دانلود رایگان ترجمه مقاله سیستم های خنک کننده مرکز داده (سال ۲۰۱۱)

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) 

ایجاد حالت صرفه جویی در سیستم خنک سازی مرکز داده، هزینه و پیچیدگی بیشتر ایجاد می کند و در موقعیت ها با شرایط آب و هوایی بسیار مطلوب، مانند ارتفاعات زیاد، توجیه نمی شود. اما این مورد تغییر کرده است و حالات صرفه جویی به این دلایل تقریبا در همه موقعیت ها، مفید درنظر گرفته می شوند:
– فعالیت مرکز داده در بار ناقص، مزیت حالات صرفه جویی را افزایش می دهد و طراحان بیشتری، تشخیص می دهد که مراکز داده، بخشی بسیاری از عمر خود را در بار سبک صرف می کنند. روند به سمت تغییر توان دینامیک تجهیزات IT، این تاثیر را تقویت می کند.
– روند به سمت فعالیت مراکز داده در دماهای بالاتر برگشت هوای IT، تاثیر مهمی بر درصد زمان فعالیت حالت صرفه جویی، مخصوصا در اقلیم های گرمتر دارد.
– بیشتر اجراهای جدید حالات صرفه جویی اکنون در حالت صرفه جویی ناقص کار می کنند که مقدار انرژی ذخیره شده در همه موارد را افزایش می دهد.
– ابزار موجود برای تعیین انرژی ذخیره شده با اجرای حالات صرفه جویی، اکنون بهبود یافته اند و احتمالات صرفه جویی مهم را با ROI عالی پیش بینی می کنند.
– تجربه واقعی با حالات صرفه جویی و بهبود کنترل ها و سیستم های نظارت، تائید کرده اند که این حالات، تاثیر مضری بر قابلیت اطمینان مراکز داده ندارند.
این مفهوم توقف کارکرد کمپرسور است که در مرکز همه حالات صرفه جویی قرار دارد. نحوه اجرای این توقف (و مزایای به دست آمده) وابسته به طراحی دستگاه خنک کننده است، همانطور که در بخش های بعدی توضیح داده می شود.

انواع حالات صرفه جویی
۱۹ حالت اصلی صرفه جویی وجود دارد، و از این موارد، ۱۵ مورد را می توان در مرکز داده تولید به کار برد (هر شش نوعی که از هوا استفاده می کنند و ۹ نوعی که از آب استفاده می کنند). چهار نوع دیگر که از آب استفاده می کنند، درنظر گرفته نشدند چون آب متراکم تری را مستقیم وارد مرکز داده می کنند که مصرف سوخت در تجهیزات را افزایش می دهد. شکل ۱، این ۱۵ نوع حالت صرفه جویی را نشان می دهد. هر نوع در بخش های بعدی توصیف می شود. حالات مشخص شده با رنگ زرد، بعدا در این مقاله آنالیز می شوند.
برای مقایسه حالات صرفه جویی متفاوت، باید همه اجزای سیستم خنک سازی لازم برای فعالیت در آن حالت را درنظر گرفت. مثلا، گاهی مبادله گر گرمای صفحه و چارچوب در دستگاه چیلر با خنک سازی آبی، به صورت اشتباه، صرفه جویی درنظر گرفته می شود، که در حقیقت تنها جزئی است که به سیستم خنک سازی اجازه می دهد در حالت صرفه جویی فعالیت کند. در این مورد، برج خنک کننده، پمپ های متراکم ساز، پمپ های آب خنک، و دستگیره های هوای اتاق کامپیوتری (CRAH) همه برای فعالیت در حالت صرفه جویی لازم هستند. فعالیت در حالت صرفه جویی بدون یکی از این دستگاه ها، حتی در سردترین روز، غیرممکن است. به این دلیل است که ارجاع به صرفه جویی در مرکز داده اشتباه است و باید به حالات صرفه جویی عملیات سیستم خنک سازی اشاره کرد.

سری/ موازی
حالات صرفه جویی را می توان به یکی از این دو روش طراحی و پیکربندی کرد: سری یا موازی.
در پیکربندی سری، جزئی که کمپرسور را متوقف می کند (مثلا مبادله گر گرمای صفحه و چارچوب) به صورت سری با کمپرسور نصب می شود. این پیکربندی، حالت صرفه جویی ناقص را ممکن می کند که مبادله گر گرما، هوا یا آب را از قبل خنک می کند. این کار، انرژی گرمایی کلی را کاهش می دهد که کمپرسور باید رد کند، و مقدار زیادی انرژی صرفه جویی می کند.
در پیکربندی موازی، جزئی که پمپ گرمایی را متوقف می کند به صورت موازی با پمپ گرمایی نصب می شود. این پیکربندی مانع فعالیت در حالت صرفه جویی می شود. این رویکرد همه یا هیچ، با فعالیت در حالت صرفه جویی ناقص، نمی تواند صرفه جویی انرژی بسیاری ایجاد کند.

توقف دستگاه تهویه هوا به وسیله هوای تازه مستقیم
اجزای اصلی: پنکه ها، بادگیرها، میراگرها، فیلترها (پدهای محیط مرطوب و پمپ، وقتی با کمک تبخیری استفاده می شود).
حالت صرفه جویی هوای تازه (گاهی هوای مستقیم نامیده می شود)، وقتی شرایط هوای بیرونی در نقاط تعیین شده هستند، از پنکه ها و بادگیرها برای وارد کردن مقدار خاص هوای سرد بیرونی به وسیله فیلترها، و سپس مستقیما به مرکز داده استفاده می کند، همانطور که در شکل ۲ مشخص است. بادگیرها و میراگرها، مقدار هوای گرم خروجی که به بیرون خارج می شود و با هوای ورودی مرکز داده مخلوط می شود، کنترل می کند تا نقاط تعیین شده زیست محیطی را حفظ کند. اگرچه هوای ورودی فیلتر می شود، ولی این کار، مانع ورود ذرات ریز مانند دود و گازهای شیمایی به مرکز داده نمی شود.
این نوع حالت صرفه جویی را می توان با کمک تبخیری نیز استفاده کرد که هوای بیرون، قبل از ورود به مرکز داده، از ماده شبکه مرطوب عبور می کند. در موقعیت های جغرافیایی خشک، کمک تبخیری می تواند دمای هوا را تا ۱۹ درجه سانتیگراد (۳۵ درجه فارنهایت) کاهش دهد، که باعث افزایش ساعات در حالت صرفه جویی می شود. این دقیقا همان تاثیر خنک سازی است که وقتی افراد از اقیانوس خارج می شوند و به سمت نسیم اقیانوس می روند. دقت کنی که استفاده از کمک تبخیری با این نوع حالت صرفه جویی، رطوبت مرکز داده را افزایش می دهد، چون هوای تازه وارد شده به مرکز داده، از محیط تبخیری عبور می کند. کمک تبخیری در اقلیم های خشک بسیار مفید است. در بیشتر اقلیم های مرطوب، کمک تبخیری باید بر اساس ROI (برگشت سرمایه گذاری) ارزیابی شود. این نوع حالت صرفه جویی، عملیات حالت صرفه جویی ناقص را ممکن می کند.

توقف دستگاه تهویه هوا به وسیله مبادله گر گرما
اجزای اصلی: پنکه ها، مبادله گر گرما صفحه ثابت هوا به هوا، (پدهای محیط مرطوب، پمپ، وقتی با کمک تبخیری استفاده می شود)
متوقف کردن دستگاه تهویه هوا با حالت مبادله گر گرما (که گاهی هوای غیرمستقیم نامیده می شود) از هوای بیرون برای خنک سازی غیرمستقیم داده استفاده می کند، وقتی شرایط هوای بیرون در نقاط تعیین شده باشد. این حالت از پنکه ها برای عبور دادن هوای سرد بیرون از یک مجموعه صفحه یا لوله استفاده می کند که هوای گرم مرکز داده را در سمت دیگر صفحات یا لوله ها خنک می کند و هوای مرکز داده را کاملا از هوای بیرون تفکیک می کند (شکل a3). این نوع حالت صرفه جویی را می توان با کمک تبخیری نیز به کار برد که بیرون صفحات و لوله ها، آب اسپری می شود که دمای هوای بیرون و بنابراین هوای گرم مرکز داده را بیشتر کاهش می دهد. بر خلاف حالت صرفه جویی قبلی، کمک تبخیری در این مورد، رطوبت در هر مرکز داده را افزایش نمی دهد. شکل b3 تصویری از مبادله گر گرمای هوا به هوا با کمک تبخیری و مثالی از سیستم خنک سازی کامل با این نوع حالت صرفه جویی فراهم می کند. این نوع دستگاه، حالات صرفه جویی کامل و ناقص را ممکن می کند.

توقف دستگاه تهویه هوا به وسیله چرخ گرمایی
اجزای اصلی: پنکه ها، چرخ گرمایی (پدهای محیط مرطوب و پمپ، وقتی با کمک تبخیری استفاده می شوند).
توقف دستگاه تهویه هوا به وسیله حالت چرخ گرمایی از پنکه ها برای عبور دادن هوای سرد بیرون از مبادله گر گرما چرخشی استفاده می کند که شرایط هوای خشک تر فضای مرکز داده را مانند شکل ۴، همراه با مثال چرخ گرمایی حفظ می کند. چرخ های گرمایی وابسته به مواد خاصی هستند که اجازه نمی دهند آلاینده ها، هوای مرکز داده را آلوده کنند. این نوع حالت صرفه جویی را می توان با کمک تبخیری نیز به کار برد که هوای بیرن، با حرکت از درون ماده شبکه مرطوب، بیشتر خنک می شود. این روش، حالات صرفه جویی کامل و ناقص را ممکن می کند.