چالش‌های برق و سرمایش برای کلوکیشن‌ها و دیتاسنترهای بزرگ امروزی، به شدت حائز اهمیت است. اگر در یک اتاق سرور به مساحت تقریبی ۴ متر مربع، چندین رک بزرگ داشته باشید و در هر رک حدود ۲۰ سرور با مصرف انرژی ۷ کیلو وات نصب شده باشد، مدیریت برق و سرمایش چنین اتاق سرور نسبتا کوچکی در مقایسه با دیتاسنترهای عظیم الجثهی هوش مصنوعی، نیازمند حساسیت‌ها و دقت ویژه‌ای است و برای کاهش مصرف برق و رعایت استانداردهای زیست محیطی یا جلوگیری از قطعی ناشی از اوج مصرف انرژی، مدام باید روندهای جدیدی پیاده‌سازی کرده و بهترین شیوه‌ها و فناوری‌ها را به خدمت بگیرید.
در بین فناوری‌های سرمایشی مطرح، مانند «غوطه‌وری در مایع خنک» که اخیرا مورد توجه قرار گرفته، شیوه‌های فری کولینگ (Free Cooling) یا سرمایش طبیعی نیز مطرح شده و طرفداران خاص خودش را پیدا کرده است.
سرمایش طبیعی چیست؟
فری کولینگ یک روش طبیعی و مقرون به صرفه برای خنک‌سازی دما، آب و تجهیزات سرمایش ساختمانها و دیتاسنترها با استفاده از دمای پایین محیط بیرونی است. معمولا در سرمایش طبیعی از آب خنک طبیعی یا دمای پایین و در برخی اوقات از برف یا باد خنک به جای تبرید مکانیکی استفاده می‌شود. در عمل، فری کولینگ کاملا طبیعی نیست؛ چون شما به هر حال در داخل ساختمان یا مرکزداده نیاز به چیلرها، فن‌ها، تجهیزات انتقال آب و هوا، پمپ‌ها و ... دارید و این تجهیزات نیازمند تعمیر و نگهداری و بهینه‌سازی دورهای هستند. بهتر است بگوییم این روش، یک سیستم خنک‌سازی ارزان‌تر و مقرون به صرفه‌تر از سیستم‌های سرمایش غول پیکر و پیچیده در دیتاسنترهای بسیار بزرگ است.
هنگامی که هوای بیرون از ساختمان، خنک‌تر از هوای داخل باشد؛ از فری کولینگ برای خنک‌سازی آب استفاده می‌شود یا جریان هوای خنک بیرون به طور مستقیم به داخل هدایت شده و رک‌ها و سرورها را خنک می‌کند.. برخی اوقات آب و هوای خنک به طور مستقیم استفاده می‌شوند و در برخی سناریوها، آب سرد ذخیره شده و بعدا استفاده می‌شود.
بهترین مثال برای سرمایش طبیعی، مناطق کوهستانی و برفی است که در بیشتر ایام سال، سرد و مملو از برف خواهند بود و دمای محیط آن‌ها پایین‌تر از محیط‌های دیتاسنتر با هوای گرم تولید شده از تجهیزات مرکزداده است. با فیلتر و مرطوب کردن هوای سرد بیرون و هدایت مستقیم آن روی سرورها و رک‌ها، می‌توان استفاده از سیستم‌های تهویهی مطبوع را کاهش داد یا در برخی موارد، حذف کرد. سیستم‌های سرمایشی که از این روش استفاده می‌کنند را اکونومایزر سمت هوا (airside economizers) می‌نامند.
رودخانه‌ها، دریاچه‌ها و اقیانوس‌ها هم می‌توانند برای خنک‌سازی سنتی آب در یک حلقهی بسته با چیلر مورد استفاده قرار بگیرند. پروژهی پیشگامانه «ناتیک» (Project Natick) مایکروسافت که طی آن یک دیتاسنتر را به مدت یک سال در زیر آب اقیانوس نگه داشت؛ بهترین مثال از فری کولینگ است و سیستم سرمایش اکونومایزر سمت آب (waterside economizers) نام دارد.
در هر دو روش فری کولینگ، ضروری است که دمای هوای بیرون از ساختمان بسیار پایین‌تر از دمای هوای داخل باشد تا به کاهش مصرف انرژی و افزایش عمر مفید سیستم سرمایش اصلی دیتاسنتر کمک موثری داشته باشد.
اصول کلیدی فری کولینگ
همانطور که اشاره شد هنگامی می‌توانیم به سوی فری کولینگ برای بهینه‌سازی سیستم سرمایشی برویم که دمای بیرون پایین‌تر از دمای پیش‌بینی شده در اتاق‌های سرور باشد. در برخی مکان‌ها، این تفاوت دما کاملا قابل پیش‌بینی است ولی در برخی دیگر از مکان‌های طبیعی، شاهد پدیدهی وارونگی دما هستیم و این قابلیت اطمینان که دمای بیرون کمتر از دمای محیط دیتاسنتر است؛ برای یک سیستم سرمایشی، بسیار ضروری است.
گاهی اوقات در روزهای گرم سال، باید اقدامات بیشتری برای خنک‌سازی هوا یا آب بیرون از ساختمان، پیش از انتقال آن به اتاق‌های سرور انجام شود که در نتیجه، مصرف انرژی زیرساخت‌ها و تاسیسات افزایش یافته و شاید مزیت ویژه و محسوس سرمایش طبیعی زیر سوال برود و دیگر شاهد کاهش مصرف انرژی و هزینه‌ها نباشیم.
به همین دلیل، برای انتخاب مکان دیتاسنترها در هنگام استفاده از سرمایش طبیعی حساسیت‌های بالایی وجود دارد و شرکت‌های خصوصی با چالش‌های جدید در این زمینه روبرو هستند. نمی‌توان به سادگی تصمیم گرفت که در یک منطقهی سردسیر یا کوهستانی با آبشارها و رودخانه‌های فصلی و دائمی، یک دیتاسنتر مبتنی بر فری کولینگ راهاندازی شود.
البته، شرکت‌های فناوری نمی‌توانند از مزایای بزرگ این نوع سرمایش چشم‌پوشی کنند و به دنبال راهکارهای دیگری مانند افزایش دمای اتاق‌های سرور و دیتاسنتر برای اطمینان از وجود تفاوت دمایی مطلوب بین محیط بیرون و داخل ساختمانها هستند. صنعت دیتاسنتر به این سمت حرکت می‌کند که به تدریج، تجهیزات را در برابر دماهای بالاتر، مقاوم کند. مایکروسافت در چندین دیتاسنتر مدرن خود، دمای محیط رک‌ها را ۱۰ درجه بالاتر از استاندارد تنظیم کرده است تا به تدریج بتواند هزینهی مصرف انرژی و سرمایش را کاهش دهد. اگر بزرگان سازندهی دیتاسنتر به این موفقیت برسند؛ فناوری Free Cooling با استقبال و پذیرش گسترده‌ای روبرو خواهد شد.
سرمایش طبیعی مکانیکی
فری کولینگ مکانیکی (Mechanical Free Cooling) یک روش سرمایشی پیچیده است که در مراکزداده و زیرساخت‌های نیازمند کنترل دقیق دما، استفاده می‌شود. برخلاف فری کولینگ سنتی که وابسته به جریان هوای طبیعی برای تغییرات دمایی در محیط مرکزداده است؛ فری کولینگ مکانیکی از تجهیزات مکانیکی برای بهبود و کنترل فرآیند خنک‌کننده سود می‌برد.
در سرمایش طبیعی مکانیکی از تجهیزاتی مانند مبدل‌های حرارتی، فن‌ها و سیستم‌های کنترلی برای انتقال گرما از تجهیزات IT به یک سیال خنک‌کننده (غالبا آب)، استفاده می‌شود. این مایع در هوای بیرون از ساختمان و در یک شرایط مساعد که معمولا در شب یا در بازه‌های زمانی خنک‌تر، سرد شده و دوباره به چرخه بازمی‌گردد.
سیستم‌های سرمایش طبیعی مکانیکی را می‌توان به روش‌های مختلفی پیکربندی کرد. از جمله، از برج‌های خنک‌کننده، مبدل‌های حرارتی هوا به آب، سیستم‌های خنک‌کننده تبخیری یا فشرده‌ساز بخار استفاده می‌شود. هدف این سیستم‌ها نیز به حداقل رساندن استفاده از سیستم‌های سرمایشی هوازی سنتی، کاهش مصرف انرژی و هزینه‌های مرتبط است.
در حالی که شاید فری کولینگ مکانیکی نیاز به سرمایه‌گذاری اولیه بیشتری نسبت به فری کولینگ سنتی دارد اما کنترل دمای دقیق‌تری ارائه می‌کند. این فناوری برای استفاده در محیط‌های با شرایط آب و هوایی بسیار متغیر یا نه چندان مناسب برای فری کولینگ سنتی، توصیه می‌شود.
سرمایش طبیعی و کاهش ردپای محیطی
خنک کردن دیتاسنترها، بزرگ‌ترین چالش برای مدیران مراکزداده از نظر کاهش اثرات زیست محیطی است. اهمیت کارایی سیستم‌ها و فرآیندها در کنار راه‌حل‌های سرمایش، موانع مهمی بر سر راه کاهش شاخص مصرف موثر انرژی یا PUE هستند. تجربه نشان می‌دهد سیستم‌های سرمایشی در هنگام نصب و راهاندازی، PUE برابر با ۱.۸ دارند اما پس از بهینه‌سازی‌ها، به مرز ۱.۲ نزدیک می‌شوند.
برای غلبه بر این چالش و رسیدن به PUE مطلوب، سرمایش طبیعی یکی از راهکارهای کارآمد محسوب می‌شود و کمک می‌کند تا تاثیرات محیطی دیتاسنتر خود را کاهش دهید. برخی گزارش‌ها نشان می‌دهد استفاده از فری کولینگ باعث کاهش ۲۰ درصدی PUE شده است و دیتاسنترها به راحتی می‌توانند به PUE برابر با ۱.۲۵ دست یابند که مطابق با استانداردهای جهانی از جمله موسسه آپ‌تایم است.
دیدگاه خود را بنویسید