چیلر دیتاسنتر و اتاق سرور؛ مدیریت حرارتی، کاهش PUE و ریداندنسی 2N
خنککاری در مرکز داده یک سیستم رفاهی نیست؛ ضامن در دسترس بودن ۱۰۰٪ سرورهاست. تحلیل استانداردهای حرارتی ASHRAE TC 9.9، زمان تحمل حرارتی، تکنولوژی Free Cooling و معماری‌های بدون قطعی.
نوشتهٔ بهار زند (پژوهشگر تأسیسات و تبرید)بحران مقیاس زمان: شمارش معکوس چند دقیقه‌ای تا خاموشی سرورها!
در یک ساختمان مسکونی توقف چیلر یعنی نارضایتی در چند ساعت آینده؛ در دیتاسنتر یعنی آتش‌سوزی حرارتی پردازندهها در چند دقیقه.
هر واتی که از منبع تغذیه UPS به سرور می‌رسد، بدون انجام کار مکانیکی مستقیماً به گرما تبدیل میشود. یک ردیف شامل ۱۰ رک پرتراکم، ساعتی بین ۶۰ تا ۱۰۰ کیلووات گرمای پیوسته و بدون وقفه آزاد میکند. به محض توقف چیلر، سالن به یک کوره حرارتی بسته بدل شده و زمان تحمل (Thermal Ride-Through) به زیر ۵ دقیقه سقوط میکند. برای درک دلایل توقف‌های ناگهانی، مقاله ریشه‌یابی علل توقف چیلر را ملاحظه فرمایید.
۱. فیزیک سرمایش مرکز داده؛ تفاوت‌های بنیادین با تهویه آسایشی
سه ویژگی ترمودینامیکی بار حرارتی اتاق سرور را از سیستمهای تهویه مطبوع متعارف اداری جدا میکند:
در تهویه مطبوع انسانی، به دلیل تعریق و تنفس افراد نسبت گرمای محسوس به کل گرما (SHR) حدود ۰.۷ است؛ اما در سالن سرور هیچ منبع رطوبتی وجود ندارد و SHR بین ۰.۹۵ تا ۱.۰ است. کویل چیلر دیتاسنتر نباید رطوبت‌گیری کند؛ اگر آب بیش از حد سرد به کویل برسد، بی‌جهت رطوبت هوا را می‌گیرد و سپس سیستم رطوبت‌زن مجبور به تبخیر آب میشود که این یعنی اتلاف همزمان برق در دو سیستم برودتی و رطوبت‌زایی.
سرورها شب و روز و تعطیلات نمی‌شناسند. چیلری که ۸۷۶۰ ساعت بدون خاموشی کار میکند، هزینه برق مصرفی آن در طول عمر ۵ ساله تا ۱۰ برابر قیمت خرید خود دستگاه خواهد بود. از این رو هر ۰.۱ بهبود در راندمان مصرف انرژی (kW/Ton)، سالانه صدها میلیون تومان در بودجه عملیاتی مرکز داده صرفه‌جویی می‌آفریند.
سرعت افزایش دمای سالن سرور از رابطه زیر محاسبه میشود:
که در آن Q نرخ گرمای تولیدی رک‌ها، m جرم هوای سالن و cp ظرفیت گرمایی ویژه هواست. در سالن‌های با تراکم بالای ۱۵ کیلووات در هر رک، شیب افزایش دما بیش از ۵ درجه سلسیوس در دقیقه است که نشان میدهد زمان فرصت بسیار محدودتر از اعزام هرگونه تکنسین است.
۲. استانداردهای حرارتی ASHRAE TC 9.9؛ کلاس‌های حرارتی دیتاسنتر
انجمن مهندسان تأسیسات آمریکا (ASHRAE) پنجره‌های دمایی مجاز تجهیزات IT را در ۴ کلاس استاندارد دسته‌بندی کرده است:
| کلاس محیطی | دمای بهینه ورودی | محدوده مجاز اضطراری | محدوده رطوبت / نقطه شبنم | کاربرد هدف |
|---|---|---|---|---|
| کلاس A1 (سخت‌گیرانه / دیتاسنترهای حساس Tier IV) | ۱۸ تا ۲۷ درجه سلسیوس | ۱۵ تا ۳۲ درجه سلسیوس | نقطه شبنم ۵.۵ تا ۱۵ درجه (رطوبت نسبی حداکثر ۶۰٪) | دیتاسنترهای بانکی، بورس، سرورهای ابری و هوش مصنوعی |
| کلاس A2 (پرتراکم استاندارد تجاری) | ۱۸ تا ۲۷ درجه سلسیوس | ۱۰ تا ۳۵ درجه سلسیوس | نقطه شبنم -۱۲ تا ۱۷ درجه (رطوبت نسبی ۲۰ تا ۸۰٪) | مراکز داده سازمانی، شرکت‌های تلکام و سرورهای توزیع‌شده |
| کلاس A3 (اتاق سرورهای نیمه‌صنعتی) | ۱۸ تا ۲۷ درجه سلسیوس | ۵ تا ۴۰ درجه سلسیوس | نقطه شبنم -۱۲ تا ۱۹ درجه | اتاق سرور کارخانجات و ساختمانهای اداری متوسط |
| کلاس A4 (محیط‌های بحرانی با امکان تهویه آزاد) | ۱۸ تا ۲۷ درجه سلسیوس | ۵ تا ۴۵ درجه سلسیوس | نقطه شبنم -۱۲ تا ۲۴ درجه | تجهیزات تخصصی مقاوم به حرارت با فن‌آوری خنککاری طبیعی دائم |
۳. کاهش شاخص PUE و اقتصاد Free Cooling در اقلیم ایران
شاخص PUE فرمول بنیادین سنجش بهره‌وری انرژی است:
بزرگ‌ترین مصرف‌کننده برق پس از سرورها، کمپرسور چیلر است. علاوه بر بررسی سیستمهای سرمایش با مصرف انرژی پایین، راهکار طلایی برای شکستن PUE به زیر ۱.۲ در فلات مرکزی ایران، استقرار فناوری خنککاری طبیعی (Free Cooling) است:
در چیلرهای آب‌خنک، آب سرد برج خنک‌کننده در زمستان و شبهای خنک مستقیماً وارد یک مبدل صفحهای موازی با اواپراتور میشود و بدون روشن شدن کمپرسور، آب سالن سرور را خنک میکند.
کویل‌های خنک‌کننده مایع در جلوی کویل کندانسور نصب شده‌اند. هنگامی که دمای هوای تهران به زیر ۱۲ درجه سلسیوس می‌رسد، آب چرخشی توسط باد خنک محیط سرد شده و کمپرسورهای اسکرو به صورت اتوماتیک خاموش میشوند.
۴. توپولوژی‌های افزونگی (Redundancy) و معماری بدون قطعی
برای اخذ استانداردهای Uptime Institute و TIA-942، زیرساخت سرمایش باید بر یکی از این سه الگو پیاده‌سازی شود:
اگر سالن به ۲۰۰ تن تبرید نیاز داشته باشد، سه دستگاه چیلر ۱۰۰ تن نصب میشود (۲ دستگاه فعال + ۱ دستگاه رزرو). در صورت خرابی یک چیلر، دستگاه سوم روشن میشود؛ نقطه ضعف: قطعی در تابلوی برق مرکزی هر سه را متوقف میکند.
دو سیستم سرمایش کاملاً مجزا (مدار A و مدار B) با دو پست برق اختصاصی، دو کلید ATS، دو چیلر و دو سری لوله‌کشی مجزا. اگر چیلر، پمپ یا لوله مدار A منفجر شود، مدار B بدون کوچک‌ترین وقفه کل بار را حمل میکند.
مخزن آب سرد با عایق الاستومری ضخیم که حجم آب سرد مورد نیاز سالن را برای بازه ۳ تا ۱۰ دقیقه تأمین میکند؛ این مخزن فاصله زمانی بین قطع برق شهر تا استارت ژنراتور دیزلی و شروع کار کمپرسور را کاملاً پوشش میدهد.
برای تنظیم و عیب‌یابی کدهای کنترلی و آلارم‌های توقف ناگهانی، راهنمای کدهای آلارم کنترلر چیلر را جهت جلوگیری از تریپ‌های ناخواسته بررسی فرمایید.
پرسش‌های متداول در خصوص چیلر دیتاسنتر و اتاق سرور
بهار زند
پژوهشگر تخصصی سیستمهای تبرید و تأسیسات صنعتی
مطالب این بخش بر مبنای آخرین ویرایش استاندارد بین‌المللی اشری تدوین شده‌اند.
سرفصل‌های کلیدی خنککاری
- ۱. زمان تحمل حرارتی (Thermal Ride-Through)
- ۲. استانداردهای ASHRAE TC 9.9
- ۳. فرمول محاسبه و کاهش PUE
- ۴. اقتصاد خنککاری طبیعی (Free Cooling)
- ۵. توپولوژی‌های ریداندنسی 2N و N+1
نیازمند اورهال اضطراری یا قرارداد پشتیبانی ۲۴/۷ دیتاسنتر هستید؟
۰۲۱-۲۸۴۲۵۵۷۰SLA حضور در محل زیر ۱ ساعت در سراسر استان تهران
مقالات و راهنماهای مرتبط پیشنهادی
کدهای خطای چیلر صنعتی (HP, LP, OL و ۲۴ ارور متداول)
راهنمای عیب‌یابی کدهای خطای رایج چیلرهای تراکمی و صنعتی به همراه اقدامات فوری برای رفع آلارم.
تعمیر چیلر بیمارستان و اتاق تمیز | الزامات کنترل عفونت و دما
استانداردهای تهویه اتاق‌های عمل و داروسازی، نگهداری چیلرهای با قابلیت کارکرد بدون وقفه و راندمان بالا.
تعمیر چیلر کارخانجات صنعتی | توقف خط تولید و اقدامات اضطراری
سرویس چیلرهای پروسس در خطوط تزریق پلاستیک، ریخته‌گری، صنایع غذایی و شیمیایی بدون ایجاد وقفه تولید.