بهره‌وری انرژی و تبادل دما در مراکز داده نگرانی عمده در این صنعت به شمار می رود. امروزه مراکز داده بیشتری در سراسر جهان، در حال بررسی راه حل‌های ارزان‌تر و با صرفه جهت تامین خنک کننده‌ها و کاهش انتشار کربن هستند.
خنک کننده رایگان (Free cooling) یک گزینه جذاب برای مراکز داده است؛ زیرا به جای تبرید مکانیکی، از هوا یا آب خنک طبیعی برای دفع گرما استفاده می‌کند. اگرچه به دلیل نیاز به نصب فن یا پمپ، کاملاً رایگان نیست، اما تا حد زیادی باعث صرفه جویی در مصرف انرژی می‌شود.
این تسهیلات از مناطق و محیط‌های سرد طبیعی پیرامون، برای خنک کردن مرکز داده استفاده می‌کنند. به همین ترتیب، تأسیسات نزدیک رودخانه‌ها، دریاچه‌ها و اقیانوس‌ها می‌توانند از خنک کننده رایگان بهره برند. سیستم‌های خنک کننده جدید، می‌توانند آب سرد این منابع طبیعی را از طریق چیلرها به گردش در آورند. خنک کننده رایگان از اکونومایزرهای هوا و آب کمک می‌گیرند.
همانطور که گفته شد؛ تاسیسات مرکز داده ممکن است از هوا یا آب در طراحی یک سیستم خنک کننده رایگان استفاده کنند. در هر صورت این روش، مصرف برق را برای سیستم‌های خنک کننده صنعتی کاهش می‌دهد.
در این مقاله به روشهای کاهش دما در مراکز داده اشاره می‌شود و می‌گوید که چگونه “Power Usage Effectiveness” (کارایی مصرف انرژی) و “Water Usage Effectiveness” (کارایی مصرف آب)، بر بهینه سازی مرکز داده تأثیر می‌گذارند.
اهمیت PUE و WUE در روش تبادل دما در مراکز داده
PUE یا کارایی مصرف انرژی، برای آزمایش هزینه‌های انرژی و اثرات زیست محیطی یک تاسیسات استفاده می‌شود و WUE یا کارایی مصرف آب، میزان استفاده از آب را در سیستم‌های مرکز داده اندازه گیری می‌کند. یعنی این دو مورد به نسبت بین مصرف آب و مصرف انرژی در اجزای فناوری اطلاعات اشاره دارند و آن را توضیح می‌دهند.
PUE و WUE معیارهایی برای موفقیت مرکز داده هستند و چگالی، کارایی و پایداری سیستم‌های مرکز داده را اندازه گیری می‌کنند. این دو معیار به طور قابل توجهی با اندازه‌گیری عملکرد سیستم دفع حرارت مرتبط هستند. به عبارت دیگر PUE کارایی و عملکرد سیستمها را اندازه گیری می‌کند و به کل انرژی مصرف شده در یک تاسیسات و اجزای IT آن اشاره دارد.
روشهای مختلف دفع حرارت و گرما، تأثیرات متفاوتی بر PUE و WUE دارند. کولرهای هوای خشک معمولاً تأثیر صفر بر WUE دارند اما تأثیر زیادی بر PUE دارند. در همین حال، برج‌های خنک کننده تأثیر نسبتاً کمی بر PUE دارند اما تأثیر قابل توجهی بر WUE دارند. سایر روشهای دفع حرارت مانند خنک‌کننده‌های خشک آدیاباتیک و تقویت‌شده، دارای PUE کمتر اما WUE بالاتری هستند که در ادامه توضیح داده می شوند.
رابطه بین مصرف برق و آب
رابطه بین مصرف برق و آب پیچیده است. در حالی که سیستم‌های خنک کننده مبتنی بر آب ممکن است مصرف انرژی کمتری داشته باشند؛ منجر به مصرف بیشتر آب می‌شوند. تغییرات آب و هوا یکی دیگر از نگرانی‌های بزرگ در این صنعت است زیرا منابع طبیعی همچنان رو به کاهش هستند. کارشناسان محیط زیست تخمین می‌زنند که تا سال 2030، فاصله 40 درصدی بین عرضه و تقاضای آب جهانی خواهیم داشت. بنابراین، فناوری مرکز داده، برای کاهش مصرف و کاهش اثرات زیست محیطی تلاش می‌کند.
انواع روشهای دفع حرارت
چالش پیش رو
روش رد و تبادل دما در مراکز داده به طور قابل توجهی بر استفاده از منابع و هزینه‌های عملیاتی تأثیر می‌گذارد و اغلب هزینه، متناسب با افزایش دمای محیط، افزایش می‌یابد. همچنین سیستم‌های خنک کننده ممکن است با کاهش پتانسیل خنک کننده آزاد، راندمان را کاهش دهند. بنابراین، بسیار مهم است که یک طرح رد و تبادل گرمای همه کاره را در تاسیسات خود بگنجانید و همه جوانب را بسنجید.
انواع متداول روشهای تبادل دما در مراکز داده
خنک کننده خشک (Dry Cooler)
این سیستم از جریان هوا برای حذف گرما در تاسیسات استفاده می‌کند. کولر خشک معمولاً از مبدل‌های حرارتی و فن‌ها تشکیل می شود. فن‌ها جریان هوا را از طریق مبدل‌های حرارتی هدایت می‌کنند، جایی که هوای گرم خنک می‌شود. سپس، دوباره به سیستم خنک کننده باز می‌گردد. در کولرهای خشک دمای هوا باید کمتر از آب سرد باشد.
چرا کولرهای خشک برای تاسیسات واقع در مناطق سردسیر مناسب‌تر هستند؟ خنک کننده‌های خشک تحت تأثیر رطوبت هوا قرار نمی‌گیرند. اما ظرفیت خنک کنندگی محدودی نیز دارند. این در حالی ست که برج‌های خنک کننده می‌توانند دمای آب را تا 5 درجه کمتر از دمای محیط برسانند؛ ولی کولرهای خشک فقط می‌توانند دمای آب را تا دمای محیط کاهش دهند.
برج خنک کننده (Cooling Tower)
دستگاه برج یا لوله مانندی‌ست که در آن جریان هوا با تماس مستقیم و در فشار جوی مناسب، باعث خنک شدن آب گرم می‌شود.
این سیستم از تبخیر آب برای حذف گرما استفاده می‌کند. در اینجا هوا و آب با هم کار می‌کنند تا دمای آب را کاهش دهند. با تبخیر آب، یک عمل خنک کنندگی ایجاد می‌شود. دمای آب کاهش می‌یابد و گرما جذب می‌شود. برج‌های خنک کننده انواع مختلفی دارند. هر کدام به طور متفاوتی طراحی شده و کار می‌کنند.
علاوه بر این، برج‌های خنک کننده دارای “wet fin effect” یا (اثر باله مرطوب) هستند که در آن آب مستقیماً روی به اصطلاح بال‌های سیستم خنک کننده تبخیر می‌شود. این کار اثر خنک کننده آدیاباتیک و انتقال حرارت کولر خشک را افزایش داده؛ ولی تا حدودی در دراز مدت خطر خوردگی را افزایش می‌دهد. مزیت این روش این است که می‌توان از آن برای حذف گرمای تلف شده از اتاق سرور استفاده کرد. این راه یک روش مقرون به صرفه است که می‌تواند سیستم خنک کننده تاسیسات را بهبود بخشد.
کولر یا خنک کننده آدیاباتیک (Adiabatic cooler)
این سیستم، گرما را از طریق تغییر فشار هوا و در اثر انبساط حجمی، حذف می کند. از پتانسیل خنک کننده رایگان و به صرفه برای خنک کردن امکانات و تجهیزات مرکز داده استفاده می‌کند.
یک کولر آدیاباتیک می‌تواند به عنوان یک خنک کننده خشک در دمای پایین کار کند. در دماهای بالا و رطوبت کم، می‌تواند مانند برج‌های خنک کننده کار کند. ممکن است از تبخیر آب برای افزایش راندمان استفاده شود. با این حال خنک کننده‌های آدیاباتیک گرمای بیشتری از برج‌های خنک کننده به محیط اطراف، برمی‌گرداند.
کولرهای خشک در صورتی مناسب هستند که تاسیسات شما در تمام طول سال دمای محیط کمتری داشته باشد. همچنین برای تاسیسات در مناطق با رطوبت بالا ایده آل است – حتی آنهایی که منابع آبی ندارند. ترکیب یک کولر آدیاباتیک با یک خنک کننده خشک عملکرد آن را بهینه می‌کند؛ زیرا می‌تواند دمای محیط خشک اما گرم را کاهش و کارایی را افزایش دهد. در کولرهای خشک آدیاباتیک، ممکن است از یک سیستم پاشیدن آب یا بالشتک برای ایجاد تبخیر استفاده شود، در نهایت تبخیر، باعث کاهش دما می‌شود.
ملاحظات هنگام انتخاب روش تبادل دما در مراکز داده
انتخاب روش تبادل حرارتی مناسب برای تاسیسات شما می‌تواند چالش برانگیز باشد؛ بنابراین حتما این عوامل را در نظر بگیرید:
دمای هوای محیط
سیستم‌های تصفیه آب و جلوگیری از خوردگی
دسترسی به آب در منطقه
استفاده از سیستم کنترل و مانیتورینگ.
با مشاورین شرکت فراز شبکه کارنو در تماس باشید.