سیستم های تهویه اتاق سرور

در مراکز داده بیشترین میزان توان برقی که توسط تجهیزات IT مصرف می شود، تبدیل به گرما می گردد. علاوه بر این، گرمای حاصل از سیستم روشنایی، UPS، سیستم توزیع برق و حضور پرسنل نیز به گرمای تولید شده در اتاق می-افزاید. از این رو، به منظور برآورد سرمایش مورد نیاز در مراکز داده، کلیه موارد ذکر شده ضمن در نظر گرفتن قابلیت گسترش آتی، توسط متخصصان مجرب محاسبه می گردد.
بررسی نتایج برخی از مطالعات انجام شده در این رابطه، اهمیت موضوع تأمین مناسب سرمایش مورد نیاز در مراکز داده را تا حد زیادی آشکار می سازد. بر این اساس، به ازای هر 10 درجه افزایش دما نسبت به دمای بهینه توصیه شده جهت کارکرد تجهیزات، ریسک از کار افتادن و بروز وقفه در سرویس دهی این تجهیزات تا 50 درصد افزایش می یابد.

مطابق با استاندارد TIA-912 توصیه می شود در مراکز داده، درجه حرارت اتاق بین 20 تا 25 درجه و میزان رطوبت اتاق بین %40 تا %55 و تغییرات دمای محیط کمتر از 5 درجه در هر ساعت باشد.
اغلب تجهیزات پردازنده و ذخیره ساز دارای مکانیزمی هستند که هوای سرد را از قسمت جلو دریافت نموده و پس از عبور هوا از داخل آنها، هوای گرم حاصله، از قسمت پشت این تجهیزات خارج می شود.
از این رو، به منظور ایجاد جریان هوای مناسب (Air Flow) در رک های سرور، از درب های توری در جلو و عقب این رک ها استفاده می شود. در طراحی درب های توری، به منظور تهویه بهینه هوا، دو پارامتر استحکام درب و اندازه سوراخهای توری (بطور توامان)، مطرح است. به عبارت دیگر، افزایش اندازه سوراخهای ایجاد شده روی درب از یک سو باعث ارتقای تهویه می شود و از سوی دیگر باعث کاهش استحکام ورق درب می گردد. جهت رفع این محدودیت با تأمل در اسرار خلقت، لانه زنبور الگوی کار قرار گرفته است که به بافت شش ضلعی نیز شهرت دارد و از دیرباز در صنعت ساختمان جهت افزایش استحکام و تقویت سازه های فلزی نیز بکار گرفته شده است. از این رو با طراحی دقیق و مهندسی، تهویه هوا از طریق درب توری را تا حد %80 فراهم aشده است.
این عدد در واقع بهینه ترین میزانی است که ضمن حفظ استحکام درب، بالاترین میزان تهویه هوا را مهیا می سازد. از سوی دیگر با ایجاد خمهای طولی در ورق درب، علاوه بر ایجاد زیبایی، استحکام آن نیز مضاعف گشته است.

در مراکز داده با توجه به قرار گرفتن تعداد زیادی از این تجهیزات، توصیه می شود به منظور تأمین سرمایش مورد نیاز، ضمن همسان سازی مسیرهای جریان هوای سرد و گرم، راهکار مشخصی جهت توزیع هوای سرد و جمع آوری هوای گرم در نظر گرفته شود.
به طور کلی سه راهکار Room Oriented، Row Oriented و Rack Oriented به منظور تنظیم دما در یک مرکز داده وجود دارد. عملکرد سه راهکار نامبرده در بخش اول که تولید سرمایش می باشد، مشابه یکدیگر است. ولی در بخش دوم هر یک از سه راهکار دارای روش منحصر به فردی برای توزیع هوای سرد و جمع آوری هوای گرم هستند و واحد CRAC یا همان Computer Room Air Conditioning به ترتیب به اتاق (Room)، ردیف (Row) و یا رک (Rack) اختصاص می یابد.

اولین راهکار سرمایشی مرکز داده، راهکار مبتنی بر اتاق (Room Oriented) است. این راهکار یک روش قدیمی است که در مراکز داده با ظرفیت پایین استفاده می شود. در این روش CRAC به اتاق اختصاص داده می شود و یک یا چندین سیستم تهویه هوا (Air Condition) هوای سرد را وارد اتاق مرکز داده می کنند.
در این راهکار هوای گرم و سرد با هم ترکیب می شوند و دمای هوای اتاق به یک دمای متعادل می رسد. این راهکار به شدت به ساختار اتاق، ارتفاع سقف و سینی های عبور کابل در مسیر هوا وابسته است که این امر به نوبة خود کارایی سیستم را به شدت کاهش می دهد.
در راهکار مبتنی بر ردیف (Row Oriented)، واحد CRAC به هر ردیف اختصاص می یابد. CRACها ممکن است در میان رک ها، بالا و پایین کف کاذب و یا در بین ردیف ها استفاده شوند. در مقایسه با راهکار قبل، در این راهکار مسیر جریان هوا کوتاهتر و اختصاصی است. در این حالت جریان هوا قابل پیش بینی و کنترل است و از تمام ظرفیت واحد CRAC استفاده می شود. با توجه به قابلیت کنترل جریان هوا در هر ردیف به صورت مجزا، این امکان وجود دارد که سرورهای Blade و یا رک هایی با ظرفیت بالا را در یک ردیف و رک هایی با ظرفیت پایین تر را در ردیف دیگری بصورت جداگانه قرار داد. ساختار ساده و فرم هندسی پیاده سازی این روش این امکان را به طراح می دهد که بدون در نظر گرفتن پارامترهایی مانند شکل اتاق و ارتفاع سقف، کارایی سیستم را پیش بینی کند.
در راهکار مبتنی بر رک (Rack Oriented)، واحد CRAC به رک اختصاص می یابد و CRAC به طور مستقیم در داخل رک قرار می گیرد. از این رو، مسیر کوتاهتر و مشخصتر می شود و جریان هوا از هرگونه وابستگی به تغییرات اتاق و پارامترهایی مانند شکل اتاق، ارتفاع اتاق و ... مصون خواهد شد.
در مراکز داده ای بزرگ از راهکارهای اشاره شده در بالا می توان به صورت ترکیبی استفاده کرد. هر سیستم سرمایشی دارای سیستم توزیع و سیستم بازگشتی است. برای هر یک از سیستم های توزیع و بازگشت 3 روش اصلی وجود دارد. این سه روش عبارتند از: Flooded، Locally Ducted و Fully Ducted.
در راهکار Flooded سیستم توزیع یا بازگشتی بدون هیچ گونه داکت کشی خاصی جریان هوا را توزیع و یا جمع آوری می کند.
در راهکار Locally Ducted جریان هوا از طریق داکت در نزدیکی راهروی سرد یا گرم متناسب با سیستم توزیع یا بازگشتی، توزیع و جمع آوری می گردد.
در راهکار Fully Ducted سیستم توزیع و جمع آوری به طور مستقیم از طریق یک مسیر بسته از راهروی گرم یا سرد به CRAC هدایت می شود.
هر یک از روش های ذکر شده می تواند در سیستم جمع آوری استفاده شود و بدین ترتیب 9 روش ترکیبی خواهیم داشت.