سرمایش مرکز داده کانتینری یک رویکرد مهندسی یکپارچه و ماژولار برای مهار، انتقال و دفع بارهای حرارتی ناشی از تجهیزات پردازشی با تراکم بالا در یک محفظه فلزی استاندارد و ایزوله است. این فرآیند با بهرهگیری از اصول انتقال حرارت جابجایی و هدایت، دمای کاری سرورها را در محدوده بهینه تعریفشده توسط استاندارد ASHRAE (بین ۱۸ تا ۲۷ درجه سانتیگراد) تثبیت میکند.
ثبات ترمودینامیکی در این ساختارها، پایداری سختافزارها را در برابر نوسانات دما تضمین مینماید. محدودیت شدید فضا در یک دیتاسنتر ماژولار پیشساخته، الگوهای جریان سیال را نسبت به دیتاسنترهای سنتی پیچیدهتر میکند. Corten Steel یا همان شاسی کانتینر، مستعد انتقال حرارت تابشی شدید از محیط بیرونی است.
این امر مستلزم استفاده از عایقهای حرارتی پیشرفته الاستومری و پلیاورتان برای جلوگیری از نفوذ بار حرارتی خورشید به داخل فضای سفید است. فیزیک حاکم بر سرمایش مرکز داده کانتینری بر اساس موازنه انرژی و انتقال جرم سیالات خنککننده استوار است. هوا به عنوان سیال واسط سنتی، ظرفیت حرارتی ویژه نسبتاً پایینی معادل 1.005 kJ/kg·K دارد.
این مقدار ناچیز در مقایسه با ظرفیت حرارتی ویژه آب که معادل 4.184 kJ/kg·K است، ضعف ساختاری هوا در مواجهه با چگالی حرارتی بالا را آشکار میسازد. معادله اساسی تبادل حرارت در سیستمهای مکانیکی دیتاسنتر به صورت زیر تعریف میشود:
Q = ṁ · Cp · ΔT
در این فرمول ریاضی، Q بیانگر نرخ انتقال حرارت بر حسب کیلووات، ṁ دبی جرمی سیال عبوری بر حسب کیلوگرم بر ثانیه، Cp ظرفیت حرارتی ویژه سیال خنککننده و ΔT اختلاف دمای ورودی و خروجی است. برای جابجا کردن بار برودتی معادل ۴۰ کیلووات به ازای هر رک با جریان هوا، به حجمی معادل ۴۰۰۰ فوت مکعب در دقیقه (CFM) جریان هوا نیاز است.
این حجم از هوا سرعتهای سرسامآوری ایجاد کرده و منجر به افت فشارهای شدید هیدرولیکی میگردد. توسعه روزافزون سیستمهای پردازش ابری و خوشههای محاسباتی سنگین، نیاز به رویکردهای نوین را دوچندان کرده است. گذار از سیستمهای هواخنک سنتی به سمت فناوریهای مایعخنک، به عنوان یک ضرورت ترمودینامیکی در طراحیهای مدرن پذیرفته شده است. این انتقال تکنولوژیک، راندمان کلی سیستم را ارتقا داده و مصرف توان تجهیزات جانبی را به حداقل میرساند.
سیستمهای انبساط مستقیم یا DX بر پایه یک چرخه تبرید تراکمی بسته عمل میکنند که در آن مبرد گازی مستقیماً وظیفه جذب حرارت از هوای کانتینر را بر عهده دارد. در این ساختار مکانیکی، کمپرسورهای اسکرول مجهز به کیت اینورتر، مبرد داغ را فشرده کرده و به سمت کندانسورهای نصبشده در سقف کانتینر هدایت مینمایند.
اواپراتورهای تعبیهشده در بخش داخلی کانتینر نیز با عبور جریان هوا، حرارت اتمسفر داخلی را به سرعت جذب میکنند. این دسته از سیستمها به دلیل ساختار یکپارچه و بینیازی از موتورخانههای حجیم چیلر، گزینهای عالی برای استقرار سریع هستند. با این حال، ظرفیت برودتی سیستمهای DX در شرایط اقلیمی بسیار گرم با افت راندمان شدید روبرو میشود. افزایش فشار دیسشارژ کمپرسور در دماهای محیطی بالا، استهلاک مکانیکی قطعات و مصرف برق سیستم را به طور تصاعدی افزایش میدهد.
سیستمهای سرمایش آب چیلد با استفاده از چرخههای هیدرولیکی انتقال آب سرد تولید شده توسط چیلرهای خارجی کار میکنند. آب خنک با دمای استاندارد ۷ درجه سانتیگراد توسط پمپهای دور متغیر سانترفیوژ به سمت کویلهای سرمایشی داخل کانتینر پمپ میشود. این آب پس از جذب حرارت از راهروی گرم رکها، با دمای تقریبی ۱۲ درجه سانتیگراد جهت خنکسازی مجدد به چیلر بازمیگردد.
پیکربندی این سیستمها اجازه میدهد تا با استفاده از شیرهای کنترلی دو راهه هوشمند، جریان آب به طور پویا متناسب با بارهای پردازشی لحظهای رکها تغییر کند. یکی از مزایای کلیدی این روش، امکان بکارگیری قابلیت خنککاری طبیعی (Free Cooling) در فصول سرد سال است. در این شرایط، بدون نیاز به روشن شدن کمپرسورهای پرمصرف چیلر، آب سرد به کمک هوای آزاد خنک میشود.
فناوری سرمایش مایع مستقیم شامل قرارگیری مستقیم صفحات سرد مسی بر روی پردازندههای پرحرارت و گردش جریان بسیار کنترلشده مایع خنککننده درون آنها است. این مکانیزم پیشرفته، مقاومت حرارتی واسط هوا را به کلی حذف کرده و حرارت را مستقیماً از سطح سیلیکون جذب مینماید. مایع گرمشده سپس به واحدهای توزیع مبرد (CDU) منتقل شده و حرارت خود را به حلقه آب چیلد دیتاسنتر واگذار میکند.
در فناوری سرمایش مایع غوطهوری تکفاز یا دوفاز، سرورها به طور کامل درون یک تانک افقی حاوی مایع دیالکتریک غیررسانا غرق میشوند. در مدل تکفاز، سیال گرمشده به کمک پمپها به مبدل حرارتی خارجی فرستاده شده و خنک میگردد. در مدل دوفاز، سیال بر اثر حرارت قطعات به جوش آمده، تبخیر میشود و بخار حاصل پس از برخورد با کندانسور سقفی تانک، مجدداً تقطیر شده و به تانک بازمیگردد.
بهینهسازی فیزیکی و استقرار چنین سیستمهای دقیقی نیازمند بکارگیری تجهیزات نگهداری استاندارد است. با بهرهگیری از [رکهای سرور ]، بستر مناسبی برای توزیع ایمن منیفولدهای هیدرولیکی، لولهکشیهای ظریف مایع و جلوگیری از ریسکهای نشت سیال در چگالیهای حرارتی بالا فراهم میگردد.
سیستم راهروی سرد و گرم یک پیکربندی معماری برای چیدمان رکها است که مانع از تداخل و همپوشانی جریانهای هوای خنک ورودی و هوای داغ خروجی سرورها میشود. در این چیدمان، ردیفهای رک به گونهای روبروی هم قرار میگیرند که بخش جلویی آنها راهروی سرد و بخش پشتی آنها راهروی گرم را تشکیل دهد.
سقف و دربهای این راهروها به صورت فیزیکی مسدود میشوند تا از فرار هوای سرد جلوگیری به عمل آید. سیستمهای سرمایش درونردیفی یا InRow با قرارگیری مستقیم در میان رکهای تجهیزات محاسباتی، هوای گرم را از راهروی گرم دریافت کرده و پس از عبور از کویل سرمایشی، هوای سرد را با فشار یکنواخت به راهروی سرد پرتاب میکنند.
این تکنولوژی با به حداقل رساندن طول مسیر حرکت هوا، بازدهی سیستمهای هواخنک را ارتقا میدهد. فنهای دور متغیر EC به کار رفته در دستگاههای InRow، دبی هوا را دقیقاً با حجم هوای مورد نیاز سرورها تطابق میدهند.
مبدل حرارتی درب پشتی با جایگزینی درب مشبک پشتی رک سرور با یک پنل مجهز به کویل سرمایشی مایع، گرما را قبل از خروج از رک خنثی میکند. هوای داغ خروجی از سرورها با عبور از روی این کویل پره-لوله هیدرولیکی، بلافاصله دمای خود را از دست داده و به دمای اتاق برمیگردد. این فناوری امکان توسعه تراکمهای حرارتی بالا را در فضاهای محدود بدون نیاز به تغییر در معماری تهویه مطبوع کانتینر فراهم میآورد.
ایزولاسیون حرارتی بدنه کانتینر نقشی حیاتی در پایداری این چرخهها ایفا میکند. نفوذ حرارت محیط خارجی یا تشکیل کندانس در دیوارههای داخلی کانتینر به دلیل اختلاف دمای شدید، میتواند پایداری تجهیزات الکترونیکی را با خطرات جدی روبرو سازد. بکارگیری مواد عایق با ضریب انتقال حرارت فوقالعاده پایین، سدی نفوذناپذیر در برابر این تبادلات ناخواسته ایجاد مینماید.
جهت پایش لحظهای و کنترل دقیق این پارامترهای حساس محیطی، استفاده از ابزارهای هوشمند مدیریتی الزامی است. پیادهسازی [سیستمهای مدیریت هوشمند (Smart DCIM)] امکان کنترل یکپارچه دما، رطوبت, نشتی آب و دبی جریان مبرد را فراهم ساخته و امنیت فیزیکی زیرساخت را در شرایط بحرانی تضمین میکند.
شاخص راندمان مصرف توان یا PUE به عنوان معیار جهانی ارزیابی کارایی مصرف انرژی در مراکز داده شناخته میشود. این شاخص نشاندهنده نسبت کل توان الکتریکی ورودی به دیتاسنتر کانتینری به توان مصرفشده توسط تجهیزات محاسباتی و سرورها است. هرچه مقدار این شاخص به عدد ۱.۰ نزدیکتر باشد،
نشاندهنده اتلاف کمتر انرژی در بخشهای جانبی نظیر توزیع برق و سرمایش. توسعه روزافزون سیستمهای پردازش مرتبط با هوش مصنوعی و پردازشهای سنگین محاسباتی، چگالی حرارتی هر رک را به بیش از ۵۰ الی ۱۰۰ کیلووات رسانده است. این چگالیهای حرارتی بالا، بکارگیری سیستمهای هواخنک سنتی را به دلیل محدودیتهای فیزیکی انتقال حرارت با چالش مواجه کرده و استفاده از سرمایشهای مایعخنک و غوطهوری را اجتنابپذیر میسازد.
در جدول زیر مقایسه پارامترهای برودتی و عملکردی روشهای مختلف سرمایش دیتاسنتر ارائه شده است:| نوع فناوری سرمایش | محدوده چگالی حرارتی (kW/Rack) | راندمان مصرف توان (PUE) | شاخص مصرف آب (WUE) | سازگاری با بارهای پردازشی AI |
|---|---|---|---|---|
| هوای محیطی (Direct DX) | تا ۱۰ کیلووات | ۱.۵ تا ۱.۸ | بسیار پایین (بدون مصرف آب) | غیر قابل قبول برای خوشههای بزرگ |
| سرمایش درونردیفی (InRow CW) | ۱۲ تا ۶۰ کیلووات | ۱.۲ تا ۱.۴ | متوسط (وابسته به برج خنککننده) | متوسط (نیازمند راهروهای بسته) |
| سرمایش غوطهوری تکفاز (Immersion) | ۱۰۰ تا ۲۵۰ کیلووات | ۱.۰۲ تا ۱.۰۸ | تقریباً صفر (کاهش ۹۵ درصدی مصرف آب) | بسیار عالی و پایدار |
| نام سیال عامل | ظرفیت حرارتی ویژه (kJ/kg·K) | ضریب هدایت حرارتی (W/m·K) | هدایت الکتریکی (رسانایی) | کاربرد اصلی در سیستمهای سرمایشی |
|---|---|---|---|---|
| آب خالص (H2O) | ۴.۱۸۴ | ۰.۶ | بالا (نیازمند مسیر بسته ایزوله) | چیلرها و صفحات سرد مسی چسبیده به تراشه |
| روغن سنتتیک دیالکتریک | ۱.۸ تا ۲.۱ | ۰.۱۳ | مطلقاً صفر (نارسانا) | سیستمهای سرمایش غوطهوری تکفاز |
| مایع فلوروکربن مهندسیشده | ۱.۱ | ۰.۰۶ | مطلقاً صفر (نارسانا) | سیستمهای سرمایش غوطهوری دوفاز با تغییر فاز |
انتخاب فناوری مناسب برای مهار چگالیهای حرارتی هوش مصنوعی، اثر مستقیمی بر سودآوری پروژهها دارد. سیستمهای غوطهوری و صفحات سرد مسی با کاهش سهم فنها در توان مصرفی کل، بازدهی محاسباتی دیتاسنترها را به طور قابلملاحظهای ارتقا میدهند. این بهینهسازیها نقشی کلیدی در کاهش هزینههای جاری مگاپروژههای ابری ایفا مینمایند.
توسعه پرشتاب زیرساختهای فناوری اطلاعات و خوشههای هوش مصنوعی، نیازمند اتخاذ تصمیمات مهندسی دقیق و پایدار است. مدیران ارشد فناوری اطلاعات، کارآفرینان و سرمایهگذاران زیرساختی جهت طراحی استراتژیک، ارزیابی فنی و راهاندازی مراکز داده کانتینری پیشساخته خود میتوانند با کارشناسان و مهندسین خبره فیدارکوثر تماس حاصل نموده و از مشاورههای تخصصی این مجموعه بهرهمند شوند.
بعد از ورود به حساب کاربری می توانید دیدگاه خود را ثبت کنید
