سرمایش دیتا سنتر

اتاقهای سرور و مرکز داده یا دیتاسنترها، کنترل روم‌ها، سوئیچ روم‌ها و دستگاه‌های خاص صنعتی و دائم کار جهت حفظ کارایی خود نیاز به تجهیزات خاصی جهت خنک کردن دارند که ضمن حفظ دمای لازم نسبت به تنظیم رطوبت و دما با حساسیت بیشتری کار کنند که این دستگاه‌ها شامل پکیج‌های دائم کار برند اشنایدر الکتریک و گری است.

کنترل دما و رطوبت در دیتا سنتر

عمده تجهیزاتی که در ساختمان‌های پردازش داده‌ها و ارتباطات مخابراتی قرار می‌گیرند شامل کامپیوترها، انواع سرور فیزیکی، تجهیزات الکترونیکی و تاسیسات جانبی هستند. سیستم‌های تهویه مطبوع در چنین محیط هایی الزاماً باید بارهای محسوس داخلی بسیار زیاد که غالباً چندین برابر یک ساختمان اداری معمول هستند را دفع کنند. این تجهیزات کنترل کننده دما و رطوبت صنعتی باید حداقل قابلیت‌های زیر را داشته باشند:

• قابلیت کارکرد در شرایط خاص و بحرانی را به صورت پیوسته داشته باشند.
• کنترل شرایط محیطی فضا اعم از دما، رطوبت و تمیزی را به نحو احسن برقرار سازند.
• پتانسیل دفع گرمای ناگهانی ناشی از شرایط کارکرد خاص و مقطعی را داشته باشند.

همچنین طراحی تاسیسات سرمایش دیتا سنتر بایستی با این نگاه صورت گیرد که با به‌روز شدن تجهیزات الکترونیکی در سیکل‌های یک تا پنج ساله، دستگاه‌های انتخابی بایستی بتوانند گرمای تولیدی ناشی از دستگاه‌های جدید که نیازمند سرمای بیشتری هستند را تامین کنند.

معیارهای طراحی دیتاسنترها

انواع تجهیزات داده پردازی که برای کارکرد مناسب به تهویه مطبوع نیازمند هستند شامل:

• انواع سرورهای محاسباتی و پردازش اطلاعات
• تجهیزات ارتباطی با سطوح چگالی متفاوت
• دیسک‌های ذخیره اطلاعات
• سرورهای ذخیره اطلاعات
• ایستگاه‌های کار (تک واحدی)
• سایر تجهیزاتی که روی رک یا کابینت نصب می‌شوند.

لازم به ذکر است نیروی انسانی مربوطه هم وارد مجموعه‌های داده پردازی می‌شوند، ولی حضور آنها عمدتاً گذراست و شرایط محیطی نیز غالباً با نیازمندی‌های تجهیزات تعیین می‌گردد. هر چند حضور افراد در ساختمان‌های نسبتاً کوچک احتمالاً بر میزان تهویه هوا (تعویض هوا) اثر گذار است.

شرایط محیطی لازم برای تجهیزات مختلف بسته به نوع و سازنده این تجهیزات متفاوت است. مجمعی از سازندگان، چهار کلاس مختلف از شرایط استاندارد را برای چهار دسته از تجهیزات تدوین کرده‌اند. در برخی کاربردها از کلاس پنجمی که توسط نبز (NEBS) تعریف شده است در طراحی فضاهای دیتا سنتر معمولی استفاده می‌گردد. این کلاس عمدتاً شامل مراکز ارتباطی (مخابراتی) با کنترل محیطی نقطه شبنم، دما و رطوبت نسبی است.

مشخصات و الزامات محیطی دیتاسنترها

چگالی هوا بر قابلیت تجهیزات دیتاسنتر در خنک شدن اثر گذار است. راهنمای طراحی تاسیسات دیتاسنتر اشره (منتشر شده در سال 2004) پیشنهاد می‌کند که محصولات تولید شده جهت دیتاسنترها تا ارتفاع 3000 متری طراحی و تولید گردد، چرا که کاهش جریان جرمی و انتقال حرارت جابجایی در ارتباط با کاهش چگالی هوا در ارتفاعات بالاتر شدیدتر هستند. به منظور لحاظ نمودن این اثر، راهنما مقدار کاهشی را برای ماکزیمم دمای مجاز به صورت یک درجه کلوین به ازای هر 300 متر ارتفاع در ارتفاعات بالای 900 متر در نظر گرفته است.

کنترل دمای دیتاسنتر

برای تجهیزاتی که در معرض دمای بالا در طول زمان و یا تغییر زیاد دمایی قرار می‌گیرند امکان رسیدن به مرحله خاموشی وجود دارد. شرایط دمایی مورد نیاز جهت فضاهای داخلی دیتاسنتر برای همه تجهیزات بین 20 تا 25 درجه سانتیگراد توصیه می‌شود. محدوده توصیه شده برای مراکز مخابراتی گسترده تر بوده و بین 18 تا 27 درجه سانتیگراد است. عملکرد در محدوده مجاز بایستی برای دوره‌های زمانی کوتاه نیز برقرار باشد، هر چند که طراحان و اپراتورهای مجموعه نیز باید حداکثر تلاش خود را در کارکرد پیوسته در محدوده مجاز بکار گیرند.

نرخ تغییرات دمایی

برخی تولیدکنندگان تجهیزات داده پردازی معیارهایی را برای نرخ تغییرات دمایی مجاز جهت جلوگیری از وارد آمدن شوک به داده‌ها و تجهیزات ارتباطی تعیین کرده‌اند. ماکزیمم تغییرات مجاز تعریف شده در کلاس های 1 و 2 به توصیه اشره 5 درجه کلوین در ساعت است. نرخ تغییرات رطوبت نیز برای محصولات نواری و ذخیره سازی حائز اهمیت زیادی است. تغییر مجاز شرایط محیطی معمول برای محصولات نواری به صورت 2 درجه کلوین در ساعت و 5 درجه رطوبت نسبی در ساعت تعیین گردیده است.

در مواقعی که بارهای بحرانی ایجاد می‌شوند و دما به صورت ناگهانی شروع به بالا رفتن می‌کند سیستم تهویه مطبوع ممکن است خاموش شود که باید تمهیدات ویژه‌ای در این سیستم‌ها برای چنین مواقعی در نظر گرفته شود. به این معنی که باید برنامه‌هایی به منظورکاهش دادن دماهای بالا و برطرف نمودن شوک‌های ناگهانی در نظر گرفته شود.

رطوبت در دیتا سنتر

رطوبت نسبی بالا ممکن است عامل خرابی هدایتی آندی (CAF)، خرابی رطوبتی با گرد و غبار(HDF)، خرابی ماده نوار و خوردگی و فرسایش زیادی شود. در موارد شدید، تقطیر روی سطوح سرد تجهیزات نیز می‌تواند واقع شود. رطوبت نسبی پایین نیز باعث تخلیه الکترواستاتیک (ESD) شود که قابلیت تخریب بردهای الکترونیکی یا ایجاد اثرات نامطلوب را دارند. محصولات نواری در معرض رطوبت پایین دچار خرابی و مشکلاتی می‌شوند. به طور کلی ساختمان‌های دیتاسنتر و اتاق سرور باید به شیوه‌ای طراحی و نگهداری شوند که محدوده مجاز رطوبت رعایت گردد، ولی این مسئله نباید منجر به کاهش قابل توجه عمر مفید تجهیزات تهویه مطبوع گردد.

فیلتراسیون و آلایندگی

پیش از ورود به بحث فیلتراسیون در اتاق‌های داده پردازی و مخابراتی نیاز است هوای بیرون از ذرات و گازهای خورنده فیلتر شود. وجود ذرات (Dust) می‌تواند عاملی در جهت گذاشتن اثرات مخرب روی عملکرد دستگاه‌ها باشد، بدین سبب فیلتراسیون با کیفیت بالا به همراه نگهداری مناسب و تعمیرات به موقع بسیار حیاتی هستند. گازهای خورنده نیز می‌توانند فیلم (لایه) نازک فلز روی بردهای الکترونیکی را از بین برده و موجب ایجاد مقاومت بالا (الکتریکی) در ترمینال‌های اتصال شوند. به علاوه انباشتگی ذرات روی سطوح بردها، مانعی در جهت خنک شدن آن ها است.

تعویض هوای اتاق سرورها

در اتاق‌های سرور و دیتاسنترها، سیستم‌های تهویه بایستی هوای بیرون را در حجم مناسبی به دو علت اصلی وارد فضاها کنند:

1. برقراری فشار نسبی مثبت نسبت به فضاهای اطراف
2. به جهت رعایت الزامات اشره 1/62

در اتاق‌های سرور ایجاد فشار مثبت به جهت جلوگیری از ورود آلاینده‌ها به داخل فضا از معیارهای طراحی است. غالباً افراد کمی در اتاق‌های کامپیوتر حضور دارند، ولی مطابق با استاندارد اشره باید حداقل میزان هوای تازه مورد نیاز جهت آسایش افراد تزریق شود. آلاینده‌هایی که گاها در داخل فضا تولید می‌شوند، می‌توانند از علل نیاز به میزان هوای تازه بیشتر به شمار روند.

آسایش انسانی در دیتا سنتر

به جهت حضور حداقلی و گذرای افراد در اتاق سرورها به آسایش انسان در چنین فضاهایی توجه چندانی نشده است. اگرچه در مراکز مخابراتی بعضاً افراد به صورت دائمی هم حضور دارند، آسایش انسان هدف اصلی در چنین محیط‌های نیست. پرسنلی که در دیتاسنتر کار می‌کنند باید شرایطی داخلی را کاملاً در نظر بگیرند و به طور متناسب لباس بپوشند. مثلاً در راهروی گرم و سرد ممکن است هوا مطلوب پرسنل نباشد. می‌توان در بخش‌های گرم از خنک کننده‌های موضعی قابل حمل استفاده نمود.

عامل نگرانی دیگر سوختگی سطحی است که ممکن است در اثر برخورد با سطوح داغ به وجود آید. آستانه آسیب دیدن بافت های بدن انسان دمای 44 درجه سانتیگراد است و سطوح جراحات مختلفی ممکن است در دماهای بالاتر پدید آید.

مشخصه بارهای دیتاسنتر

بارهای سیستم تهویه مطبوع ساختمان‌های داده پردازی بایستی به شیوه ای مشابه سایر سیستم‌ها محاسبه گردند. مشخصه عمومی این ساختمان‌ها میزان فوق العاده بالایی بار محسوس و در نتیجه نسبت حرارت محسوس بسیار بالا است. تجهیزات داده پردازی عمده‌ترین عامل تولید گرما و یا بار برودتی در فضا هستند. این گرما با تمرکز بالا، به صورت غیر یکنواخت و متغیر (در زمان) است. اغلب این دستگاه‌ها مجهز به فن‌های دور متغیر هستند که بسته به نیاز حجم هوای مناسبی جهت زدایش گرمای تولیدی را به فواصل تیغه‌ها و بردهای الکترونیکی هدایت می‌کنند.

در مواقع بسیار کمی نیاز به گرمایش در اتاق‌های دیتاسنتر وجود دارد، چرا که میزان گرمای تولیدی تجهیزات بسیار بالاست ولی در زمان راه اندازی که تعداد دستگاه‌ها لزوماً زیاد نیست و یا به جهت شرایط آب و هوایی بسیار سرد ممکن است به طور مقطعی نیاز به گرمایش نیز احساس شود. همچنین به جهت کنترل رطوبت، بعضا کویل‌های سرمایشی نیازمند گرمایش مجدد هستند. به این دلیل تجهیزات تهویه مطبوع دیتاسنتر باید مجهز به گرمکن باشند. همچنین به جهت از بین بردن خطرات ناشی از عدم تخلیه بارهای الکترواستاتیک، تجهیزات تهویه مطبوع باید مجهز به رطوبت زن هم باشند.

بررسی تجهیزات تهویه مطبوع دیتا سنترها

ممکن است استقلال سیستم تهویه مطبوع اتاق کامپیوتر از سایر فضاهای ساختمان یک مزیت به شمار رود، ولی تهویه مطبوع این فضاها به طور مرکزی باعث وجود ظرفیت اضافه آماده به طور دائم می‌گردد. یک سیستم هواساز کامل بایستی سرمایش، تهویه، فیلتراسیون، رطوبت زنی و رطوبت گیری و همچنین گرمایش را در طول کل سال فراهم آورد.

سیستم‌های تهویه مطبوع اتاق سرور یا سی.آر.ای.سی (CRAC) به طور خاص برای فضاهای نگهداری تجهیزات داده پردازی و یا مخابراتی تولید می‌گردند. همچنین این سیستم ها مطابق استاندارد ANSI/ASHRAE127 با عنوان ” شیوه آزمایش جهت رده بندی واحدهای تهویه مطبوع اتاق کامپیوتر و دیتاسنتر” مورد آزمایش قرار می‌گیرند.

سرمایش اتاق سرور

واحدهای سی.آر.ای.سی در انواع ترکیب بندی به اشکال دارای کویل آب سرد، کویل دی.ایکس هوا خنک، کویل دی.ایکس آب خنک و کویل دی.ایکس گلیکول خنک تقسیم بندی می‌شوند. سیستم‌های دی.ایکس عموماً دارای چند کمپرسور با چند مدار تبرید مجزا هستند. همچنین این سیستم‌ها شامل فیلترهای هوا، رطوبت زن‌ها و سیستم کنترل یکپارچه با پنل‌های کنترل از راه دور است.

کویل های گرمایشی نیز می‌توانند مورد استفاده قرار گیرند. همچنین سیستم‌های سی.آر.ای.سی می‌توانند دارای کویل‌های پیش سرمایش پروپیلن گلیکول و خنک کننده‌های خشک برای استفاده از سرمایش ارزان باشند. بعضاً سیستم‌های سی.آر.ای.سی برای استفاده از ظرفیت اضافه دارای کویل آب سرد هستند و از ظرفیت کویل دی.ایکس به عنوان استندبای استفاده می‌کنند.

محل نصب تجهیزات سرمایشی دیتاسنتر

واحدهای سی.آر.ای.سی معمولاً داخل فضاهای دیتاسنتر قرار می‌گیرند، ولی امکان بیرون گذاشتن آنها و کانال کشی به داخل فضا وجود دارد. در این حالت سنسورها باید به شیوه‌ای قرار داده شوند که باعث افزایش بیهوده زمان کارکرد دستگاه‌ها و در نتیجه هدر رفتن انرژی مصرفی نشوند.

کنترل رطوبت اتاق سرور

رطوبت زن‌های واحد سی.آر.ای.سی عموماً شامل انواع بخار، مادون قرمز و التراسونیک هستند. در انتخاب هریک از این موارد قابلیت اطمینان و شرایط نگهداری بایستی مد نظر قرار گیرد. بهتر است کلیه رطوبت زن‌ها به واحدهای مرکزی منتقل شوند و آب نرم نیز با سختی صفر ذره در میلیون به آنها تزریق گردد. در فرایند رطوبت گیری نیز بعضاً به جهت سرمایش بیش از حد نیاز به گرمایش مجدد وجود دارد. این گرمایش توسط کویل های آبگرم و بخار و نیز کویل الکتریکی قابل تامین است. استفاده از گرمای تولیدی کمپرسور نیز به منظور گرمایش مجدد در برخی واحدها پیش بینی شده است.

تعویض هوا اتاق سرور

در سیستم‌هایی که از واحدهای سی.آر.ای.سی استفاده می‌کنند. ممکن استفاده از هوای بیرون در سیستمی خاص که کلیه فضاها را پوشش می‌دهد مطلوب باشد. این سیستم خاص اغلب مجهز به سیستم کنترل فشار و رطوبت در اتاق کنترل بوده و بر مبنای نقطه شبنم کار می‌کند. در این صورت سیستم اولیه تنها بار محسوس فضا را کنترل می‌کند.

بررسی تجهیزات مخصوص دیتاسنترهای امروزی

دما و رطوبت ثابت

تجهیزات پیشرفته الکترونیکی ممکن است در شرایط گسترده‌ای از دما و رطوبت قابلیت کارکرد داشته باشند، ولی مسئله‌ای که عمر این دستگاه‌ها و قابلیت کارکرد آنها را به اندازه قابل توجهی افزایش می‌دهد، کنترل دما در رطوبت در سطحی ثابت است. برای جلوگیری از افزایش غیر مطلوب دما، باید به طور پیوسته حرارت ایجاد شده از فضا خارج شود. با وجود اینکه سیستم‌های الکترونیکی فقط گرمای محسوس تولید می‌کنند، برای جلوگیری از خطاهای محتمل باید به طور مداوم رطوبت تحت کنترل باشد.

طراحی و سیستم کنترل دستگاه‌های تهویه مطبوع دقیق به گونه است که دما و رطوبت را در محدوده بسیار کوچکی نگه دارد تا در مواقع بروز نوسان‌های بارهای حرارتی دمای داخل ثابت نگه داشته شود. از قابلیت‌های ویژه دستگاه‌های مورد اشاره این است که در مواقعی که شرایط داخل به مرز بحرانی نزدیک می‌گردد، آلارم‌های خاصی صادر می‌کند تا بهره بردار را از وضعیت به وجود آمده آگاه نماید.

نسبت سرمایش محسوس به کل

مهمترین وظیفه سیستم تهویه مطبوع مراکز حساس از بین بردن حرارت واقعی ایجاد شده در فضا توسط تجهیزات است. تجهیزات الکترونیکی فقط تولید گرمای محسوس می‌کنند. در نتیجه هرگونه رطوبت زدایی ناخواسته (سرمایش نهان) باعث اتلاف انرژی می‌شود. علاوه بر آن مقداری انرژی هم باید صرف بازگرداندن رطوبت از دست رفته به فضا گردد. به عبارتی در دو مرحله یعنی گرفتن و بازگردان رطوبت باعث تلفات شدید انرژی در تجهیزات متدوال می‌شود که این مسئله در تجهیزات تهویه مطبوع دقیق پیش بینی شده است.

فن دمنده

یکی از مهمترین اجزاء در سیستم‌های سردکننده اتاق های کامپپیوتر (مخابراتی) فن دمنده است، زیرا تنها قسمتی است که باید بدون وقفه در سرویس باشد و توقف چند دقیقه‌ای آن مشکلات جبران ناپذیری را پدید می‌آورد. این فن‌ها غالباً با دارا بودن موتورهای ای.سی (EC) جریان مستقیم نسبت به دستگاه‌های مرسوم 60 درصد انرژی الکتریکی کمتری مصرف می‌کنند. سیستم کنترل میکروپروسسوری دستگاه بسته به نیاز، دور فن را کنترل نموده و تا حدود 10 سال این فن‌ها بی نیاز از سرویس و تعمیرات خواهند بود.

مدارهای موازی

در بسیاری از کاربردها، بار فضا در طول روز و یا طی فصل‌های مختلف تغییرات زیادی دارد و در نتیجه مقدار سرمایش مورد نیاز در هر لحظه متفاوت خواهد بود. در این شرایط استفاده از دستگاهی که در بار جزیی راندمان بالا داشته باشد اهمیت ویژه‌ای دارد. در دستگاه‌های تهویه مطبوع مخابراتی دو کمپرسور به صورت موازی در یک سیکل کارکرده و باعث می‌شود که دو مرحله سرمایش در یک سیکل انجام شود. سطح انتقال حرارت اواپراتور برای هر دو کمپرسور طراحی شده است و هنگامی که یک کمپرسور به تنهایی در حال کار است از از مزیت کویل با سایز دو برابر استفاده می‌کند و این امر باعث بالا رفتن ضریب عملکرد در بار جزئی می‌شود.

هوادهی

ظرفیت پکیج یونیت‌های معمول به گونه ایست که به ازای هر تن در حدود 400 فوت مکعب دردقیقه هوا دهی دارند. در کاربردهای مربوط به فضاهای دیتا سنتر، نیاز به گردش هوای بیشتری وجود دارد، چرا که گردش بیشتر هوا سبب یکنواختی بیشتر در دمای نقاط مختلف شده و از شکل گیری نقاط داغ روی سطوح بردهای الکترونیکی و تیغه‌های سرورها جلوگیری می‌کند.

همچنین فن دمنده که در برخی رک‌ها برای گردش هوای خنک کف کاذب در فواصل تیغه ها پیش بینی می‌شود نیز معمولاً ظرفیتی بیش از میزان هوادهی پکیج‌های معمول دارد. از این رو طراحی پکیج یونیت‌های مخابراتی به گونه ایست که در حدود 550 الی 600 فوت مکعب در دقیقه به ازای هرتن برودت سرمایش هوا دهی در شرایط استاندارد دارند و این مشکل را برطرف می‌کنند.

کارکرد زمستانی

چیلرها، پکیج یونیت‌ها و دیگر تجهیزات برودتی که به منظور کارکرد در زمستان طراحی می‌شوند (و عمدتاً با عنوان صنعتی معرفی می‌گردند) باید به گونه‌ای تجهیز گردند تا آسیبی از بابت دمای زیر صفر به آنها وارد نشود. تجهیزات خاص سرمایش دیتا سنتر که در کل روزهای سال بایستی در حال کار باشند به گونه‌ای طراحی می‌گردند تا غیر از کندانسور دستگاه، سایر تجهیزات مدار تبرید در یونیت داخلی قرار گیرند.

این مطلب از آن جایی حائز اهمیت است که کلیه تجهیزاتی که در یونیت داخلی قرار می‌گیرند در دمای استاندارد داخل کار می‌کنند و از دمای نامطلوب بیرون در فصول بسیار گرم و بسیار سرد سال محافظت می‌گردند. همچنین فن کندانسور در این دستگاه ها از نوع دور متغیر طراحی شده است تا در فصول سرد مانع از مادون سرد شدن مبرد شده و کنترل دما و رطوبت دمای داخل با دقت بیشتری صورت گیرد.

خرید پکیج مخابراتی و تجهیزات سرمایشی دیتا سنتر

در پایان شایان ذکر است شرکت تهویه نیا از سال 2008 میلادی به عنوان نماینده انحصاری کمپانی اشنایدر الکتریک (یونیفلر ایتالیا) در زمینه سیستم‌های تهویه دقیق (دیتاسنتری و صنعتی) و تهویه مطبوع (مسکونی و تجاری) تا کنون فعالیت داشته و به دلیل کیفیت بالای دستگاه‌های این برند و خدمات مناسب پس از فروش، بیش از 95 درصد دیتاسنتر بانک‌های ایران، مراکز حساس مخابراتی و دیتاسنترهای مهم کشور در حال حاضر از این برند استفاده می‌کنند.