مرکزداده مقالات

اشتباهات قابل پیش گیری که عملکرد سرمایش را در مراکز داده و اتاق‌های شبکه، به خطر می‌اندازند

سرمایش مراکز داده
سرمایش مراکز داده

در بیشتر مراکز داده و اتاق‌های شبکه، نقایص متعدد و مختلفی در طراحی و پیکربندی‌ها، وجود داشته که از دستیابی به ظرفیت احتمالی سرمایش و توان رساندن هوای سرد به محل مورد نیاز، جلوگیری می‌کنند. این مشکلات معمولا غیرقابل تشخیص هستند چرا که اتاق های کامپیوتر اغلب با ظرفیت برقی کمتر از مقدار در نظر گرفته شده در فاز طراحی، عمل می کنند. اگرچه، افزایش‌های پیشامده‌ی اخیر در ظرفیت برق تجهیزات جدید فاوا، مراکز داده را به سمت محدودیت‌های طراحی خود سوق داده و نشان داده که بسیاری از مراکزداده از ایجاد سرمایش کافی مورد انتظار، ناتوان هستند.

علاوه بر کاهش در دسترسی سیستم که منجر به عملکرد ناکافی سیستم سرمایش شده، هزینه های قابل توجهی نیز تحمیل خواهد شد. این مقاله به توضیح خطاهای معمول طراحی پرداخته که بهره وری سیستم سرمایش را تا 20% و یا حتی بیشتر، کاهش می‌دهد. در مطالعات جداگانه‌ای نیز که توسط کتابخانه‌ی ملی Lawrence Berkeley و شرکت اشنایدر الکتریک صورت گرفته، بیان شده که مرکز داده ی معمولی مصرف برقی مطابق آن چه در شکل 1 نشان داده شده، داشته که مشاهده می شود، برق مصرف شده در سیستم سرمایش با تمام مصرف IT برابر می کند. هدررفت 20 درصدی در بهره‌وری سرمایش به افزایش 8% در تمام مصرف برق انجامیده که در طول ده سال از عمر مرکز داده‌ی 500kW به تقریبا 700.000$ هزینه‌ی ناشی از برق هدررفته، می‌انجامد. این هدررفت چشمگیر بدون هیچ هزینه‌ای و یا با هزینه‌ای بسیار کم، قابل پیشگیری است.

شکل 1:جزییات مصرف برق در مرکزداده‌ ای معمولی

شکل 1:جزییات مصرف برق در مرکزداده‌ ای معمولی
مصرف برق در مرکزداده‌ ای معمولی

زیر بهینه‌سازی یا sub-optimization به معنی بهینه‌سازی یکی از اجزا و بی توجهی به دیگر اجزا بوده که در مراکز داده ، بر سیستم های سرمایش اعمال شده و از منابع مختلفی نشات می گیرد. منابع این مشکلات شامل طراحی و پیکربندی دستگاه‌های سرمایش و نحوه ی رساندن هوای سرد توسط کل سیستم به محل مصرف است. در این مقاله به دلایل زیر، تمرکز بر مشکلات سرمایشی که مربوط به توزیع هوای خنک و همچنین مسائل مربوط به تنظیمات و راه اندازی در پیاده‌سازی تجهیزات IT قرار داده شده است:

  • به این دلیل که راه کارهای عملی، امکان پذیر و اثبات شده ای وجود دارد؛
  • بسیاری از اصلاحات را می توان در مراکز داده ی موجود، اجرا کرد؛
  • بدون سرمایه‌گذاری و یا تنها با سرمایه گذاری کمی، می توان بهبودهای وسیعی را ایجاد کرد؛
  • هر دو کارکنان IT و تاسیسات می توانند در این اصلاحات موثر باشند؛
  • راه کارها از تاسیسات و یا مکان‌های جغرافیایی، مستقل هستند؛
  • همچنین امکان ایجاد اصلاحات از طریق رویه هایی ساده در اجرا را فراهم می آورند.

این مقاله، خطاهای متداول را به پنج دسته تقسیم کرده و سپس هر یک را به ترتیب توضیح می دهد:

  • جریان هوا در خود رک
  • جانمایی رک ها
  • توزیع مصارف
  • تنظیمات سرمایش
  • جانمایی مسیرهای تهویه‌ی هوارسانی و بازگشت هوا

برای هر دسته، تعدادی از مشکلات به همراه توضیحی ساده از تئوری آن مشکل و نحوه‌ی تاثیرگذاری آن بر دسترسی و بهای تمام شده (TCO) توضیح داده شده است. این اطلاعات در جداول خلاصه و ارائه شده است.

در نهایت، به توضیح تعدادی از رویه ها پرداخته که در صورت اجرا، به شکل قابل ملاحظه ای دسترسی مرکز داده را بهبود بخشیده و TCO را کاهش می‌دهد.

الزامات اصلی برای جریان هوا

جریان هوای داخل و اطراف کابین یا رک در عملکرد سرمایش نقشی حیاتی دارد. مهمترین عامل در درک جریان هوای رک، توجه به این اصل بوده که تجهیزات فاوا به دو موضوع بستگی دارد:

  1. هوایی که به طور مناسبی تهویه مطبوع شده در مسیر ورودی هوا در تجهیزات موجود باشد.
  2. جریان هوا در داخل و خارج تجهیزات محدود نباشد.

دو مشکل اساسی که معمولا پیش آمده و از شرایط ایده‌آل جلوگیری می کنند عبارتند از:

  1. هوای CRAC پیش از رسیدن به هوای ورودی تجهیزات، با هوای گرم تهویه ترکیب می‌شود.
  2. جریان هوای تجهیزات با موانعی محدود و مسدود می‌شود.

موضوع قسمت بعدی به آن اختصاص یافته که تصمیمات اجرایی که در اصل با اهداف خوبی برنامه ریزی شده و بی ضرر به نظر می رسند، در واقعیت دو مشکل مطرح شده را ایجاد می کنند و راه کارهای رایجی که معمولا برای پیگیری و مواجهه با پیامدها و عوارض این مشکلات به کار گرفته می‌شود، شدیدا دسترسی را به خطر انداخته و هزینه‌ها را افزایش می‌دهد.

جریان هوا در رک

اگرچه اغلب رک را قطعهای مکانیکی می‌شناسند، ولی رک می تواند نقشی مهم در ممانعت و محدود کردن جریان هوای گرم تهویه شده از تجهیزات و بازگشت آن به ورودی هوای تجهیزات، ایفا کند. این هوا با اندکی افزایش فشار تهویه شده ، و با قرار گرفتن در معرض جریان مکشی واقع در دریچه‌ی ورودی تجهیزات، وارد تجهیزات می شود. بزرگی و ابعاد این اثر بسیار بزرگ‌تری از تاثیر رانش و حرکت خود به خودی هوای گرم تهویه شده، که بیشتر افراد معتقدند دلیل طبیعی دور شدن هوای گرم تهویه شده از تجهیزات بوده، می‌باشد. رک و پنل‌های کاذب نوعی مانع طبیعی ایجاد کرده که طول مسیر گردش مجدد هوا را افزایش داده و در نتیجه، ورود هوای گرم تهویه شده را به داخل تجهیزات، کاهش می‌دهد.

با وجود توصیه‌ی اکید تمام تولید‌کنندگان اصلی تجهیزات IT بر استفاده از این پنل ها، کمابیش در 90% مراکز داده حذف این پنل های کاذب ، یکی از رایج ترین اقداماتی است که صورت می گیرد. مشکلات ایجاد شده در گردش مجدد هوا، می تواند به 15°F و یا 8°C افزایش دما در تجهیزات فاوا منجر شود. توضیحی مفصل و دقیق از این تاثیرات به همراه داده های تجربی را می‌توان در گزارش “بهبود عملکرد سرمایش رک با استفاده از پنل‌های کاذب”[1] مشاهده کرد. پنل‌های کاذب رک، جریان هوا را مطابق شکل 2، تغییر می‌دهند. نصب این پنل‌ها فرایندی ساده بوده که تقریبا در هر مرکز داده ای و با هزینه ای بسیار کم، قابل اجراست.

شکل 2: گردش مجدد هوا به علت حذف پنل های کاذب

wp49 (5)

2A: چپ: بدون پنل کاذب

2B: راست: با پنل کاذب

بسیاری از رک‌های پیکربندی شده، نشان از نقایص دیگری دارند که تاثیری مشابه حذف پنل‌های کاذب دارند. با استفاده از رک‌های وسیع و با الحاق چند ریل به آن برای آسان شدن جابجایی و نصب تجهیزات، امکان گردش مجدد هوا در اطراف ریل های رک فراهم می‌شود. با استفاده از قفسه‌هایی برای جایگیری تجهیزات IT، از به کارگیری پنل‌های کاذب جلوگیری شده و مسیر وسیعی برای گردش مجدد جریان هوا ایجاد می‌شود. بعضی از رک های 19 اینچی (در حدود 48 سانتی متر) استاندارد به طور پیش فرض مسیرهای از پیش ساخته شده ای برای گردش مجدد هوا در اطراف ریل‌ها و در بالا و پایین رک دارند.

در این موارد، نصب پنل‌های کاذب نمی‌تواند به طور کامل گردش مجدد هوا را کنترل کند. بسیاری از رک‌ها برای عملکرد موثر در محیط پرظرفیت فاوا طراحی نشده اند. استانداردسازی صورت گرفته بر رک درست و استفاده از پنل های کاذب، می‌تواند گردش مجدد هوا و همچنین بروز نقاط پرحرارت را به شکل قابل توجهی کاهش دهد.

با استفاده از پنل های کاذب و انتخاب رک‌هایی که گردش مجدد هوا را کنترل کنند، مزایایی واضح و مشخص در کاهش دمای نقاط پرحرارت واضح و همچنین در رابطه با دسترسی سیستم به دنبال دارد. اگرچه، مزایای دیگری نیز از این طریق قابل دستیابی بوده که تا این اندازه مشخص نبوده و نیاز به توضیح دارد.

گردش مجدد هوا بر بازه ی تحمل خطا موثر است

سیستم‌های رک با گردش هوای مجدد قابل توجه، تحمل خطا را کاهش داده و اگر در تناقض با سیستم‌های به درستی اجرا شده قرار گیرد، قابلیت تعمیر و نگهداری را نیز کاهش خواهد داد. در بیشتر تجهزات نصب شده، سرمایش از طریق ردیفی از واحدهای CRAC فراهم می‌شود که هوای مورد نیاز پلنوم یا دالان هوا که همان کانال هوای ساخته شده از سازه بین سقف کاذب و سقف حقیقی بوده را تامین می کنند. در چنین ساختاری، معمولا می‌توان سرمایش تاسیسات را با یک سیستم CRAC که به دلیل خرابی و یا نگهداری، off-line بوده، تعمیر و نگهداری کرد در حالی که باقی واحدهای CRAC قادر به توزیع سرمایش مورد نیاز متناسب با مصرف هستند.  گردش مجدد هوا از طریق راه‌های زیر، توانایی تحمل خطا را به خطر می اندازد:

  • دمای پایین تر در هوای برگشتی به CRAC ناشی از گردش مجدد هوا که باعث شده CRAC ها با توان کم‌تری کار کرده و نهایتا سیستم قادر به تامین سرمایش مورد نیاز نباشد.
  • اثرات افزایش سرعت هوای ورودی تجهیزات که برای غلبه بر گردش مجدد مورد نیاز است، را نمی‌توان با بقیه‌ی سیستم‌ها تعدیل کرد و این افزایش سرعت، در کل منجر به تشدید گردش مجدد جریان هوا و ایجاد مناطق پرحرارت بیشتری می گردد.

گردش مجدد هوا بر بهاید تمام شده موثر است

مسائل و مشکلات دسترسی مربوط به حرارت بیش از حد و تحمل خطا، نقش استدلالی توجیه کننده در استفاده از رک‌های استاندارد و پنل های کاذب دارد. اگرچه، پیامدهای گردش مجدد هوا در TCO بسیار قابل توجه بوده و از اعتبار این استدلال ها می کاهد.

بیشترین هزینه‌ی ناشی از سرمایش در چرخه ی عمر، مربوط به هزینه‌ی برق عملکرد تجهیزات و فن‌های سرمایش است. گردش مجدد هوا بر مقدار برق مصرف شده (وات) و یا گنجایش (تن) مورد نیاز برای سرمایش مرکزداده موثر نبوده، اما بر بهره‌وری سیستم سرمایش به طور قابل توجهی تاثیر عکس دارد. این بدان معناست که گردش مجدد هوا باعث افزایش هزینه‌های مرتبط با برق می‌شود. علاوه بر آن، اجزای هزینه در شکل 3 نمایش داده شده است.

در شکل 3 توالی پیامدهایی که معمولا در اثر تلاش در جهت رویارویی با مشکلات اولیه گردش مجدد هوا، از جمله نقاط پرحرارت، رخ می‌دهد، نشان داده شده است. دو پاسخ متداول در برطرف کردن نقاط پرحرارت، کاهش دمای منبع CRAC و یا افزایش ظرفیت CRAC و یا ترکیبی از هر دو می‌باشد. این پاسخ‌ها هزینه‌های پیش‌بینی نشده‌ی بزرگی مانند آنچه در شکل نشان داده شده، در پی دارند. کنترل گردش مجدد هوا از طریق طراحی و رویه‌هایی که در این مقاله توضیح داده شد، تنها با صرف کمی هزینه امکان‌پذیر بوده و بدین وسیله از پیامدهای نشان داده شده در شکل، جلوگیری می شود.

شکل 3: نمودار

توالی پیامدهای مالی ناشی از گردش مجدد هوا
توالی پیامدهای مالی ناشی از گردش مجدد هوا

 

با اعمال محدودیت بر جریان هوا، هوای تازه به تجهیزات نرسیده که منجر به بروز حرارت بیش از حد می‌شود. علاوه بر آن، محدود کردن هوا در جلو یا پشت رک، گردش مجدد هوا در فضای رک فاقد پنل‌های کاذب، را افزایش می‌دهد. در نتیجه، باید از رک‌هایی با درب های مشبک استفاده شود و در پشت رک نیز فضای کافی موجود بوده تا درهم پیچیدن کابل‌ها موجب مسدود شدن مسیر جریان هوا نشوند. گاهی کاربران رک های کم‌عمقی انتخاب می‌کنند با این تصور که، این رک‌ها سطح آزاد و اشغال نشده ی کف را افزایش می‌دهند ولی با این انتخاب و به دلیل محدودیت های حرارتی ناشی از مسدود شدن مسیر جریان هوا توسط کابل‌ها، نمی‌توانند از تمام ظرفیت بهره برند.

جدول 1: خلاصه ای از خطاهای طراحی جریان هوای رک با پیامدهای آن

خطای طراحی

پیامدهای مربوط به دسترسی

پیامدها بر TCO

راه کار

·   بدون پنل‌های کاذب

·   تجهیزات در قفسه‌ها

·   استفاده از رک های 23 اینچی (584 سانتی متر) بدون ریل و براش[2]

·  نقاط پرحرارت، مخصوصا در بالای رک‌ها

·  از دست رفتن افزونگی سرمایش

·  هزینه‌های برق

·  کاهش ظرفیت CRAC

·  نگهداری دستگاه‌های رطوبت‌ساز

·  مصرف آب

·  استفاده از پنل های کاذب

·  عدم استفاده از قفسه‌ها

·  استفاده رک‌هایی بدون فضای باز بیرون ریل ها

·  افزودن براش هایی بیرون از ریل‌ها در رک‌های وسیع

·   دریچه ی سیمی مشبک در زیر رک بدون براش

·  نقاط پرحرارت، مخصوصا در بالای رک‌ها

·  از دست رفتن فشار استاتیک در کف کاذب

·  از دست رفتن افزونگی در سرمایش

·  کاهش بهره‌وری CRAC

·  به کارگیری براش‌ها و یا درزبند در دریچه‌ی سیمی زیر رک

·   درهای شیشه ای

·   درهایی با تهویه‌ی کم

·  حرارت بیش از حد

·  تشدید مشکلات مرتبط با پنل های کاذب

·  کاهش استفاده از فضا و رک

·  استفاده از درهای تهویه در جلو و پشت رک

·   استفاده از سینی فن و فن های سقفی

·  مزایای بسیار کم

·  از سرمایه گذاری مشابهی می توان برای اهداف سودمندی استفاده کرد.

·  ظرفیت هدر رفته

·  برق هدر رفته

·  از سینی های فن و فن های سقفی استفاده نشود.

·   رک های کم عمق

·  در هم پیچیدن کابل‌ها به شکل مانعی بر جریان هوا،  به حرارت بیش از حد انجامیده

·  کاهش استفاده از فضا و رک

·  از رک هایی با عمق کافی استفاده شده تا امکان جریان آزادانه‌ی هوا اطراف کابل ها فراهم شود.

 

علاوه بر این روش های غیرفعال در کنترل جریان هوای رک که در بالا توضیح داده شد، استفاده از سیستم های فن مبتنی بر رک، نیز می‌تواند برای کنترل توزیع هوا در رک، به کار گرفته شود. بعضی از سیستم‌های فن رک، مانند سینی فن و یا فن‌های سقفی، مزایای اندکی ایجاد می کنند. دیگر سیستم های فن، مانند سیستم‌هایی که هوای زیر کف را در جلو و پشت رک توزیع کرده و یا هوای تهویه شده از پشت رک را فیلتر و تمیز می‌کنند، تاثیرات نامطلوب ناشی از گردش مجدد هوا را کاهش داده و ظرفیت رک را افزایش می‌دهند. بررسی های دقیق از این سیستم ها در گزارش “برق و سرمایش برای رک‌هایی با ظرفیت بسیار بالا و سرورهای تیغه‌ای”[3] آورده شده است. استانداردسازی رک با هدف بهبود عملکرد فن ها، می تواند مقدمات توسعه ی آتی به ظرفیت‌های بالاتر را فراهم آورد.

جانمایی رک‌ها

کنترل کافی و مناسب بر جریان هوای رک همان طور که در قسمت قبل توضیح داده شد، برای سرمایش کارآمد ضروری بوده اما، به خودی خود، کافی نخواهد بود. جانمایی درست رک ها در اتاق نیز نقشی حیاتی در اطمینان از دسترسی به مقدار کافی هوا با دما مناسب، ایفا می‌کند. جریان هوا در رک عاملی کلیدی است.

هدف از جانمایی درست رک باز هم اعمال کنترل بر گردش مجدد هوا بوده که به معنی، جلوگیری از ترکیب شدن هوای CRAC با هوای گرم تهویه شده پیش از رسیدن این هوا به دریچه‌ی ورودی تجهیزات، است. اصول طراحی نیز مشابه است: جداسازی هوای گرم تهویه شده از ورودی هوای به تجهیزات تا بیشترین حد ممکن.

راه‌حل شناخته شده ی این مشکل آنست که با قرار دادن رک‌ها در ردیف ها به گونه ای که در هر دالان رک ها به صورت روبرو یا پشت به پشت باشند، می‌توان گردش مجدد هوا را تا حد زیادی کاهش داد. اصول این راه کار در گزارش موسسه ی Uptime تحت عنوان “با راهروهای گرم و سرد یک در میان، سرمایش باثبات تری در سایت”[4] توضیح داده شده است.

با وجود مزایای واضح سیستم راهروی گرم-راهروی سرد، پژوهش‌هایی انجام شده که حاکی از آنست 25% مراکز داده و اتاق های شبکه، رک‌ها را به نحوی در ردیف‌ها قرار داده که رو به یک سمت دارند. قرار دادن تمام رک‌ها به سمتی یکسان تا حد زیادی موجب گردش مجدد هوا شده و قطعا موجب بروز مشکلات نقاط پرحرارت شده، و افزایش چشمگیر هزینه های عملیاتی سیستم حتمی خواهد بود. هزینه‌ها با نصب افزایش یافته و در شکل 3 نمایش داده شده است.

به کارگیری موثر تکنیک‌های راهروی گرم-راهروی سرد، بیش از صرفا قرار دادن رک ها در ردیف های یکی در میان است. از میان تجهیزات نصب شده، 75% آن‌ها از تکنیک راهروی گرم-راهروی سرد استفاده کرده که بیش از 30 درصدشان نیز نظم و سامان‌دهی مناسبی در سیستم‌های توزیع و بازگشت هوا جهت تامین هوای ردیف‌ها ندارند. این موضوع بعدها در قسمت جانمایی مسیرهای هوارسانی و بازگشت هوا مطرح خواهد شد. 

پژوهش‌هایی که توسط اشنایدر الکتریک در میان سایت‌هایی که در آن رک‌ها رو به یک سمت قرار داده شده و از تکنیک‌های راهروی گرم-راهروی سرد استفاده نمی‌کنند، انجام شده نشان داده است که اصلی ترین دلیل این مساله، دستورات مدیریتی است که ناشی از توجه به نظم ظاهری مرکز داده بوده است. در این مطالعات بیان شده که اگر پیامدهای مخرب این چیدمان به روشنی نشان داده شده بود، این دستورات ناموفق نیز هرگز صادر نمی‌شد.

برای سیستم هایی که در آن تمامی رک‌ها به سمت مشابهی چیده شده باشد، بسیاری از تکنیک‌های مطرح شده در این مقاله ناکارآمد و ناموفق خواهد بود. اگر چیدمان رک‌های یکی در میان ممکن نباشد، در آن صورت یکی از روش های موثر برای برطرف کردن نقاط پرحرارت در این محیط، پیاده‌سازی واحد اضافی توزیع هوا برای رک‌های تحت تاثیر این نقاط، خواهد بود.

جدول 2: خلاصه‌ای از خطای طراحی جانمایی رک‌ها و پیامدهای مرتبط با آن

خطای طراحی

پیامدها بر دسترسی

پیامدها بر TCO

راه‌کار

·     رک‌ها همه رو به یک سمت قرار داده شده

·     راهروی گرم-راهروی سرد اجرا نشده

·     نقاط پرحرارت

·     از دست رفتن افزونگی سرمایش

·     از دست رفتن ظرفیت سرمایش

·     خرابی‌های پیشامده در رطوبت‌ساز

·     مصرف برق بیش از حد

·     مصرف آب

·     نگهداری دستگاه رطوبت‌ساز

·     به کارگیری جانمایی راهروی گرم-راهروی سرد

·     در ردیف‌ها قرار داده نشده

·     مشکلات مشابه

·     مشابه

·     سامان‌دهی رک‌ها در ردیف‌ها

·     رک‌ها در ردیف‌ قرار گرفته ولی کاملا نزدیک و مرتبط نیستند

·     مشکلات مشابه

·     مشابه

·     چیدمان منظم رک ها

·     رک‌ها را با فاصله از هم قرار ندهید

·     تمام رک‌ها رو به یک جهت قرار داده شده باشند

·     نقاط پرحرارت

·     از دست رفتن افزونگی سرمایش

·     از دست رفتن ظرفیت سرمایش

·     خرابی‌های پیشامده در رطوبت‌ساز

·     مصرف برق بیش از حد

·     مصرف آب

·     نگهداری دستگاه رطوبت‌ساز

·     به کارگیری جانمایی راهروی گرم-راهروی سرد

 

توزیع مصرف

مکان‌هایی که مصرف مخصوصا مصارف بالای برق، در آن اتفاق می‌افتد، می توانند توانایی مرکز داده را تحت فشار و ریسک قرار دهند. مصارف پرظرفیت معمولا زمانی مشاهده شده که سرورهای پرظرفیت با عملکرد بالا، دریک یا چند رک قرار داده شده باشند. چنین شرایطی می تواند به افزایش نقاط پرحرارت در مرکز داده منجر شده و اپراتورها را وادار سازد تا به اقدامات اصلاحی چون کاهش درجه حرارت کارکرد و یا افزودن بر واحدهای CRAC دست زنند. چنین اقداماتی موجب تشدید پیامدهای نامطلوب نشان داده شده در شکل 3 خواهد شد.

به این دلایل، توزیع و پراکنده کردن مصرف در صورت امکان، بسیار موثر خواهد بود. خوشبختانه، پراکنده ساختن تجهیزات تاثیر منفی بر اتصال های بین اترنت و فیبرها نخواهد داشت. معمولا تمایل به هم مکانی این دستگاه ها، در میان کارکنان IT با تصور اثربخشی بیشتر، مشاهده می‌شود. به همین دلیل نیز باید مشاوره و اطلاعات لازم در رابطه با دسترسی مناسب‌تر و صرفه جویی‌ در هزینه‌های حاصل از پراکنده سازی دستگاه ها، در اختیار افرادی که تلاش در قرار دادن دستگاه‌ها در مکان مشترک دارند، قرار گیرد.

برای رک‌های با توان بالا، گزینه های دیگری نیز وجود داشته که از آثار نامطلوب سرمایشی جلوگیری می کند. برای بررسی کامل‌تری از موضوع مدیریت رک‌ها با توان بالا، به گزارش “برق و سرمایش برای رک‌های با ظرفیت بسیار بالا و سرورهای تیغه‌ای[5] مراجعه شود.

جدول 3: خلاصه‌ای از خطای طراحی در توزیع مصرف و پیامدهای آن

خطای طراحی

پیامدها بر دسترسی

پیامدها بر TCO

راه‌کار

·     مصارف متمرکز

·     نقاط پرحرارت

·     از دست رفتن افزونگی سرمایش

·     مصرف برق بیش از حد

·     پراکنده ساختن مصارف تا حد ممکن به طور همگون

 

تنظیمات سرمایش

در قسمت قبل پیامدهای منفی کاهش دمای هوای CRAC توضیح داده شد. با قرا گرفتن دمای هوای خروجی CRAC در بالاترین  مقدار، عملکرد دستگاه تهویه مطبوع به حداکثر می‌رسد. در حالت ایده آل، بدون هیچ میزانی از گردش مجدد هوا، دمای خروجی CRAC در همان حد مطلوب مورد نظر برای تجهیزات کامپیوتر یعنی 68-77°F(20-25°C) می‌باشد. البته در واقعیت چنین شرایطی هرگز اتفاق نخواهد افتاد و دمای هوای خروجی CRAC معمولا تا حدی کمتر از دمای هوای ورودی کامپیوتر است. اگرچه زمانی که اقدامات مرتبط با توزیع هوا که در این مقاله توضیح داده شده، اجرا شود، دمای تعیین شده برای CRAC نیز به حداکثر می‌رسد. برای به حداکثر رساندن ظرفیت و بهینه‌سازی عملکرد، دمای کارکرد CRAC نباید کمتر از حد مورد نیاز در تعدیل دمای مطلوب برای ورودی تجهیزات باشد.

اگرچه دمای کارکرد CRAC، در فاز طراحی سیستم توزیع هوا مشخص شده، اما ممکن است برای رطوبت، هر مقدار مورد نظری را تعیین کرد. تنظیم مقدار رطوبت بیشتر از حد مورد نیاز مضرات قابل توجهی را به دنبال دارد. ابتدا، واحد CRAC میعان قابل توجهی در کویل ایجاد گرده و رطوبت هوا را از بین می‌برد. با کارکرد رطوبت زدایی، شدیدا از ظرفیت سرمایش هوای واحد CRAC کاسته می‌شود. آن چه اوضاع را بدتر کرده آنست که دستگاه رطوبت‌ساز باید آبی که از هوا گرفته شده را جایگزین سازد.

این امر در یک مرکز داده‌ی معمولی، به هدررفت هزاران گالن آب در سال انجامیده، و رطوبت‌سازها منبع مهمی در تولید حرارت بوده که به سرمایش نیاز داشته و در نتیجه، مقدار بیشتری از ظرفیت واحد CRAC کاسته می‌شود. در صورت گردش مجدد هوا که هوای CRAC با دمای پایین‌تر راحت‌تر میعان شده، این شرایط حتی پیچیده‌تر نیز می شود. در نتیجه، بسیار مهم است که مراکز داده در رطوبتی بیشتر از حد مورد نیاز، کار نکنند.

بعضی از مراکز داده ، مخصوصا مراکز داده‌ی قدیمی، دارای فضای چاپ با پرینترهای بزرگ و صنعتی هستند. این پرینترها می‌توانند بار الکتریکی ساکن بالایی تولید کنند. اما برای کنترل تخلیه ی بار الکتریکی، رطوبت نسبی مرکز داده در حد 50% استاندارد شده و توسعه یافته است. هرچند که برای مراکز داده‌ی فاقد چنین پرینترهای بزرگ پرسرعت، رطوبت نسبی 35% کافی است. عملکرد مرکز داده در رطوبت 35% به جای 45-50% به خصوص در شرایطی که گردش مجدد هوا چشمگیر بوده، می توان تا حد زیادی در مصرف آب و انرژی صرفه جویی کرد.

مشکل دیگری نیز ممکن است در مرکزداده با چند واحد CRAC مجهز به رطوبت‌ساز، رخ دهد آنست که دو واحد CRAC به شکل غیرکارآمدی بر خلاف یکدیگر در کنترل رطوبت عمل کنند. در صورتی که هوای برگشتی به دو CRAC که در دو دمای مختلف تنظیم شده، و یا کالیبراسیون‌های سنسور دستگاه های رطوبت‌ساز هماهنگ نشده، و یا CRAC ها با تنظیمات رطوبت متفاوتی، تنظیم شده باشند این مشکل مشاهده می شود. یکی از واحدهای CRAC در حال رطوبت زدایی هوا بوده در حالی که دیگری به هوای محیط رطوبت اضافه می‌کند. این حالت عملکرد شدیدا هدردهنده بوده ولی هنوز برای بسیاری از اپراتورهای مرکز داده آشکار نیست.

مشکلات مرتبط با این عدم هماهنگی در کنترل رطوبت در میان واحدهای CRAC و هدررفت بالای آن، را می‌توان از طریق الف)کنترل مرکزی رطوبت، ب) ایجاد کنترل هماهنگ رطوبت بین واحدهای CRAC، ج) با خاموش کردن یک یا چند دستگاه رطوبت‌ساز در CRAC، و یا د) با ایجاد بازه خلاصی و یا Deadband برطرف کرد. هر یک از روش های معرفی شده مزایای خود را داشته، که در محدوده‌ی این مقاله نمی گنجد. زمانی که مشکلات پیش می‌آیند، عملی ترین راه ممکن در برطرف کردن آن در سیستم‌های معمول با CRACهای مستقل، در بررسی و تایید آن بوده که سیستم ها با تنظیمات یکسان کار ‌کنند، به درستی کالیبره شده‌اند، و در نهایت نیز ایجاد بازه خلاصی در کنترل رطوبت که در بیشتر واحدهای CRAC در دسترس است، توسعه یابد. وقتی تنظیمات خلاصی در 5%± تنظیم شود، اغلب این مشکلات نیز رفع می شوند.

جدول 4: خلاصه‌ای از خطای طراحی در تنظیمات سرمایش و پیامدهای مرتبط با آن

خطای طراحی

پیامدها بر دسترسی

پیامدها بر TCO

راه کار

·      تنظیم رطوبت به مقدار بسیار بالا

·       نقاط پر حرارت

·       از دست رفتن افزونگی سرمایش

·    مصرف برق بیش از حد

·    مصرف آب

·    نگهداری دستگاه رطوبت‌ساز

·    تنظیم رطوبت در 35-50%

·      چند واحد CRAC در عملکرد در خلاف یکدیگر در کنترل رطوبت یک فضا

·       از دست رفتن افزونگی سرمایش

·       از دست رفتن ظرفیت سرمایش

·    مصرف برق بیش از حد

·    مصرف آب

·    نگهداری دستگاه رطوبت‌ساز

·    تنظیمات یکسان در تمام واحدها

·    تنظیم بازه‌ی خلاصی 5% در سطح رطوبت کارکرد

·    استفاده از رطوبت‌سازهای مرکزی

·    خاموش کردن رطوبت‌سازهای غیرضروری

 

جانمایی مسیرهای هوارسانی و بازگشت هوا

جریان هوا و جانمایی رک‌ها، عوامل کلیدی در هدایت هوا در بالاترین عملکرد در سرمایش به شمار می‌روند. اگرچه، عامل دیگری نیز برای اطمینان از بالاترین عملکرد مورد نیاز است که همان جانمایی مسیرهای هوارسانی و بازگشت هوا هستند. جایگذاری نامناسب این مسیرها، ممکن است پیش از رسیدن هوای CRAC به تجهیزات، باعث ترکیب این هوا با هوای گرم تهویه شده گردد که در نهایت، به افزایش مشکلات سلسله واری که پیشتر مطرح شد در عملکرد و هزینه خواهد انجامید. این جایگذاری ضعیف مسیرهای تهویه، اشتباهی بسیار متداول بوده و تقریبا می‌تواند تمامی مزایای طراحی راهروی گرم-راهروی سرد را از بین ببرد.

نکته ی اصلی در جایگذاری مسیرهای هوارسانی، آنست که این مسیرها را تا حد ممکن نزدیک ورودی هوای تجهیزات قرار داده و هوای سرد، در راهروی سرد نگه داشته شود. این کار در توزیع هوا در زیر کف با قرار دادن تایل های تهویه کننده تنها در راهروهای سرد، امکان پذیر خواهد شد. توزیع هوا از سقف نیز می‌تواند به همان اندازه‌ی سیستم های توزیع هوا زیر کف کاذب موثر باشد ولی همچنان باید توجه داشت که قرارگیری مسیرهای توزیع هوا بالای راهروی سرد بسیار مهم بوده و مسیرها باید از همان ابتدا برای هدایت مستقیم هوا به سمت پایین و داخل راهروی سرد(بدون آن که بعدا مسیر دیگری به این منظور تعریف شود)، طراحی شوند.

در هردو حالت سیستم های زیر کف کاذب و بالاتر از سطح کف، هر مسیری که در مکانی فاقد تجهیزات در حال عملکرد قرار گرفته باشد، باید مسدود شود چرا که منبعی برای گردش مجدد هوا در دمای پایین تر به واحد CRAC خواهد بود که رطوبت هوا را کاهش داده (افزایش رطوبت زدایی) و از عملکرد مناسب CRAC کاسته می‌شود.

در طراحی مسیر تهویه نکته‌ی کلیدی اینست که تا حد ممکن نزدیک به تجهیزات و در انتهای راهروهای گرم باشد. در بعضی موارد از پلنوم سقف کاذب استفاده شده تا این مسیر تهویه هوای برگشتی به راحتی همراستا با راهروهای گرم قرار داده شوند. در صورت وجود سقف کاذب بلند، بهترین مکان جانمایی مسیر برگشتی هوا به داخل CRAC ها در انتهای همین پلنوم است. هرچقدر ارتفاع این ورودی هوا بالاتر و همراستای راهروهای گرم باشد و اگر از جداکننده بالای رک ها برای جلوگیری از پراکنده ساختن هوای برگشتی استفاده شود، تداخل هوای سرد و گرم کمتر می شود. حتی پلنوم نامناسب یا با تعداد معدودی ورودی هوا که به شکل ناکارامدی با راهروی گرم همراستا شده، نیز نسبت به توده ی هوای گرم برگشتی در اتاق ارجحیت دارد.

wp49 (4)

wp49 (3)

برای اتاق های کوچک‌تر فاقد کف کاذب و یا کانال هوا، CRAC های پایین زن و بالازن اغلب در گوشه‌ای از اتاق یا هم راستای دیوار قرار داده می‌شوند. در این موارد، همراستا ساختن مسیرهای هوارسانی با راهروی سرد و مسیرهای تهویه هوای برگشتی با راهروهای گرم، بسیار دشوار خواهد بود. در چنین شرایطی عملکرد ممکن است تحت تاثیر قرار گرفته و کاهش یابد. اگرچه می توان به روش های زیر، عملکرد سیستم ها را بهبود بخشید:

  • برای واحدهای ورودی هوا، واحدها را در نزدیکی انتهای راهروی گرم قرار داده و کانال هایی نیز برای آوردن هوای سرد به نقاطی در بالای راهروهای سرد و تا حد مکن دور از واحدهای CRAC، افزوده شوند.
  • برای واحدهای خروجی هوا، واحدها را در انتهای راهروی سرد قرار داده و به شکلی جهت گیری شود که هوا را به سمت پایین داخل راهروی سرد دمیده و در بالای راهروهای گرم، یا یک پلنوم هوای برگشتی در سقف کاذب و یا کانال های هوای برگشتی معلق با مسیرهای برگشت هوا ، افزوده شود.

در مطالعه ای انجام شده دلیل اصلی و زیربنایی جایگذاری ضعیف شبکه‌های هوای برگشتی، عبارتست از: کارکنان احساس می کنند که بعضی از راهروها گرم و بعضی دیگر سرد هستند و این شرایط را نامطلوب در نظر گرفته و سپس، با جابجا کردن مسیرهای هوای سرد به سمت راهروهای گرم، و همچنین هوای گرم برگشتی به سمت راهروهای سرد، تلاش در جبران و اصلاح این شرایط دارند. یعنی شرایطی که با طراحی درست و مناسب مرکز داده، برای دستیابی به آن تلاش می‌شود که همان جداسازی هوای سرد از گرم بوده، از سوی کارکنان به عنوان یک اشکال تلقی شده و اقدامات صورت گرفته از سوی آنان در جهت ترکیب هوای سرد و گرم، عملکرد مرکز داده را به خطر انداخته و هزینه‌های سیستم را نیز افزایش می‌دهد. افراد درک نمی‌کنند که راهروهای گرم در اصل باید حاوی هوای گرم باشند.

مشخص است که سامان دهی مسیرهای توزیع هوا و بازگشت آن، در زمان ساخت مرکز داده بسیار ساده‌تر است. در نتیجه، پیش از طراحی سیستم تهویه، باید یک جانمایی از اتاق با موقعیت مکانی و جهت گیری ردیف های رک در اختیار داشت.

جدول 5: خلاصه ای از خطای طراحی در هوارسانی و برگشت هوا و پیامدهای مرتبط با آن

خطای طراحی

پیامدها بر دسترسی

پیامدها بر TCO

راه کار

·    مسیر  هوای برگشتی دقیقا بالای راهروی گرم نبوده

·    لامپ های سقف کاذب و ملحقات مسیر  برگشتی هوا بالای راهروی سرد قرار گرفته

·    نقاط پرحرارت مخصوصا در بالای رک‌ها

·    از دست رفتن افزونگی سرمایش

·    هزینه‌های برق

·    کاهش ظرفیت CRAC

·    نگهداری دستگاه‌های رطوبت‌ساز

·    مصرف آب

·    قرار دادن هدایت کننده های هوای گرم برگشتی دقیقا در راهروی گرم

·    از لامپ ها با هدایت کننده های هوای برگشتی بالای راهروی سرد استفاده نشده و یا این هدایت کننده ها مسدود شوند.

·    مسیرهای هوارسانی نزدیک سقف بالای راهروهای گرم

·    تایل تهویه در کف در راهروی گرم

·    نقاط پرحرارت

·    از دست رفتن افزونگی سرمایش

·    هزینه‌های برق

·    کاهش ظرفیت CRAC

·    نگهداری دستگاه‌های رطوبت‌ساز

·    مصرف آب

·    در هوارسانی سقفی، همواره مسیرهای هوارسانی بالای راهروی سرد قرار گیرد.

·    برای توزیع هوا از کف کاذب، همواره مسیرهای هوارسانی در راهروهای سرد قرار گیرد.

·    کاشی تهویه در کف دور از محل مصرف برق قرار گیرد

·    مسیرهای هوارسانی نزدیک سقف بالای محل مصرف باز نشود

·    سراخ‌های جانبی در کف کتذب برای عبور کانال ها، سیم‌ها و لوله ها

·    کوچک

·    هزینه‌های برق

·    کاهش ظرفیت CRAC

 

·    مسیرهای واقع در بالای مکان های خالی از مصرف، مسدود شوند.

·    ارتفاع کم مسیرهای هوای برگشتی در فضاها با ارتفاع سقف زیاد

·    از دست رفتن ظرفیت CRAC

·    از دست رفتن افزونگی سرمایش

·    هزینه‌های برق

·    کاهش ظرفیت CRAC

·    نگهداری دستگاه‌های رطوبت‌ساز

·    مصرف آب

·    به کارگیری سقف کاذب برای پلنوم هوای برگشتی، و یا توسعه کانال ها برای جمع آوری هوای گرم برگشتی در ارتفاع بالا

 

پیشگیری از طریق رویه‌ها

با پیروی از راهنمایی های این مقاله، می توان مراکز داده ی جدیدی با دسترسی بسیار بالاتر، نقاط پرحرارت کمتر و عملکرد با هزینه‌ی کمتر، ساخت. برخی از تکنیک‌های توضیح داده شده را می‌توان در مراکز داده‌ی موجود فعلی نیز اجرا کرد ولی بعضی دیگر در سیستم های فعلی غیر عملی و ناممکن است. طبیعتا پیشگیری از بروز مشکلات در درجه‌ی اول بهترین اقدام خواهد بود. پژوهش های اشنایدر الکتریک، بیان داشته که بیشتر نقایص طراحی سیستم های سرمایش غیرعمدی و نا آگاهانه بوده و اگر کارکنان تاسیسات و یا IT، اهمیت توزیع مناسب هوا و تاثیر آن بر دسترسی، عملکرد و هزینه‌های مرکز داده را درک می کردند، بسیاری از این خطاها رخ نمی‌داد. یکی از راه‌های برقراری ارتباطات موثر بین نهادهای دخیل در زمینه‌ی عوامل اصلی و کلیدی، به کارگیری رویه های مناسب است.

جدول 6: رویه‌های توصیه شده برای طراحی مرکز داده

رویه

توجیه

استفاده از جانمایی رک به روش راهروی گرم-راهروی سرد

جداسازی هوای سرد و گرم بروز نقاط پرحرارت را کاهش داده، تحمل خطا را بالا برده و به مقدار زیادی از مصرف برق می کاهد. این حقیقتی کاملا شناخته شده است که قرار دادن تمام ردیف ها رو به یک جهت باعث شده که هر ردیف در معرض هوای گرم تهویه شده از سوی ردیف جلویی خود شده، و در نهایت حرارت بیش از حد ایجاد شده که عملکرد دستگاه تهویه مطبوع را به شکل قابل توجهی کاهش می‌دهد.

استفاده از پنل های کاذب (در صورت عدم وجود) در تمام رک‌ها

پنل‌های کاذب از بازگشت هوای گرم تهویه شده از تجهیزات به ورودی هوای تجهیزات، جلوگیری کرده که در نتیجه، از بروز نقاط پرحرارت جلوگیری شده و عمر مفید تجهیزات را افزایش می‌دهد. تمام تولیدکنندگان سرور و وسایل ذخیره‌سازی معتقدند که باید از این پنل‌ها استفاده شود.

به کارگیری درزبند و یا براش در تمام دریچه‌های مشبک سیمی زیر رک ها در کف کاذب

هدف از سیستم توزیع هوا در کف کاذب، رساندن هوای سرد به ورودی تجهیزات است. این ورودی های هوا در جلوی رک‌ها قرار دارند. دریچه‌های زیر رک‌ها هوای سرد را به سمت تهویه‌ی تجهیزات رانده، و با bypass تجهیزات، عملکرد سیستم سرمایش را کاهش می‌دهد.

برای تغییر و اصلاح دما در راهروی گرم تلاش نکنید. این هوا باید گرم باشد.

هدف راهروهای گرم در واقع جداسازی هوای گرم تهویه شده از هوای سرد ورودی تجهیزات است. هر اقدامی در جهت ممانعت از این امر، طراحی سیستم را به خطر انداخته، از قابلیت اطمینان تجهیزات کاسته و هزینه‌ی عملیاتی را افزایش می‌دهد. هوای تهویه شده از تجهیزات باید به طور طبیعی گرم باشد و راهروی گرم نیز به منظور هدایت این هوای گرم به سمت سیستم تهویه مطبوع ساخته شده است. با راهروهای گرم اطمینان حاصل شده که ورودی هوای تجهیزات واقع در راهروی سرد نیز به قدر کافی سرد نگه داشته می‌شود.

رک‌ها را استاندارد سازید.

رک‌ها در سیستم سرمایش نقشی حیاتی داشته و تنها نقش پشتیبانی مکانیکی ندارند. ویژگی هایی چون پیشگیری از رسیدن هوای گرم تهویه شده به ورودی تجهیزات، ارائه‌ی تهویه مناسب تر، ایجاد فضایی برای کابل کشی بدون مسدود شدن مسیر هوا و امکان تقویت تجهیزات مکمل و پرظرفیت سرمایش، باید جزیی از استانداردهای رک باشد.

پراکنده ساختن مصارف پر ظرفیت

تمرکز مصارف بالای برق در یک مکان، عملکرد آن مصارف را به خطر انداخته و معمولا هزینه های عملیاتی مراکز داده را افزایش می‌دهد. تحمل خطا در سیستم هوارسانی نیز اغلب در تمرکز مصارف بالا به خطر می افتد. تمام کنترل‌ها دما و رطوبت مرکز داده ممکن است نیاز تغییراتی داشته که بر ظرفیت سرمایش تاثیر گذاشته و هزینه‌های سرمایش را نیز افزایش دهد.

 

با ایجاد رویه های مطرح شده، بحث‌های سازنده‌ای نیز مطرح خواهد شد. علاوه بر ایجاد این رویه ها، اطلاعات مرتبط نیز با کمک علائم و برچسب‌ها، تسهیل می گردد. مثالی از این برچسب‌های قرار گرفته بر پشت رک ها در راهروی گرم، در شکل 4 مشاهده می‌شود. کارکنانی چون کارکنان IT، معمولا این راهروهای گرم را به عنوان نوعی ایراد یا مشکل در نظر می گیرند. این برچسب‌ها به این کارکنان کمک می‌کند تا دلیل گرم تر بودن یک ناحیه در مرکز داده را نسبت به بقیه نواحی، درک کنند.

این یک راهروی گرم است.

برای به حداکثر رساندن کارایی تجهیزات فاوا، این راهرو به صورت هدفمند گرم نگه داشته می‌شود. چیدمان رک‌ها و به کارگیری پنل ها، از بازگشت هوای گرم تهویه شده به ورودی تجهیزات فاوا جلوگیری خواهد کرد. این باعث کاهش دمای عملکرد و افزایش عمر مفید تجهیزات و همچنین صرفه جویی در انرژی می شود.

wp49 (6)

این یک راهروی گرم است.

برای به حداکثر رساندن کارایی تجهیزات فاوا، این راهرو به صورت هدفمند گرم نگه داشته می‌شود. چیدمان رک‌ها و به کارگیری پنل ها، از بازگشت هوای گرم تهویه شده به ورودی تجهیزات فاوا جلوگیری خواهد کرد. این باعث کاهش دمای عملکرد و افزایش عمر مفید تجهیزات و همچنین صرفه جویی در انرژی می شود.

شکل 4: برچسب بیان کننده ی هدف از ایجاد راهروی گرم

نتیجه گیری

سیستم توزیع هوا جزیی از مرکز داده بوده که به درستی درک نشده، و به همین دلیل هم معمولا اپراتورهای تاسیسات و کارکنان IT به اقداماتی در تغییر جریان هوا دست می‌زنند که پیامدهای ناخواسته اما نامطلوبی بر هزینه و دسترسی دارد.

برقراری نادرست جریان هوا در گذشته مشکلی به وجود نمی‌آورده چرا که توان مصرفی مراکز داده پایین‌تر بوده است. اگرچه، با افزایش‌های اخیر در ظرفیت برق، تست ظرفیت سیستم های سرمایش آغاز شده و بروز نقاط پرحرارت و محدودیت‌های پیش‌بینی نشده ظرفیت سرمایش نیز افزایش می‌یابد.

تصمیماتی چون جهت گیری همه‌ی رک‌ها به یک جهت، اغلب به دلایل نظم ظاهری در تصویر کلی مرکز داده صورت گرفته ولی با افزایش تحصیلات و آموزش در کاربران و مشتریان، آنها درک خواهند کرد که بی‌توجهی به برقراری درست جریان هوا ناشی از بی‌تجربگی و خلاف اهداف اولیه‌ی اصلی است.

با پیاده‌سازی رویه هایی ساده و ارائه‌ی توجیهی ساده و منطقی برای هر یک، می توان به تطابق میان کارکنان تاسیسات و IT دست یافت که دسترسی را به بالاترین حد رسانده و TCO را بهینه می سازد.

 

 

[1] – White Paper 44, Improving Rack Cooling Performance Using Blanking Panels

[2] – براش‌ها امکان عبور سیم را فراهم کرده در عین حال که از بازگشت هوای گرم از جلوی رک به پشت آن جلوگیری کرده و جریان هوای مناسبی برقرار می سازند.

[3] – White Paper 46, Power and Cooling for Ultra-High Density Racks and Blade Servers

[4]Alternating Cold and Hot Aisles Provides More Reliable Cooling for Server Farms

[5] – White Paper 46, Power and Cooling for Ultra-High Density Racks and Blade Servers

درج دیدگاه

برای درج دیدگاه کلیک کنید

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

سوال امنیتی *