روش های مدیریت گردش هوا در مراکز داده

صرفنظر از اینکه سیستم سرمایش اتاق سرور شما چیست، نکته مهم دیگر که در دیتا سنتر وجود دارد، مدیریت گردش هوا در مراکز داده در اتاق است. عدم رعایت اصول سبب افزایش مصرف انرژی و ایجاد نقاط پر حرارت در دیتا سنتر می گردد. یکی از مصارف عمده در اتاق سرور و دیتا سنتر، سیستم های سرمایش هستند که حدود 40% انرژی را مصرف میکنند. هرگونه بهبود در بخش خنک کننده منجر به کاهش مصرف برق می شود.

شیوه های ضعیف مدیریت گردش هوا به مرور زمان میتواند زیاد شود، اما با استفاده از راه حل های ساده میتوان بر این مشکلات غلبه نمود که منجر به نتایج سریع برای ما می شود.

مدیریت گردش هوا چیست؟

اکثر اپراتورهای اتاق سرور و مرکز داده بر روی رک خود استاندارد سازی را انجام می دهند. به این دلیل که علاوه بر زیبایی ظاهری، و کمک به سلامت و مدیریت سرور ها و ذخیره سازها و سایر ادوات، گردش جریان هوا نیز آسان تر گردد.مدیریت جریان هوا یک فرایند است و نیاز به نظارت از طریق روش های نظارت بر شرایط محیط دارد. این فرایند به چگونگی حرکت “هوای سرد” و “هوای گرم” در ارتباط با رک های سرور، راهروهای بین رک ها، فضاهی خالی و  اتاق سرور یا سالن مربوط می شود.

بیشتر بخوانید: استاندارد سازی اتاق سرور

نحوه تأمین هوای سرد در یک مرکز فناوری اطلاعات وابسته به اندازه فضا و تجهیزات موجود در اتاق کامپیوتر دارد. اتاق های کامپیوتر کوچک دارای یک یا چند رک هستند و از کولر گازی دیواری استفاده می کنند. مراکز داده بزرگتر و دیتا سنتر ها راه حل پیچیده تری مانند سیستم های تهویه مطبوع اتاق کامپیوتر (CRAC) ، کنترل کننده های هوای اتاق کامپیوتر (CRAH) و حتیسیستم سرمایش مایع را، برای رک با توان های بالا به کار می گیرند. در بسیاری از اماکن، از کف کاذب اتاق سرور و تایل های تهویه Down Flow استفاده می شود. بدون طراحی صحیح، این می تواند منجر به مشکلات بیشتری در مدیریت جریان هوا شود.

در رک های با قدرت پایین، راه حل های مدیریت جریان هوا را گاهی اوقات می توان به شکل ایجاد فضاهای بیشتر در رک نظر گرفت. در این حالت جریان هوا مدیریت شده و  با پیاده سازی مناسب، سبب عدم اختلاط هوای سرد با هوای خروجی گرم حاصل از تجهیزات فناوری اطلاعات می شود.

با افزایش مصرف برق در یک رک، نیاز به سرمایش بیشتر بر اثر گردش جریان هوای نامناسب، مخلوط شدن هوای سرد و گرم، نشت هوای سرد از طریق پانل های ضعیف و درهای جلو و عقب رک نیز افزایش می یابد. هرچه تعداد رک ها بیشتر باشد، اثر تجمعی جریان هوای ضعیف بر بهره وری انرژی و اثربخشی سرمایش بیشتر است.

ده مورد از شایع ترین مشکلات مدیریت گردش هوا در مراکز داده

مشکلات متعددی مربوط به جریان ضعیف هوا در رک سرور و محیط مرکز داده وجود دارد. این مسائل را می توان با طرح کلی چیدمان اتاق، انتخاب سیستم خنک کننده و استقرار نا مناسب رک سرور ترکیب کرد. این امر می تواند هزینه های عملیاتی غیر ضروری را بالا ببرد. این مورد در بحث راه اندازی اتاق سرور اجرا میشود.

• نقاط داغ: اینها مناطقی در رک سرور یا اتاق هستند که از تجمع گرمای اضافی ناشی از سرورها و تجهیزات شبکه ناشی می شود. اگر محدوده دمای محیط توصیه شده را برای یک اتاق بین 18 تا 25 درجه سانتی گراد در نظر بگیریم، یک نقطه داغ می تواند در هر نقطه بالاتر و گاهی اوقات تا 30-35 درجه سانتیگراد یا بیشتر باشد. گرما افزایش می یابد و این دما را می توان در قسمت های بالاتر رک سرور بیشتر مشاهده کرد. حرارت بالا قطعات الکترونیکی را خراب می کند و مطمئناً قابلیت اطمینان سرور را کاهش می دهد. همچنین به طور بالقوه منجر به خرابی لوازم می شود.
• سیکل کوتاه: زمانی اتفاق می افتد که واحد خنک کننده نمی تواند چرخه خنک کننده خود را کامل کند. سیستم سرمایش هوای سرد را به داخل اتاق دمیده، و هوای گرم را مکش و خارج میکند. برای کولر گازی دیواری، میتواند این معنا باشد که بازگشت هوا به واحد AC مختل شده یا فشار و سرعت هوا کافی نیست.
  در سیستم سرما از پایین، از کف کاذب برای انتقال هوای سرد به جلوی قفسه های بالا استفاده می شود، سیکل کوتاه می تواند یک مشکل رایج در اینجا باشد. استفاده از تایل های کف و یا مشبک های نصب شده ضعیف یکی از موارد است. در بدترین حالت ممکن است فشار منفی در داخل فضا ایجاد شود.
• جریان هوای بای پس: زمانی اتفاق می افتد که هوای خنک شده به اندازه کافی از رک سرور و راهرو عبور نمی کند تا آنها را خنک کند. هوای خنک شده مناطق مورد نظر دور زده و به مناطق دیگر نشت می کند، با هوای خروجی داغ مخلوط شده و منجر به خنک کردن بیهوده می شود.
• سرمایش نهفته: این مورد بازده سرمایشی را کاهش می دهد. زمانی اتفاق می افتد که جریان هوای گرم در مسیر برگشت به سیستم خنک ساز با هوای خنک شده مخلوط می شود. نه فقط دما، بلکه رطوبت نیز باعث ایجاد چگالش احتمالی روی سطوح سرد شده می شود.
• خرابی و سرویس سیستم تهویه مطبوع: همه واحدهای سرما ساز، نیازمند تعمیر و نگهداری منظم می باشند. آنها دستگاه های الکترو مکانیکی هستند و با کارکرد بیشتر،  پتانسیل خرابی بیشتر است. راهکار های مدیریت گردش هوا در مراکز داده سبب میشود که از واحدهای خنک کننده مستقر، مطابق با مشخصات عملکرد آنها استفاده شود. همچنین اطمینان حاصل شود که آنها ساعات کاری مورد انتظار و عمر طراحی سرویس را ارائه می دهند.
• طراحی و چینش اتاق: عموما اتاق کامپیوتر یا سرور به شکل مربع یا مستطیل مطابق نظر ما نیست. گاهی زوایا و گوشه های نامنظمی وجود دارد. به ویژه در مناطقی که ساخت آنها مطابق راه اندازی یک مرکز داده نیست. در حالت ایده آل، رک های سرور باید در یک ردیف نصب شده و هوای سرد به جلوی رک ها وزیده شود. هوای گرم نیز باید از پشت رک به قسمت ورودی واحد خنک کننده هدایت شود.
  در مواردی که اتاق های خدمات به فضای سرور متصل می شوند، این فضا هم باید تهویه مطبوع داشته باشند. درب اتاق سرور باید دسترسی ایمن به اتاق داشته، و با شیلد کردن جهت بهبود جریان هوا مجهز شده باشند. جریان هوا به داخل و خارج این فضاها باید مدیریت شود. طراحی فضاهای مورد اشغال طبقات رک، از دیگر مواردی است که باید از نظر ارتفاع و استفاده از آن، برای کابل کشی و لوله کشی مورد توجه قرار گیرد. پانل های مشبک کف باید در محل مناسب و به مقدار کافی نصب شوند تا هوای خنک را به رک ها و با سرعت و فشار جریان هوا مناسب وارد کنند.
• استفاده جانبی از اتاق سرور: در شرایط با امکانات کم، ممکن است از اتاق سرور برای ذخیره سازی لوازم عمومی استفاده شود. این موضوع برای اتاق سرور نا مناسب و غیر استاندارد است. زیرا مواد عمومی ذخیره شده در اتاق سرور می تواند خطر آتش سوزی را ایجاد کرده و جریان هوا را مختل کند. در مراکز بزرگتر، از سیستم برق بدون وقفه UPS برای محافظت از برق برای همه رک ها استفاده میشود. هرچه  UPS بزرگتر باشد، مقدار بار حرارتی بیشتری به وجود می آید، و  باید هنگام اندازه گیری سرمایش در نظر گرفته شود.
• طراحی چیدمان رک ها: تجهیزات نصب شده در رک سرور تا حدی گرما تولید می کند. برخی از دستگاه ها دارای حرارت بیشتری هستند. سرورهای پرقدرت گرمای بیشتری نسبت به سوئیچ شبکه یا UPS تولید می کنند. سیستم های UPS به همراه اسید سرب (یا حتی باتری های لیتیوم-یون) به دلیل وزن و نیاز به نگهداری باتری ها (به ویژه اسید سرب) در محدوده محیطی کمتر از 20-25 درجه سانتیگراد ، معمولاً در انتهای رک نصب می شوند.
• تهویه مطبوع اضطراری: در شرایط موج گرما یا برای تعمیر خرابی یا سرویس دستگاه تهویه مطبوع موجود، می توان از کولرهای قابل حمل رزرو استفاده کرد. این در حالی است که دستگاه های قابل حمل AC خنک کننده مازاد را ارائه می دهند، بازده سرمایشی آنها ضعیف است و فقط باید به صورت موقت در نظر گرفته شوند. اگر بار حرارتی اتاق سرور برای سیستم تهویه مطبوع نصب شده بسیار زیاد است، باید آن را ارتقا دهید و جایگزین کنید.
• پایش محیط: استفاده از سیستم مانیتورینگ اتاق سرور اطلاعات مهمی را در مورد اثربخشی سیستم خنک کننده ارائه می دهد. دستگاه های نظارت بر محیط نیز می توانند در سطح رک مستقر شوند و برای رک های با قدرت بالا که پتانسیل بالایی برای نقاط داغ وجود دارد توصیه می شود.

راه حل های مشکلات گردش هوا در مراکز داده

در طول عمر عملیاتی اتاق سرور یا مرکز داده، مشکلات گردش هوا در مراکز داده پیش میاید. بنابراین ایجاد بهترین شیوه در مورد مدیریت جریان هوا و بررسی منظم زمینه های زیر بسیار مهم است:

• اتاق سرور: دو روش برای نظارت بر کارآیی سیستم خنک کننده و استراتژی مدیریت جریان هوا وجود دارد. اولین مورد سیستم نظارت بر شرایط محیطی است که داده های دما و رطوبت را جمع آوری می کند. مورد دوم از طریق نظارت بر مصرف انرژی است. در صورتی که رقم PUE از حد مورد انتظار خارج شود، اکثر مراکز داده PUE (اثربخشی مصرف برق) خود را زیر نظر خواهند گرفت و داده های مصرف انرژی خود را بررسی خواهند کرد.
• راهرو رک ها: در جاهایی که چند رک سرور وجود دارد، می توان از اتاقک گرم و سرد برای بهبود و مدیریت گردش هوا در مراکز داده استفاده کرد. راه حل های مناسب را می توان به صورت سفارشی طراحی کرد تا متناسب با فضاها باشد. فضای کاری لازم را نیز برای رک سرور، مهندسان و تکنسین ها فراهم کند. برای فضاهای های کوچکتر، صرفاً قرار دادن دو یا چند رک سرور در یک جهت می تواند مدیریت جریان هوا را بهبود بخشد. لازم به یادآوری است که هوای سرد پایین و هوای گرم بالا می رود. بر اساس این اصل، تهویه مطبوع دیواری باید در بالای قسمت جلو و بالای رک قرار گیرد تا هوای سرد از بالا به پایین آمده و کل رک را خنک کند. هوای گرم در مسیر برگشت جمع شده و تا ورودی های کولر بالا می رود.
• کف کاذب قابل دسترسی: استفاده از کف کاذب اتاق سرور راهی کارآمد برای خنک کردن چندین سرور ارائه می دهد اما در طراحی و نصب آنها نیاز به دقت می باشد. فشار فضای زیر کف و جریان هوای بدون مانع به همان اندازه مهم است که اطمینان حاصل شود که تایل های کف بدون درز باشند. تایل های مشبک فقط در راهروی سرد قرار دارند و هر کابل یا لوله ای که از زیر عبور می کند به درستی مهر و موم شده است. یک تایل کف ضعیف، سبب می شود هوای سرد به داخل اتاق نشت کند.
• رک های سرور: احتمالاً رایج ترین مشکل برای بسیاری از اپراتورهای فناوری اطلاعات است. استاندارد سازی در طراحی و تولید رک می تواند در اینجا، به همراه استفاده از شیوه ها و راه حل های خوب به مدیریت جریان هوا کمک کند. بلنک ها یکی از محصولات برای مدیریت جریان هوا هستند. این تجهیز برای پر کردن فضاهای بلا استفاده جلوی قفسه استفاده می شوند. فاصله بین دستگاه های نصب شده باید به صفر میلی متر برسد.
  پانل ها و درهای جانبی باید به درستی نصب شده و با نوار فوم بسته شوند و در صورت نیاز موانع هوای اضافی نصب شوند. در رک های با قدرت بالا، نظارت محیطی اضافی باید برای پوشش سطوح مانیتورینگ جلو و عقب، بالا، وسط و پایین رک و اتاق، برای نظارت کلی دمای هوا به کار گرفته شود. گاهی اوقات این کار با PDU هوشمند همراه با پورت های حسگر اضافی انجام می شود.
• نرخ جریان هوا تهویه مطبوع: به عنوان یک اقدام اضافی، ممکن است لازم باشد از سنسور جریان هوا یا فشار متصل به دستگاه نظارت بر محیط استفاده کنید. این سیستم داده های پیوسته را ارائه می دهد و هنگامی بروز مشکل با ایمیل ها و پیامک ارسال شده یا آزیر اطلاع رسانی میکند.

نتیجه گیری

مدیریت جریان هوا همیشه مورد توجه اپراتورهای مرکز داده بوده است، اما این موضوع برای مدیران اتاق کامپیوتر و سرور  افزایش یافته است. در سالیان اخیر، شرایط آب و هوایی بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. از جمله موج گرمای تابستان با دمای بالا و اخیراً افزایش دورکاری که بسیاری از سایتها را به کارکنان محدود در محل وابسته کرده است.

خود سرورها همچنان تقاضای مقدار بیشتری انرژی دارند و ارتقاء تجهیزات فناوری اطلاعات می تواند مسائل مربوط به مدیریت جریان هوا را که قبلا مشکلی نبوده، آشکار سازد. چندین راه حل سریع از جمله نصب بلنک وجود دارد که می توانند به راحتی نصب شوند. اینها نه تنها باعث بهبود فوری می شوند، بلکه استفاده از آنها سیستم خنک کننده کلی و بهره وری انرژی را نیز بهبود می بخشد.

نوشته روش های مدیریت گردش هوا در مراکز داده اولین بار در مرکز داده و اتاق سرور تیما. پدیدار شد.