرم‌افزار دارای قابلیت ارائهٔ تحلیل و پیش‌بینی خرابی ـ استفاده از CRAHهای بزرگ‌تر تعداد نقاط اتصال و مدیریت را کمتر و ساده‌تر می‌سازد
معایب ـ در پروژه‌های بزرگ به نقاط ارتباطی بسیاری نیاز است ـ در پروژه‌های بزرگ به نقاط ارتباطی بسیاری نیاز است ـ نیازمند به خدمات پیشرفتهٔ آموزشی
ـ در اختیار داشتن تحلیل آنی غیر ممکن است

از این جدول نتایج زیر به دست می‌آید:

مقایسهٔ مزایا و معایب شیوه‌های سرمایش سالنی و ردیفی و رک بسته در مرکز داده، با تاکید بر عملکرد خوب
تصویر جدول ۱ – مقاله ۱۳۰
  • سرمایش رک بسته بیشترین انعطاف‌پذیری و سریع‌ترین اجرا و بیشترین ظرفیت را فراهم می‌آورد؛ ولی گران‌تر است.
  • سرمایش ردیفی همانند رک بسته بیشتر مزایای انعطاف‌پذیری و سرعت و ظرفیت سرمایش را دارد و ارزان‌تر نیز هست.
  • در سرمایش سالنی امکان تغییر در چیدمان تایل‌های کف وجود دارد؛ با این ویژگی می‌توان الگوی هوارسانی را در زمان کمی تغییر داد. افزونگی سرمایش مرکزداده در میان تمامی رک‌های کم‌ظرفیت تقسیم می‌شود. این روش از نظر هزینه و سادگی بهتر است.

هزینهٔ اولیه

بیشتر مدیران مرکزداده بسیار نگران هزینهٔ اولیهٔ روش‌های سرمایش هستند. تجزیه‌وتحلیل این مسئله آشکار می‌کند که چگونه در سه روش متفاوت سرمایش با آب سرد، هزینهٔ اولیه به‌عنوان تابعی از توان مصرفی رک تغییر می‌کند. شکل ۸ نتایج بررسی را برای مرکزدادهٔ با فرضیات بیان‌شده نمایش می‌دهد.

مفروضات تجزیه‌وتحلیل
  • مصرف فاوا: ۴۸۰ کیلووات
  • مکان: St. Louis, MO
  • ظرفیت رک: ۳ یا ۶ یا ۱۲ یا ۲۰ کیلووات در هر رک (۱۲۰ فوت مکعب در دقیقه بر کیلووات) [10]
  • درآمیختن هوا و بای‌پس هوای سرد برای سرمایش سالنی، بدون دالان هوای گرم بسته (HAC) ـ[11]: ۱۲۵ درصد از تمام ظرفیت
  • هزینهٔ لوله‌کشی بر اساس پایگاه دادهٔ هزینه‌ای RSMeans: لوله‌کشی استیل (فولادی)
  • هزینهٔ انرژی: ۰٫۱۵ دلار بر کیلووات ساعت
  • هزینهٔ اولیه شامل: واحد سرمایش، لوله‌کشی، چیلر پکیج، نصب، سیستم بسته
  • هزینهٔ سالیانهٔ برق شامل: فن واحد سرمایش، چیلر، پمپ‌ها
  • افزونگی سرمایش: N
هزینهٔ اولیه به‌عنوان تابعی از میانگین توان مصرفی در سه روش سرمایش مرکز داده
شکل ۸ – مقاله ۱۳۰

شکل ۸: هزینهٔ اولیه به‌عنوان تابعی از میانگین توان مصرفی، در سه روش سرمایش

سرمایش سالنی کمترین هزینهٔ اولیه را دارد؛ زیرا تعداد واحدهای سرمایش و حجم لوله‌کشی ضروری در آن کمتر است. از سویی افزایش اندک توان مصرفی رک‌ها تاثیر چندانی بر هزینهٔ اولیه نخواهد داشت؛ زیرا در مقایسه با ظرفیت همانند در سایر شیوه‌ها، این شیوهٔ سرمایش سطح اشغال کمتری دارد. در نتیجه همچنان که هزینهٔ اولیه کاهش می‌یابد، نیاز به لوله‌کشی نیز کمتر می‌شود. می‌بایست توجه داشت که بهره‌وری الکتریکی در سرمایش سالنی با افزایش توان مصرفی رک کاهش می‌یابد. به‌کاربردن دالان گرم بسته (HAC)، در هر دو روش سرمایش، باعث افزایش توان مصرفی رک و به‌مقدار زیادی کاهش مصرف برق سیستم سرمایش می‌شود. البته هزینهٔ اولیه به‌دلیل گران‌تر بودن سیستم‌های بسته اندکی بیشتر خواهد شد.

هزینهٔ اولیهٔ سرمایش ردیفی از سرمایش سالنی اندکی بیشتر است، زیرا کمابیش دستگاه‌های سرمایش و لوله‌کشی بیشتری دارد. در اینجا نیز به همان دلیلی که در سرمایش سالنی گفتیم، هنگامی که توان مصرفی رک افزایش می‌یابد، از هزینه کاسته می‌شود. با این تفاوت که در اینجا با افزایش ظرفیت، تعداد دستگاه‌های سرمایش نیز کاهش می‌یابد. به‌کاربردن دالان گرم بسته، هم از مصرف برق بخش سرمایش می‌کاهد و هم با توجه به کاهش تعداد دستگاه‌های سرمایش، هزینهٔ اولیه را کاهش می‌دهد.

اگر توان مصرفی رک کم باشد، هزینهٔ اولیهٔ سرمایش شیوهٔ رک بسته از سرمایش سالنی و ردیفی بسیار بیشتر می‌شود. زیرا تعداد دستگاه‌های سرمایش نسبت به ظرفیت فاوا زیاد خواهد بود که هزینهٔ سرمایه‌ای دستگاه‌ها و لوله‌کشی را افزایش می‌دهد. اکنون نمونه‌ای را با ظرفیت ۳ کیلووات در رک در نظر می‌گیریم. اگر سرمایش ردیفی باشد، دستگاه‌های سرمایش ۴۸ عدد خواهند بود. در حالی که اگر سرمایش رک بسته باشد، این تعداد تا ۱۶۰ واحد نیز می‌رسد. همچنین برای ایجاد محفظه در سرمایش رک بسته می‌بایست جلو و عقب رک را بست که این نیز بر هزینهٔ اولیه می‌افزاید. هزینهٔ اولیه با بیشتر شدن ظرفیت به‌مقدار زیادی بهبود پیدا می‌کند؛ زیرا نسبت تعداد واحدهای سرمایش به ظرفیت فاوا کاهش می‌یابد. بدین ترتیب شیوهٔ سرمایش رک بسته برای رک‌های با توان مصرفی زیاد، اقتصادی‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر است.

بهره‌وری الکتریکی

امروزه بخش هرچه بزرگ‌تری از کل هزینهٔ عملیاتی را هزینهٔ برق تشکیل می‌دهد. افزایش نرخ برق و مقدار مصرف برق سرورها و توان مصرفی آن‌ها دلایل اصلی این مسئله هستند. وابستگی هزینهٔ برق به بهای انرژی و به توان سرورها را به‌خوبی می‌توان درک کرد؛ ولی به تاثیری که توان مصرفی بر هزینهٔ برق دارد معمولا کم‌توجهی می‌شود.

شکل ۹ تاثیر توان مصرفی بر هزینهٔ سالیانهٔ برق را در سه روش مختلف سرمایش از طریق آب سرد و با استفاده از همان فرضیات پیش‌گفتهٔ شکل ۸ نمایش می‌دهد.

هزینهٔ سالیانهٔ برق به‌عنوان تابعی از میانگین توان مصرفی رک برای سه روش سرمایش در مرکز داده
شکل ۹ – مقاله ۱۳۰

شکل ۹: هزینهٔ سالیانهٔ برق به‌عنوان تابعی از میانگین توان مصرفی رک، برای سه روش سرمایش

سیستم سرمایش سالنی بدون دالان گرم بسته، بیشترین هزینهٔ برق را دارد. هوا در سرمایش سالنی می‌بایست با حجم بیشتر و در مسیر طولانی‌تر جابه‌جا شود. در این حالت برای اینکه از بروز نقاط داغ جلوگیری بشود، واحدهای CRAH برق بیشتری مصرف می‌کنند تا هوا را به حرکت درآورند و دمای سالن را همگن کنند. در سرمایش سالنی استفاده از دالان گرم بسته و جداسازی جریان‌های هوا باعث کاهش هزینهٔ برق می‌شود. با افزایش ظرفیت، از آنجا که طول لوله‌های آب کوتاه‌تر می‌شود، مصرف برق پمپ‌ها کاهش می‌یابد و بدین ترتیب از هزینهٔ انرژی اندکی کاسته می‌شود.

هزینهٔ برق در سرمایش ردیفی همواره کمتر از هزینهٔ سرمایش سالنی است. زیرا واحدهای CRAH در سیکل بسته کار می‌کنند و مصرف برق آن‌ها با بار فاوا متناسب است. از جریان‌های غیرضروری هوا نیز جلوگیری می‌شود. همین کار مصرف برق فن‌ها را کاهش می‌دهد چنانکه مقدار آن از سرمایش سالنی بیش از ۵۰ درصد کمتر می‌شود. هزینهٔ برق با افزایش توان مصرفی رک‌ها افزایش می‌یابد. زیرا واحدهای سرمایش برای جبران این افزایش به جریان آب و دمندگی بیشتری نیاز خواهند داشت تا به ظرفیت لازم برای تعدیل دما برسند. با افزایش سرعت فن‌ها از صرفه‌جویی‌های کارآمدی که با استفاده از فن‌های دور متغیر به دست می‌آید کم خواهد شد. اضافه‌کردن افزونگی به واحدهای سرمایش در این وضعیت از مصرف انرژی می‌کاهد؛ ولی این کار هزینهٔ اولیه را افزایش می‌دهد. افزون بر این مقدار جریان آب بیشتری که برای تعدیل ظرفیت ضروری است بر مصرف انرژی می‌افزاید.

هزینهٔ برق سرمایش رک بسته برای سیستم‌های با ظرفیت کم بیشتر است. زیرا واحدهای سرمایش از اندازهٔ نیاز بیشتر هستند و مصرف برق آن‌ها نیز برای جریان‌دادن به آب و هوا بیشتر از نیاز است. حتی اگر فن‌های دور متغیر نیز برای این وضعیت به‌کار برود، بازهم صرفه‌جویی در انرژی محدود می‌ماند؛ زیرا فن‌ها هیچ‌گاه متوقف نمی‌شوند و همیشه سرعت حداقل را دارند. اگر چگالی کم باشد، نیاز حجم هوادهی تجهیزات تامین می‌شود؛ حتی هنگامی که فن‌ها با حداقل سرعت کار کنند. همچنین به لوله‌کشی بیشتری نیاز است تا آب کافی در لوله‌ها جریان یابد. هزینهٔ انرژی با افزایش توان مصرفی رک‌ها کاهش می‌یابد. ولی در ظرفیت‌های بیشتر، از آنجا که هر رک واحد سرمایش خودش را دارد، هزینه نیز شروع به افزایش می‌کند. هر واحد سرمایش با افزایش ظرفیت می‌بایست جریان‌ هوای بیشتری تولید کند. به همین دلیل فن‌های CRAH با بیشترین سرعت کار می‌کنند و بدین ترتیب از صرفه‌جویی کارآمدی که با فن‌های دور متغیر به دست می‌آید کاسته می‌شود. همچنین برای تعدیل ظرفیت نیاز است آب بیشتری به‌جریان درآید که این هم بر مصرف انرژی می‌افزاید.

لوله‌کشی آب و لوله‌کشی‌های اطراف تجهیزات فاوا

بررسی‌ها نشان می‌دهد وجود لوله‌های آب یا مبرّد (Refrigerant) در نزدیکی تجهیزات فاوا مایهٔ نگرانی بهره‌برداران است؛ زیرا احتمال می‌دهند نشت مایعات به تجهیزات آسیب بزند یا خسارت به‌بار آورد.

معمولا مراکزدادهٔ پرظرفیت که با چندین دستگاه تهویهٔ مطبوع کار می‌کنند، از سرمایش آب سرد بهره می‌گیرند. انتظار می‌رود این روش به‌دلایل زیست‌محیطی و هزینه‌ای رواج بیشتری یابد. هرچند مبردهای مطمئن‌تر از آب نیز وجود دارند ولی استفاده از آن‌ها گران‌تر است. نگرانی دربارهٔ پایایی (Availability) و تمایل به ظرفیت هرچه بیشتر، باعث به‌میان آمدن سیستم‌های «مبرد گازی واسط» شده است. این سیستم‌ها معمولا از مبدل برودتی و پمپ ثانویه تشکیل می‌شوند که سیال مبرد را از مدار آب سرد جدا می‌کنند؛ بدین ترتیب درصورت بروز نشتی محدودهٔ آسیب به‌حداقل می‌رسد. چنین سیستمی می‌تواند مبردهای دیگری همچون گلیکول را نیز جداسازی کند. برای اطلاع بیشتر به مقالهٔ «فناوری‌های گوناگون برای سرمایش مرکزداده» [12] مراجعه کنید.

مکان واحد سرمایش

مکان واحد تهویهٔ مطبوع بر عملکرد سیستم تاثیر چشمگیری دارد.

مشکل پیش‌بینی‌پذیری عملکرد در سرمایش رک بسته وجود ندارد؛ زیرا مکان دقیق هر دستگاه تهویهٔ مطبوع در ارتباط با محل مصرف مشخص می‌شود. رک بسته این مزیت را دارد که می‌توان با آن عملکرد سرمایش را از پیش و به‌طور کامل تعریف کرد. اگر اجرای مرحله‌به‌مرحلهٔ سیستم در طراحی در نظر گرفته شده باشد، برای پیش‌بینی مکان قرارگیری واحدهای تهویهٔ مطبوع به برنامه‌ریزی و دوراندیشی اندکی نیاز خواهد بود؛ زیرا خودبه‌خود با اجرای رک‌ها مشخص می‌شود.

در سرمایش ردیفی، جای‌گذاری واحدهای تهویهٔ مطبوع به قوانین سادهٔ طراحی بستگی دارد. تعداد و مکان دستگاه‌های تهویهٔ مطبوع در سرمایش ردیفی با قوانینی مشخص می‌شود که از شبیه‌سازی و انجام آزمون به دست می‌آید. اطمینان‌یافتن از اینکه دستگاه‌های تهویهٔ مطبوع به‌دقت و متناسب با ظرفیت ردیف‌ها برآورد شده باشند، به‌طور طبیعی در این مرحله انجام می‌شود. ضوابط دیگری همچون پرهیز از مکان انتهای هر ردیف نیز وجود دارد که به‌کاربردن آن‌ها بیشترین عملکرد و ظرفیت را در سیستم فراهم می‌کند. قسمتی از انعطاف‌پذیری تعیین مکان‌ها در طی مدت برنامهٔ توسعه تا زمان اجرای واقعی حفظ خواهد شد. برای تعیین تعداد و مکان واحدهای تهویهٔ مطبوع، درصورت نیاز می‌توان مقدار توان را از متوسط تا اوج مصرف رک‌های ردیف در نظر گرفت. سرمایش ردیفی در مقایسه با روش رک بسته انعطاف‌پذیری بیشتر و سطح اشغال کمتری دارد و ارزان‌تر نیز هست.

بهره‌وری در سیستم‌های باز سرمایش سالنی به‌شدت به مکان قرارگیری واحدهای سرمایش بستگی دارد. برای نمونه ممکن است از پربازده‌ترین مکان موجود به‌دلیل محدودیت‌های فیزیکی سالن همچون درها، پنجره‌ها، رمپ‌ها یا به‌دلیل در دسترس نبودن لوله‌کشی نتوان استفاده کرد. بدین ترتیب در بیشتر مواقع با اینکه طراحی و مهندسی چشمگیری به‌کار می‌رود، نتیجه «به‌خوبی» بهینه نیست؛ بلکه طراحی به‌دست آمده «به‌نسبت» بهینه است. افزون بر این در تدارک نصب دستگاه‌های سرمایش تهویهٔ مطبوع سالنی، ضروری است که آن‌ها را پیشاپیش و با برآورد درست از تمام مراحل آیندهٔ گسترش تجهیزات فاوا در سالن قرار دهند. از آنجا که ممکن است از پیش ترتیب دقیق مراحل گسترش مشخص نباشد، مکان قرارگیری دستگاه‌های تهویهٔ مطبوع معمولا بسیار ناکارآمد از کار درمی‌آید. به همین دلیل بسته‌بودن سیستم در طراحی مدرن سرمایش سالنی بسیار اهمیت دارد. استفاده از این روش امکانات دیگری را نیز همچون قرارگیری واحدهای CRAH در بیرون از مرکزداده فراهم می‌آورد.

افزونگی

افزونگی در سرمایش برای نگهداری سیستم‌های زیر بار و برای اطمینان از فعالیت بی‌وقفهٔ مرکزداده در هنگام خراب شدن یکی از دستگاه‌های تهویهٔ مطبوع بسیار ضروری است. سیستم‌های برق برای اطمینان از افزونگی معمولا از تجهیزات فاوایی استفاده می‌کنند که دو ورودی برق هم‌زمان دارند؛ زیرا حتی خود کابل و اتصالات برق نیز نقطهٔ تکی شکست (SPOF) ـ[13] به‌شمار می‌روند. اما در سیستم‌های سرمایش اغلب طراحی N+1 را به‌جای روش دو مسیره به‌کار می‌برند؛ زیرا احتمال بروز انسداد در جریان هوارسانی اطراف رک ناچیز است. ایدهٔ اصلی در این طراحی چنین است که اگر سیستم به چهار دستگاه CRAH نیاز داشته باشد، با افزودن پنجمین دستگاه می‌توان اطمینان داشت هنگامی که هریک از دستگاه‌ها خراب می‌شود، بازهم مقدار سرمایش ضروری به‌خوبی فراهم خواهد بود. نام افزونگی «N+1» نیز برگرفته از همین مفهوم است. در توان مصرفی بیشتر چنین برداشت ساده‌ای از مفهوم افزونگی به‌کار نمی‌آید. تامین افزونگی در هریک از سه روش مختلف سرمایش تفاوت دارد که در ادامه توضیح می‌دهیم:

در معماری سرمایش رک بسته، منابع سرمایش و مسیر هوارسانی میان رک‌ها مشترک نیست. بدین ترتیب تنها راه تامین افزونگی N+X یا 2N همان داشتن سیستم CRAH دو مسیره به‌ازای هر یک از رک‌ها است؛ یعنی سرمایش هر رک با دو دستگاه CRAH تامین شود. این شیوه نسبت به روش‌های جایگزین آن خیلی گران‌تر درمی‌آید. با این حال برای رک‌های پرظرفیتی که از بقیه جدا هستند بسیار کارآمد است؛ زیرا افزونگی آن به‌خوبی مشخص و پیش‌بینی‌پذیر است و مستقل از دیگر سیستم‌های CRAH کار می‌کند.

با شیوهٔ سرمایش ردیفی، افزونگی برای ردیف‌ها فراهم می‌شود. این به‌معنی N+1 واحد اضافی CRAH برای هریک از ردیف‌ها است. با اینکه دستگاه‌های CRAH ویژهٔ ردیف، کوچک‌تر و ارزان‌تر از دستگاه‌های سالنی هستند، بازهم هزینهٔ این روش در ظرفیت‌های کمتر از ۱ تا ۲ کیلووات در رک بسیار زیاد است. البته هزینه در ظرفیتی که بیشتر از چنین مقداری باشد، این‌قدر سنگین نیست و می‌توان افزونگی N+1 را تا ظرفیت ۲۵ کیلووات در رک به‌خوبی فراهم کرد. بدین ترتیب در مقایسه با دو طراحی سالنی و رک بسته این روش برتری بزرگی دارد؛ زیرا آن دو با افزایش ظرفیتِ طراحی به افزونگی 2N نیاز پیدا می‌کنند. قابلیت فراهم‌کردن افزونگی برای ظرفیت‌های زیاد به‌وسیلهٔ تعداد کمتری از دستگاه‌های CRAH، مهم‌ترین مزیت سرمایش ردیفی به‌شمار می‌رود و در بهای تمام‌شده (TCO) نیز بسیار مفید است.

در سرمایش سالنی مسیر مشترک تامین هوا برای همگی مصارف فاوا «خود سالن» است. همین ویژگی امکان می‌دهد نیاز به افزونگی بدون در نظر گرفتن اندازهٔ سالن و تنها با اضافه‌کردن یک دستگاه CRAH فراهم شود. این روش را برای سیستم باز سرمایش سالنی در محیط‌های با ظرفیت بسیار کم استفاده می‌کنند و از نظر هزینه نیز مناسب است. در محیط‌های پرظرفیت، قابلیت هریک از دستگاه‌های CRAH برای جبران ازکارافتادن واحد سرمایش دیگر، بسیار بستگی به شکل و وضعیت سالن دارد. برای نمونه الگوی هوارسانی یک دستگاه CRAH مشخص را نمی‌توان با دستگاه دیگری جایگزین کرد که دورتر از واحد از کارافتاده است. بدین ترتیب است که تعداد ضروری واحدهای CRAH برای تامین افزونگی، از فقط یک دستگاه که در ظرفیت کم کافی بود، بیشتر می‌شود و در ظرفیت بیش از ۱۰ کیلووات در رک به دو برابر تعداد واحدهای CRAH می‌رسد. آنچه گفتیم برای سیستم سرمایش سالنی بسته مشکل به وجود نمی‌آورد؛ زیرا مسیرهای رفت‌وبرگشت هوا در آن جداسازی شده است.

روش دفع گرما

مسائل اصلی که در این مقاله بیان کردیم همگی به روش دفع گرما از محیط مرکزداده بستگی دارد. روش کار دستگاه‌های تهویهٔ مطبوع اتاق کامپیوتر (CARC) که با سیستم گازی کار می‌کنند، با واحدهای CARH که با آب سرد کار می‌کنند متفاوت است. به‌کاربردن واحدهای CRAC در این روش بر جنبه‌های مختلف آن از جمله بهره‌وری و رطوبت‌زایی و کارکرد افزونگی تاثیر می‌گذارد. انجام تجزیه‌وتحلیل طراحی برای درک کارکرد و کنترل‌های راهکار سرمایش در هر پروژه‌ای ضروری است. برای آگاهی بیشتر از روش‌های دفع گرما می‌توانید مقالهٔ «فناوری‌های گوناگون برای سرمایش مرکزداده» [14] را مطالعه کنید.

نتیجه‌گیری

روش‌های سنتی سرمایش مرکزداده که از سیستم‌های باز سالنی استفاده می‌کنند، در نسل بعدی مراکزداده با محدودیت‌های فنی و اجرایی مواجه می‌شوند. نسل بعدی مراکزداده به سازگاری با الزامات متغیر، پشتیبانی قابل اطمینان از توان مصرفی زیاد و ویژگی کم‌وزیاد شدن مصرف برق، همچنین صرفه‌جویی در مصرف برق و دیگر هزینه‌های عملیاتی نیاز دارد. این نیازها به‌طور مستقیم باعث توسعهٔ راهبردهای سیستم بسته، در هر سه نوع سرمایش سالنی و ردیفی و درون رک شده که امکان دستیابی به ظرفیت عملیاتی ۳ کیلووات در رک یا بیشتر را فراهم آورده است. روش سنتی سرمایش سالنی برای صنعت مزایای بسیاری دارد و همچنان در نصب ظرفیت‌های کمتر و مصارفی که در آن‌ها تغییرات کمی در فناوری فاوا رخ می‌دهد، گزینه‌ای کارآمد و عملی به‌شمار می‌رود.

سیستم بستهٔ سرمایش در رک و ردیف و سالن قابلیت‌های ضروری نسل بعدی مراکزداده را فراهم می‌آورد که از جمله می‌توان انعطاف‌پذیری، پیش‌بینی‌پذیری، مقیاس‌پذیری، کاهش مصرف برق، کاهش بهای تمام‌شده، همچنین پایایی بهینه را برشمرد. بهره‌برداران می‌بایست آگاه باشند که تامین‌کنندگان تجهیزات در آینده محصولات خود را متناسب با این روش‌ها عرضه خواهند کرد. انتظار می‌رود بسیاری از مراکزداده این سه روش را به‌شکل ترکیبی به‌کار گیرند. سرمایش رک بسته در شرایطی کاربرد دارد که ظرفیت بسیار زیاد، PoDهای پرمصرف گسسته، همچنین جانمایی ساختارنیافته مهم‌ترین ویژگی‌ها باشند. سیستم باز سرمایش سالنی برای مصارف کم‌ظرفیت یا شرایطی که در آن تغییرات اندکی پیش‌بینی شود روش موثری است. برای بیشتر بهره‌بردارانی که از فناوری‌های جدید سرورهای پرظرفیت بهره می‌گیرند، سیستم بستهٔ سرمایش سالنی و ردیفی فراهم‌کنندهٔ بهترین تعادل میان پیش‌بینی‌پذیری بسیار خوب، توان مصرفی بالا، سازگاری (Adaptability)، همچنین بهینه‌ترین بهای تمام‌شدهٔ کلی (TCO) است.

پانویس

[1] این مطلب بخشی از کتاب «آئین‌نامهٔ مهندسی مرکزداده» و ترجمهٔ فارسی مقالهٔ زیر است:

APC White Paper 130: “Choosing Between Room, Row, and Rack-based Cooling for Data Centers” (Revision 2)

نویسنده نیل راسموسن (Neil Rasmussen) [آشنایی با نویسنده و مطالعه‌ی مقالات فارسی او]، مترجم نازلی مجیدی، بازنویسی و ویراستاری پرهام غدیری‌پور، به‌کوشش دکتر بابک نیکفام، تهیه‌شده در باشگاه مراکزداده

[2] APC White Paper 55: The Different Types of Air Distribution for IT Environments

[3] APC White Paper 46: Cooling Strategies for Ultra-High Density Racks and Blade Servers

[4] Computer Room Air Handlers (CRAH)

[5] APC White Paper 49: Avoidable Mistakes that Compromise Cooling Performance in Data Centers and Network Rooms

[6] APC White Paper 135: Impact of Hot and Cold Aisle Containment on Data Center Temperature and Efficiency

[7] APC White Paper 134: Deploying High-Density Pods in a Low-Density Data Center

[8] APC White Paper 120: Guidelines for Specification of Data Center Power Density

[9] Chimney Rack Cooling System

[10] 120 cfm/kW

[11] Hot Aisle Containment (HAC)

[12] APC White Paper 59: The Different Technologies for Cooling Data Centers

[13] نقطهٔ تکی شکست (Single Point Of Failure): قسمتی از سامانه است که در صورت شکست آن، کل سامانه از کار می‌افتد. در هر سامانه‌ای که با هدف اطمینان‌پذیری طراحی شده باشد، چه در تجارت و چه در نرم‌افزارهای کاربردی یا سایر سامانه‌های صنعتی، این نقطه‌ضعف نامطلوبی است.

[14] APC White Paper 59: The Different Technologies for Cooling Data Centers

درج دیدگاه

برای درج دیدگاه کلیک کنید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

سوال امنیتی *