مقایسه‌ی استفاده از آب و مبرد در سیستم‌های سرمایشی مرکزداده

یکی از مسائل دشوار در بهینه کردن سرمایش مرکزداده این مسئله است که از آب و سرمایش طبیعی^[1] استفاده بشود یا از مواد مبرد^[2]. در کشمکش میان این دو تاکنون آب برتری داشته است.

امروزه کاستن از میزان تولید دی‌اکسید کربن در فرآیندهای مختلف‏ موضوع بسیار مهمی است. این اصل را اکنون در بسیاری از کشورها به‌خوبی در توسعه‌ی مراکزداده در نظر می‌گیرند. تولید دی‌اکسید کربن در سیستم‌های «سرمایش با انتقال گرما به‌وسیله‌ی مبرد» بیشتر از سیستم‌های سرمایش طبیعی است.

از سویی هزینه‌ی سرمایه‌ای^[3] و هزینه‌ی اجرایی^[4] بلندمدت در سرمایش طبیعی کمتر است. همچنین این سیستم‌ها نسبت به واحدهای سرمایش مبتنی بر مبرد جای کمتری اشغال می‌کنند و در بخش فاوای مرکزداده برای استقرار تجهیزات جای بیشتری در دسترس خواهد بود. مزیت مهم دیگر سرمایش طبیعی بازده بالاتر آن است. در ادامه به دلایل برتری سیستم‌های سرمایش طبیعی که با آب کار می‌کند می‌پردازیم.

چنانکه گفتیم اولین مزیت سرمایش طبیعی هزینه‌ی کمتر است. هزینه‌ی راه‌اندازی سیستم‌های سرمایش مبتنی بر مبرد طی 2 سال گذشته در بسیاری از کشورها بسیار بالا رفته است. برای نمونه قیمت مبرد R-134a‌ در سال 2016 برای هر کیلوگرم 6 دلار بوده که در سال 2017 بسیار گران‌تر شده و به 39 دلار رسیده است.

سرمایش مبتنی بر مبرد به پمپ‌های ویژه‌ای نیاز دارد که هزینه‌ی اولیه آن‌ها از پمپ‌های آب معمولی بیشتر است. از سویی سرمایش طبیعی به تعمیر و نگه‌داری کمتری نیاز دارد. همچنین مبرد گران‌قیمت و پمپ‌های خاص در آن به‌کار نمی‌رود. همه‌ی این‌ها باعث می‌شود هزینه‌ی آن کمتر باشد.

مزیت دیگر سرمایش طبیعی بازده بالاتر است. یک دلیل آن استفاده از کمپرسورهای با سرعت متغیر است که سرعت خود را با تغییر دما منطبق می‌سازند. این‌گونه تجهیزات هم در بارگذاری کامل و هم در بارگذاری جزئی عملکرد مناسبی دارند که باعث می‌شود از هزینه کاسته شود و بازده افزایش یابد.

کاهش هزینه در مراکزداده‌ی مستقر در آب‌وهوایی همانند سانفرانسیسکو نزدیک به 20% ‏‌و در شهرهایی همچون مسکو یا سیدنی 3% تا 6% است.

پیش‌تر گفتیم که سرمایش طبیعی نسبت به سیستم‌های سرمایش نسل‌های گذشته جای کمتری اشغال می‌کنند. برای نمونه سیستم سرمایش طبیعی محصول اشنایدر الکتریک را در اینجا با راهکار مبتنی بر مبرد مقایسه می‌کنیم. اگر ظرفیت سرمایش هر دو 1 مگاوات باشد‏، آنگاه سطح اشغال سیستم سرمایش طبیعی 37% کمتر از سرمایش مبتنی بر مبرد است. بدین ترتیب فضا برای سالن فاوا بیشتر خواهد بود. بدین معنی که اگر فضای مرکزداده را ثابت فرض کنیم، با کاهش سطح اشغال در بخش سرمایش جای بیشتری برای بخش فاوا می‌ماند. همچنین اگر فضای بخش سرمایش را ثابت بگیریم، ظرفیت سرمایش افزایش خواهد یافت. از اجرای هر دوی این حالت‌ها صرفه‌جویی بسیاری به‌دست می‌آید.

در اقلیمی همچون استرالیا میزان PUE یا pPUE[5] در سرمایش طبیعی نسبت به سرمایش مبتنی بر مبرد کمتر است. مثلا pPUE مرکزداده‌ی 1مگاواتی در شهر بریزبن (Brisbane) استرالیا اگر از سرمایش طبیعی استفاده کند 1٫14 است درحالی‌که با سیستم مبتنی بر مبرد 1٫19 است. برای شهر تووومبا (Toowoomba) نیز که متوسط دمای پایین‌تری دارد، pPUE سرمایش طبیعی برابر با 1٫12 و  برای سرمایش با مبرد 1٫17 است. چنانکه می‌بینید در هر دو مقایسه سرمایش طبیعی برتری دارد.

به‌طور خلاصه کشورهای دنیا تصمیم گرفته‌اند تولید گاز CO₂ را کاهش بدهند. مراکزداده برای همراهی با این هدف می‌توانند در سیستم سرمایش مبرد به‌کار نبرند. همچنین بهره گرفتن از سرمایش طبیعی هزینه‌ی سرمایه‌ای و هزینه‌ی اجرایی را نیز کاهش می‌دهد. با استفاده از سرمایش طبیعی که با آب کار می‌کند عدد شاخص pPUE مرکزداده کمتر خواهد بود.

[1]Indirect economization cooling systems : سیستم سرمایش با انتقال گرما به‌وسیله‌ی آب یا به‌وسیله‌ی مبرد

[2] Refrigerant

[3] capital expense (CapEx)

[4] operating expense (OpEx)

[5] pPUE یکای سنجش بهره‌وری انرژی که برای هریک از دستگاه‌ها و تجهیزات مرکزداده به‌طور جداگانه به‌کار می‌رود. این دستگاه ممکن است از هر بخش از مجموعه‌ی تاسیسات باشد؛ نمونه سرمایش یا برق. PUE بهره‌وری انرژی کل مرکزداده است که هر چه به عدد 1 نزدیک‌تر باشد به معنای بهره‌وری بیشتر در مرکز داده خواهد بود.