التبريد المترابط بشكل وثيق
يُعدّ التبريد المباشر نظام تبريد متطور يُستخدم بشكل خاص في مراكز البيانات . يهدف هذا النظام إلى تقريب انتقال الحرارة قدر الإمكان من مصدرها. فبتقريب مكيف الهواء من رفوف المعدات، يضمن ذلك سحب الهواء العادم بشكل أسرع وتوجيه الهواء البارد بدقة إلى المكان المطلوب.
أنواع مكيفات الهواء
يمكن تقسيم الحلول التجارية المتاحة ذات الاقتران الوثيق إلى فئتين: ذات الحلقة المفتوحة وذات الحلقة المغلقة.
تكوين الحلقة المفتوحة
لا تكون التكوينات ذات الحلقة المفتوحة مستقلة تمامًا عن الغرفة التي يتم تركيبها فيها، وتتفاعل تدفقات الهواء مع الظروف المحيطة بالغرفة.
مكيفات هواء داخل الصف
يتم تركيب وحدات تكييف الهواء داخل صفوف الرفوف . وعادةً ما تتبع تدفقات الهواء مسارات قصيرة ومستقيمة، مما يقلل من الطاقة اللازمة لتشغيل المراوح، وبالتالي يزيد من كفاءة الطاقة .
قد يكون حل التبريد القائم على الصفوف أفضل من نظام تبريد واحد للغرفة، لأنه يمكن تكييفه بشكل أفضل مع احتياجات التبريد لصفوف محددة.
مبادلات حرارية للأبواب الخلفية
يستبدل حل مبادل الحرارة ذو الباب الخلفي الباب الخلفي لرف موجود بنظام تبادل حراري.
تستفيد هذه المبادلات الحرارية من نمط فقدان الطاقة من الأمام إلى الخلف الموجود في معظم معدات تكنولوجيا المعلومات: حيث تقوم الخوادم بتبديد الهواء الدافئ، الذي يمر عبر ملف المبادل الحراري ويعود إلى الغرفة بدرجة حرارة أكثر برودة.
ولأن وحدات التبريد هذه لا تشغل مساحة إضافية، فهي مناسبة بشكل خاص إما لتبريد جميع المساحات المصممة أصلاً كمراكز بيانات، أو كوسيلة لدمج نظام تبريد موجود بالفعل.
مبادلات حرارية علوية
بشكل عام، يقوم مبادل حراري بسحب الهواء من السقف إلى الممر البارد، وتتبع فتحات التهوية في السقف التدفق الطبيعي للهواء ؛ في حالات الأنظمة ذات الاقتران الوثيق، يتم وضع الوحدات مباشرة فوق الخوادم، مما يجعل توصيل الهواء البارد وعودة الهواء الساخن أكثر دقة.
نظام من هذا النوع، كونه موضوعاً بشكل عمودي، لا يحتاج إلى مساحة أرضية في الغرفة.
تكوين الحلقة المغلقة
تعمل تكوينات التبريد ذات الدائرة المغلقة بشكل مستقل عن الغرفة التي يتم تركيبها فيها؛ يعمل الرف والمبادل الحراري بشكل حصري مع بعضهما البعض، مما يخلق مناخًا داخليًا دقيقًا .
تبريد الرفوف
يقع نظام التبريد بجوار رف الخادم وكلاهما محكم الإغلاق تمامًا؛ الأبواب الصلبة الموجودة على الحاوية ومكيفات الهواء الموجودة في الصف تحتوي على تدفق الهواء، وتوجه الهواء البارد إلى مدخل الخادم، وتطرد الهواء من خلال ملف التبريد باستخدام المراوح.
يسمح تصميم الدائرة المغلقة بتبريد مركز للغاية على مستوى الرف، ومن الممكن تثبيت معدات تكنولوجيا المعلومات بكثافة عالية بغض النظر عن البيئة الخارجية، مما يتيح المرونة في استخدام المساحات غير التقليدية لتثبيت المعدات.
كفاءة
في التصميم التقليدي، يجب على المراوح تحريك الهواء من محيط الغرفة، أسفل الأرضية المرتفعة ، وعبر فتحات في بلاط الأرضية إلى مدخل الخوادم . تتطلب هذه العملية طاقة، تختلف باختلاف بنية الخادم. غالبًا ما توجد أسفل الأرضية المرتفعة قنوات تثبيت (حزم كابلات كبيرة، أنابيب)، مما يتطلب طاقة إضافية من المراوح لتحريك حجم الهواء البارد المطلوب.
نظرًا لقرب نظام التبريد ورفوف المعدات في الحلول المتصلة مباشرة، ينخفض استهلاك الطاقة. في تصميم الصفوف، تُدمج وحدة التبريد ضمن صف الرفوف، وتُزود الصف بالهواء مباشرةً، ما يُغني عن مراعاة أي عوائق أسفل الأرضية. وتشير التقديرات إلى أن النظام المتصل مباشرة، عند تطبيقه، يضمن خفضًا في استهلاك الطاقة السنوي يصل إلى 95% مقارنةً بنظام تكييف الهواء التقليدي ذي سعة التبريد المكافئة.
تتميز بعض أنظمة التبريد بمراوح ذات سرعة متغيرة تتكيف بشكل أفضل مع حجم العمل ودرجة الحرارة الداخلية للخزانة. كما أن استخدام مراوح تعمل بأقل سرعة ممكنة لتلبية متطلبات مركز البيانات يُسهم في خفض استهلاك الطاقة.
تم التحقق من أن نسبة الطاقة الموفرة تزداد بطريقة أكثر تناسبًا مع انخفاض تدفق الهواء (على سبيل المثال، من خلال تقليل سرعة المروحة بنسبة 10٪، نوفر 27٪ من الطاقة).
| ٪ تدفق | ساعات | الطاقة السنوية | التكلفة السنوية | عدد دورات المحرك في الدقيقة | التوفير |
|---|---|---|---|---|---|
| 100 | 8760 | 49.774,43 | 1.742,10 | 2040 | 0% |
| 95 | 8760 | 42.774,64 | 1.493,64 | 1938 | 14.26% |
| 90 | 8760 | 36.285,56 | 1.269,99 | 1836 | 27.10% |
| 85 | 8760 | 30.567,72 | 1.069,87 | 1734 | 38.59% |
| 80 | 8760 | 25.484,51 | 891,96 | 1632 | 48.80% |
| 75 | 8760 | 20.998,59 | 734.95 | 1530 | 57.81% |
| 70 | 8760 | 17.072,63 | 697.01 | 1428 | 59.99% |
على الرغم من النمو المتوقع الهائل في مبيعات حلول التبريد المباشر، فقد أظهرت دراسات حديثة تباطؤًا في هذا النمو. قد يعود السبب إلى أن حلول التبريد المباشر لا توفر وفورات كبيرة في الطاقة إلا إذا كانت الخوادم تستهلك ما بين 8 و10 كيلوواط؛ بينما يبلغ متوسط كثافة الطاقة في مراكز البيانات متوسطة الحجم حاليًا حوالي 5 كيلوواط، وبالتالي فإن وفورات الطاقة لا تبرر التكلفة المرتفعة للاستثمار في نظام التبريد.
درجات حرارة المياه المبردة
في الأنظمة التقليدية، تتراوح درجات حرارة مياه التبريد عادةً بين 6 و7 درجات مئوية، وتُعدّ المياه الباردة ضرورية لتوليد الهواء البارد، نظرًا لتفاعل الهواء البارد الداخل مع الهواء الساخن الخارج. مع ذلك، من الضروري ضمان أن تتراوح درجة حرارة الهواء الداخل بين 18 و26.5 درجة مئوية، وفقًا لمعايير جمعية مهندسي التدفئة والتبريد وتكييف الهواء الأمريكية (ASHRAE) .
تسمح بعض أنواع الأنظمة ذات الاقتران المباشر بدرجات حرارة مياه دخول أكثر دفئًا نظرًا لقرب نظام التبريد وتصميم ملف التبريد مع البقاء ضمن إرشادات ASHRAE.
بما أن الثلاجات تمثل 30-40% من استهلاك الطاقة في مركز البيانات، ومعظم هذا الاستهلاك للطاقة يرجع إلى التبريد الميكانيكي، فإن ارتفاع درجة حرارة مدخل المياه يسمح بزيادة الساعات التي يكون فيها التبريد المجاني ممكنًا، وبالتالي زيادة كفاءة الثلاجة.
مراكز بيانات جوجل
في مقابلة أجريت عام 2016، قال جوزيف كافا، نائب رئيس جوجل لمراكز البيانات، إن الشركة تعيد هيكلة نظام التبريد في مراكز البيانات التابعة لها كل 12-18 شهرًا، وتركز على الأنظمة المترابطة بشكل وثيق. [ 1 ]
في مراكز البيانات، توجد أرضية مرتفعة ولكن لا توجد بلاطات مثقبة. يتم التبريد في ممرات مغلقة بها صفوف من الرفوف على كلا الجانبين، بينما تعمل ملفات التبريد التي تستخدم الماء البارد كسقف لهذه الممرات الدافئة، كما أنها تضم الأنابيب التي تنقل الماء من وإلى أبراج التبريد الموجودة في جزء آخر من المبنى.
تُحافظ درجة حرارة الهواء عمومًا على حوالي 26.5 درجة مئوية، لكنها ترتفع تدريجيًا لتصل إلى حوالي 49 درجة مئوية، نتيجةً لتلامسها مع مكونات مختلفة. عندما تُوجّه المراوح الهواء في الممر الدافئ المغلق، يصل إلى أعلى الغرفة ويمر عبر ملف التبريد ليبرد إلى درجة حرارة الغرفة . ثم تتصل الأنابيب المرنة بملف التبريد في أعلى الممر الساخن، وتنزل عبر فتحة في الأرضية، وتتدفق أسفل الأرضية المرتفعة.
بحسب تصريحات شركة كافا: "في حال حدوث تسريبات في الأنابيب، ستتسرب المياه إلى الأرضية المرتفعة. لدينا خبرة واسعة في هذا التصميم، ولم يحدث أي تسرب كبير للمياه قط". ويؤكد وجود نظام طوارئ لأي تسريبات مائية. كما يؤكد أن قرب السوائل من الخوادم لا يشكل أي مشكلة.
وذكر كافا أيضًا، في إشارة إلى أنواع أخرى من أنظمة التبريد المزودة بتركيبات على السقف لإعادة هواء العادم الساخن إلى مكيفات الهواء في غرفة الكمبيوتر (CRAC) الموجودة على طول محيط منطقة الأرضية المرتفعة، أن "النظام غير فعال لأن الهواء الساخن ينتقل لمسافة طويلة أثناء انتقاله نحو 'CRAC'، في حين أن النظام المتصل مباشرة يكون أكثر كفاءة بشكل ملحوظ".
فهرس
- بين، ج.، ودونلاب، ك. (2008)، مراكز البيانات الموفرة للطاقة: حل الصفوف المترابطة بشكل وثيق مؤرشف في 2024-08-31 في Wayback Machine ، مجلة ASHRAE، 34-40.
- وكالة حماية البيئة. (2007، أغسطس 2)، تقرير وكالة حماية البيئة إلى الكونجرس حول كفاءة الطاقة في الخوادم ومراكز البيانات ، برنامج Energy Star .
- المرافق الحيوية لمهام برنامج EYP. (26 يوليو 2006). اتجاهات وحلول المباني كثيفة الاستهلاك للطاقة: مراكز البيانات. مؤرشف في 11 يونيو 2017 على موقع Wayback Machine ، من إعداد مائدة مستديرة للمرافق الحيوية .
- فونتيكيو، م. (2009، يناير 21)، مراوح تكييف الهواء في مراكز البيانات توفر لك المال. مؤرشف في 10-09-2009 في Wayback Machine ، ابحث عن مركز البيانات.
- صن مايكروسيستمز (2008)، مراكز البيانات الموفرة للطاقة: دور النمطية في تصميم مراكز البيانات ، صن مايكروسيستمز .
ملحوظات
مراجع
- ↑ سفيردليك، يفغيني (25 مارس 2016). "كافا: جوجل تعيد تصميم أنظمة تبريد مراكز البيانات كل 12 إلى 18 شهرًا" . معلومات مراكز البيانات . تاريخ الاسترجاع: 29 نوفمبر 2025 .
روابط خارجية
- تكنولوجيا مراكز البيانات