روش‌های بهینه تبادل دما در مراکز داده بزرگ

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.

📌 عملکرد مناسب تجهیزات سرمایشی و سرورها به یک زیرساخت شبکه پایدار و اصولی نیاز دارد. با دریافت خدمات شبکه کامپیوتری، ارتباط میان تجهیزات را به‌صورت استاندارد برقرار کرده و مدیریت زیرساخت را ساده‌تر کنید.
برای بررسی نیازهای شبکه و دریافت مشاوره تخصصی با ما تماس بگیرید.

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.

📌 کنترل دقیق دما یکی از عوامل مهم در حفظ عملکرد و طول عمر تجهیزات سرور است. با نصب سیستم کنترل دمای اتاق سرور، شرایط محیطی را پایش و دما را در محدوده مناسب برای تجهیزات مدیریت کنید.
برای انتخاب و اجرای سیستم مناسب با کارشناسان ما در ارتباط باشید.

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.

📌 مدیریت شرایط محیطی اتاق سرور، نقش مهمی در جلوگیری از اختلال و آسیب به تجهیزات دارد. با سیستم کنترل اتاق سرور، پارامترهای مهم محیطی را بهتر مدیریت کرده و شرایط پایدار‌تری برای فعالیت تجهیزات فراهم کنید.
برای بررسی زیرساخت و دریافت مشاوره اجرای سیستم کنترل با ما تماس بگیرید.

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.

📌 هزینه اجرای دیتاسنتر به عواملی مانند ظرفیت، تجهیزات، سیستم سرمایش، برق و سطح پایداری موردنیاز بستگی دارد. برای برآورد دقیق هزینه راه اندازی دیتاسنتر، شرایط پروژه و نیازهای فنی آن را با کارشناسان بررسی کنید.
برای دریافت مشاوره و برآورد اولیه هزینه پروژه با ما در ارتباط باشید.

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.

📌 انتخاب صحیح سیستم سرمایش و چیدمان تجهیزات از مراحل مهم ایجاد یک اتاق سرور کارآمد است. با خدمات طراحی اتاق سرور، زیرساخت را بر اساس ظرفیت تجهیزات، نیاز سرمایشی، برق و الزامات ایمنی به‌صورت اصولی طراحی کنید.
برای بررسی فضای پروژه و دریافت مشاوره طراحی با کارشناسان ما تماس بگیرید.

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.

انتخاب بهترین سیستم تبادل دما برای دیتاسنترها

در مراکز داده مدرن بهینه سازی مصرف انرژی و آب به یک ضرورت کلیدی تبدیل شده است و بهره‌وری انرژی و تبادل دما نقشی حیاتی در عملکرد پایدار و مقرون به صرفه این مراکز ایفا می‌کند. در شرایطی که تقاضا برای خدمات دیجیتال و ظرفیت پردازش به طور پیوسته افزایش می‌یابد مراکز داده ناگزیرند تا روش‌ هایی برای کاهش دمای تجهیزات و به حداقل رساندن مصرف انرژی و آب بیابند. یکی از روش‌ های مورد توجه استفاده از سیستم‌ های خنک کننده رایگان است که با بهره‌گیری از منابع طبیعی مانند هوا یا آب سرد محیطی به جای سرمایش مکانیکی مصرف انرژی را به طور قابل توجهی کاهش می‌دهد در این راستا استفاده از فناوری‌ هایی مانند خنک کننده‌ های خشک برج‌ های خنک کننده و کولرهای آدیاباتیک به عنوان روش‌ های اصلی تبادل دما در مراکز داده شناخته می‌شوند. این فناوری‌ ها هر کدام تأثیر متفاوتی بر شاخص‌ های کلیدی مانند PUE یا کارایی مصرف انرژی و WUE یا کارایی مصرف آب دارند و انتخاب صحیح آنها می‌تواند بر هزینه‌ های عملیاتی و پایداری زیست محیطی مراکز داده تاثیر مستقیم داشته باشد. برای مثال: برج‌ های خنک کننده با مصرف بیشتر آب WUE بالاتری دارند. اما مصرف انرژی آنها کمتر است. در مقابل خنک کننده‌ های خشک با مصرف انرژی بیشتر اما بدون نیاز به آب برای مناطق کم آب مناسب‌ تر هستند. همچنین کولر های آدیاباتیک به دلیل قابلیت تنظیم دوگانه در شرایط دمایی و رطوبتی مختلف می‌توانند عملکرد ترکیبی برج خنک کننده و خنک کننده خشک را ارائه دهند در همین حال تغییرات اقلیمی و کاهش منابع آب شیرین در جهان فشار بیشتری بر بهره‌ وری و انتخاب هوشمندانه فناوری‌ های خنک سازی وارد کرده است و همین امر اهمیت استفاده از شاخص‌ های PUE و WUE برای تصمیم‌ گیری دقیق‌ تر را افزایش می‌دهد. انتخاب سیستم تبادل حرارت مناسب باید با توجه به شرایط محیطی منطقه سطح دسترسی به منابع آبی و نوع تجهیزات فناوری اطلاعات صورت گیرد زیرا تأثیر مستقیم بر طول عمر تجهیزات و پایداری مرکز داده خواهد داشت.

با مشاورین شرکت فراز شبکه کارنو در تماس باشید.