دمای استاندارد اتاق سرور و تجهیزات تهویه مطبوع آن

اهمیت تهویه اتاق سرور

بی شک حفظ یک محیط مناسب برای بخش فناوری اطلاعات و اتاق های سرور یکی از مهم ترین مسائل روز مدیران مرکز داده (Data center) و اتاق کامپیوتر است.

افزایش چشمگیر و غیرقابل پیش بینی عملیات کامپیوتری باعث ایجاد حرارت مازاد شده و لازم است تا این بار حرارتی توسط سیستم های تهویه و خنک سازی دفع شود. از این رو شناخت و طراحی صحیح سیستم هوشمند تهویه و خنک سازی اهمیت پیدا می کند.

شرایط استاندارد اتاق سرور

طراحی اتاق سرور بر اساس استانداردهای مختلفی انجام می شود، اما مهم ترین استانداردی که اغلب از آن برای طراحی سیستم تهویه اتاق سرور استفاده می شود، استاندارد انجمن مهندسان گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع آمریکا (ASHRAE) است.

طبق این استاندارد اتاق سرورها به چهار دسته تقسیم شده و خنک سازی آن با کمک هوا و آب مقدور بوده و در نسخه سال 2004، دمای مناسب طراحی اتاق سرور توسط هوا، 20 الی 25 درجه سانتیگراد در نظر گرفته شده بود.

اما مشخص شد که این مقدار بسیار محافظه کارانه و سختگیرانه بوده و باعث تحمیل هزینه زیادی برای تهویه و دفع حرارت از اتاق سرور می شود؛ از همین رو این انجمن در سال 2021، بازه دمایی 18 الی 27 درجه را توصیه کرد.

بیشتر بخوانید: دما و رطوبت سردخانه+ توضیحات کامل و نکات

طبق این استاندارد، رطوبت نسبی نیز بین 20 الی 70 درصد تعیین گردیده و توصیه شده تا این پارامتر کمتر از 50 درصد باشد و تنها در شرایط خاصی از رطوبت بالاتر استفاده شود.

علاوه بر دمای حباب خشک و رطوبت نسبی، که از مهم ترین پارامترهای طراحی اتاق سرور است، پارامترهای دیگری نیز بر اساس هر دسته از اتاق سرورها تعیین گردیده است که در بخش بعدی بیان شده است.

شرایط دمایی و رطوبتی استاندارد اتاق سرور

تجهیزات کامپیوتری منابع اصلی گرما در اتاق سرور هستند. گرمای این تجهیزات اغلب ناشی از پردازنده‌های آن ها بوده، و بدیهی است که گرمای آن ها به محیط اطراف خود، یعنی اتاق سرور منتقل می شود. حال در صورتی که تعداد زیادی از این کامپیوترها درون این محیط قرار گیرند، بار حرارتی زیادی ایجاد خواهد شد.

از آنجا که سیستم های کامپیوتری نسبت به دما حساس هستند، لذا برای داشتن عملکردی صحیح و طول عمری بالا، نیازمند شرایط دمایی مناسبی برای کارکرد می باشند. از این رو، دمای استاندارد بهینه برای اتاق سرور بین 19 الی 21 درجه سانتی گراد معادل 66 الی 70 درجه فارنهایت تعیین می شود. ‌

با این حال می توان محدوده مجاز دمای اتاق سرور را در حدود 18 الی 27 درجه سانتی گراد، معادل 64 الی 80 درجه فارنهایت تعیین کرد. این محدوده دمایی گسترده تر را می توان ناشی از عواملی همچون باز و بسته شدن درب اتاق، خراب شدن سیستم تهویه، قطعی برق و غیره دانست.

اما در حالت کلی، لازم است تا نسبت به دمای کمتر از 10 درجه سانتی گراد (50 درجه فارنهایت) و بیش از 35 درجه سانتی گراد (95 درجه فارنهایت) فورا رسیدگی کرده، و شرایط دمایی استاندارد را ایجاد کرد تا آسیبی به کامپیوترها نرسد.

علاوه بر دمای استاندارد، رطوبت نیز در اتاق سرورها نیز حائز اهمیت است. از آنجا که تجهیزات کامپیوتری از قطعات الکترونیکی تشکیل شده اند، لذا نسبت به آب و رطوبت بالا حساس بوده و درصورتی که رطوبت بیش از حد بالا باشد، می تواند باعث آسیب دیدن و از کار افتادن سیستم ها شود. از این رو، رطوبت استاندارد اتاق سرور بین 40 الی 60 درصد تعیین می شود.

بنابراین، به طور کلی حفظ دمای استاندارد اتاق سرور به دلایل زیر از اهمیت بالایی برخوردار است:

• گرمای بیش از حد می تواند باعث خرابی یا سوختن سیستم ها شده که این موضوع باعث تحمیل شدن هزینه های زیادی خواهد شد.
• دمای بالا می تواند خطر آتش سوزی را افزایش دهد و شرایط کاری خطرناکی را برای کارکنان ایجاد کند.
• محیطی با دمای استاندارد و کنترل شده می تواند باعث افزایش طول عمر تجهیزات شده، و از طرفی کامپیوترها در دمای مناسب می توانند عملکرد بهتری داشته باشند.

بنابراین واضح است که حفظ دما و رطوبت مناسب در اتاق سرور از مهم ترین اصول طراحی این محیط ها محسوب می شود.

طبقه بندی اتاق سرور

اتاق سرور را بر اساس میزان حساسیت آن ها می توان به چهار دسته تقسیم بندی کرد که در این بین، دسته اول از اهمیت بیشتری برخوردار بوده و لازم است تا تحت شرایط مطلوب تری کار کند؛ از این رو بازه دمایی، رطوبت، و نقطه شبنم آن در بازه بسته تری تنظیم گردیده است.

از جمله این اتاق سرورها می توان به انواع سازمانی و یا سیستم های ذخیره سازی اشاره کرد. به ترتیب با افزایش شماره دسته بندی اتاق سرور از اهمیت اطلاعاتی آن ها کاسته شده و بحث مصرف انرژی مهم تر می شود.

جدول زیر نشان دهنده شرایط مناسب اتاق سرور توسط سیستم خنک سازی توسط هوا را برای انواع کلاس نشان می دهد :

ارزیابی مصرف انرژی جهت تهویه اتاق سرور

از آنجا که در اتاق سرور از تعداد زیادی سرور و کامپیوتر استفاده می شود، و فضای این اتاق به صورت بسته است، لذا گرمای زیادی توسط سیستم ها تولید می شود که لازم است به کمک سیستم تهویه و خنک سازی مناسب از اتاق خارج شود تا کارکرد سیستم ها مختل نشود.

برای آشنایی بیشتر با سیستم تهویه مطبوع مقاله اصول کنترل رطوبت و رطوبت گیری در سیستم تهویه مطبوع را مطالعه کنید.

تفاوت اتاق سرور با سایر اماکن در تولید حرارت به نسبت زیاد آن است، به نحوی که امکان استفاده از سیستم های تهویه مطبوع متداول وجود ندارد. به طور مثال در یک اتاق سرور معمولی، تولید حرارت 5 برابر یک اتاق اداری با ابعاد یکسان است.

به منظور درک این موضوع می توان بیان کرد که بار حرارتی یک اتاق با کاربری اداری و مساحت 250 الی 300 فوت مربع، معادل یک تن تبرید (12000 بی تی یو بر ساعت) است؛ این در حالی است که این میزان بار حرارتی متناسب با اتاق سروری به مساحت 50 الی 100 فوت مربع است.

امروزه می توان مراکز داده با میانگین تولید حرارت 650 الی 1000 بی تی یو بر ساعت به ازای هر فوت مربع را نیز مشاهده کرد. از این رو مقدار دبی تهویه لازم به طور میانگین در حدود 500 الی 900 فوت مکعب در دقیقه (cfm) به ازای هر تن تبرید تعیین می شود.

این موضوع باعث می شود تا هزینه زیادی صرف تهویه مراکز داده و اتاق سرورها شود. این موضوع در شکل زیر نشان داده شده است. مشاهده می شود که بیشترین انرژی مصرف شده ( 38 درصد) صرف تهویه و خنک سازی اتاق سرور می شود.

با توجه به مطالب بیان شده، مراکز داده امروزی، سعی در کاهش مصرف انرژی جهت خنک سازی سرورها دارند. برای این منظور قوانین و دستوالعمل های جدیدی مانند F-gas، Eco Design و ASHRAE Guidelines بیان گردیده است، که از جمله آن ها می توان به PUE به عنوان معیار پیشرو برای افزایش بهره وری انرژی، معیار TCO (هزینه کل مالکیت)، WUE (کارآمدی مصرف آب)، ERE (اثربخشی استفاده مجدد از انرژی)، و CUE (مصرف کربن) اشاره کرد.

روش ها و تجهیزات تهویه مطبوع اتاق سرور

تجهیزات و روش های مختلفی برای تهویه اتاق سرور وجود دارد که هر یک دارای ویژگی های خاص خود است. همچنین نحوه توزیع جریان ها نیز در افزایش بهره وری سیستم و کاهش مصرف انرژی تاثیرگذار است.

معمولا مهندسان طراح قبل از اجرای پروژه تهویه، شبیه سازی فرایند تهویه را در نرم افزارهای تخصصی CFD انجام داده تا از توزیع صحیح و گردش هوای مناسب اطمینان حاصل کنند.

دو نمونه توزیع هوای رایج در اتاق سرور در شکل زیر نشان داده شده است. در یک نمونه جریان هوای خنک از دیوار و در نمونه دیگر از کف اتاق سرور وارد شده و از قسمت سقف برگشت داده می شود.

به طور کلی می توان روش دوم را موثرتر دانست، چرا که توزیع هوا یکنواخت تر بوده و در تمامی نقاط اتاق جهت جابجایی طبیعی هوا به دلیل اختلاف دما از کف به سمت سقف است و این موضوع هم راستا با کانال های تعبیه شده خواهد بود.

• سیستم کولر گازی

کولر گازی ها یا سیستم های اسپلیت جزو سیستم های تبرید محبوب و با کارایی مناسب محسوب می شوند. معمولا از کولر گازی ها در اتاق سرور های کوچک استفاده می شود، چرا که ظرفیت برودتی آن ها محدود است (ماکزیمم 70000 بی تی یو بر ساعت)؛ اما از آنجا که این سیستم جزو سیستم های برودتی محلی است، نیاز موتورخانه مرکزی نداشته، و با اختصاص دادن فضای اندکی می توان از این سیستم برای خنک سازی اتاق سرور استفاده کرد.

بیشتر بدانید: سیستم سرمایشی چیست معرفی انواع و کاربردهای آن

مزیت دیگر کولرهای اسپلیت عدم نیاز به کانال کشی بوده، که این موضوع نیز باعث نصب آسان و صرف هزینه کمتر خواهد شد. اما در طرف مقابل معایبی بر این سیستم وارد است.

از جمله معایب اصلی این سیستم می توان به عدم تامین هوای تازه و چگالش بخار آب در یونیت داخلی اشاره کرد. این موضوع به خودی خود باعث کاهش رطوبت هوا می شود که امری مطلوب تلقی می شود.

اما در صورتی که در سیستم تخلیه یا درین کولر اختلالی ایجاد شود، آب چگالیده شده بر روی سیستم های کامپیوتری و سرورها ریخته شده و موجب ایجاد خسارات زیادی خواهد شد.

• سیستم هواساز

در مقایل سیستم محلی کولر گازی، سیستم برودتی مرکزی یا موتورخانه سرمایشی قرار دارد. در این روش تمامی بخش های سیستم برودتی خارج از اتاق سرور و در بخش مجزایی قرار گرفته و معمولا توسط چیلر تامین می شود. ( همچنین مقاله دستگاه هواساز چیست و کاربرد انواع هواسازها را بخوانید. )

چیلر موتورخانه آب سرد را تامین کرده و وارد بخش کویل هواساز کرده و با گذراندن هوا توسط فن هواساز، موجب خنک سازی فضای اتاق سرور می شود. از مزایای سیستم هواساز می توان به توانایی تامین ظرفیت های برودتی بالا، توزیع مناسب هوا توسط کانال های هوا، امکان استفاده از هوای تازه، و اعمال فرایندهای مختلفی همچون رطوبت زنی، رطوبت گیری، و فیلتراسیون اشاره کرد.

اما در طرف مقابل این سیستم نیازمند فضای زیادی خصوصا برای موتورخانه، نیاز به کانال کشی، تعمیر و نگهداری دشوارتر، و هزینه اولیه بیشتر است.

• فن های تهویه

فن های تهویه بر خلاف سیستم های قبل، عملیات خنک سازی را به طور مستقیم انجام نمی دهند، بلکه باعث گردش هوا بین تجهیزات اتاق سرور می شوند. ( درباره فن کویل و انواع آن بخوانید. )

این موضوع باعث می شود تا ضریب انتقال حرارت جابجایی افزایش یافته و حرارت بیشتری (نسبت به حالت بدون تهویه و خنک کاری) از تجهیزات کامپیوتری و الکتریکی دریافت شود.

از آنجا که در این روش نیازی به سیکل تبرید نیست، لذا هزینه استفاده از آن بسیار کمتر خواهد بود. اما باید توجه داشت که در این روش کانال های تامین هوای تازه و هوای اگزاست نیز تعبیه شود تا دمای اتاق سرور افزایش نیابد.

از معایب این روش نیز می توان به ظرفیت کم، عدم کنترل رطوبت، تولید صدای نامطلوب (نویز) زیاد اشاره کرد.

خنک کاری مستقیم با مایع

اتاق سرورهای جدید که از سیستم های به روز و با قدرت پردازش بالایی کار می کنند، تولید حرارت بالایی داشته و در صورتی که این حرارت در زمان مشخصی از آن ها خارج نشود، موجب آسیب دیدن سیستم ها می شود.

در این موارد به جای سیستم خنک سازی هوایی، از مایعاتی مانند آب استفاده می شود. از آنجا که ظرفیت گرمای ویژه آب بسیار بیشتر از هوا است، لذا استفاده از آب که مایع فراوانی نیز محسوب می شود، یکی از بهترین گزینه ها برای خنک کاری سیستم های اتاق سرور است.

به این سیستم خنک کاری اصطلاحا خنک کاری هیدرونیک (Hydronic Cooling System) گفته می شود. آب درون این سیستم توسط یک واحد برودت ساز مانند چیلر تولید شده و با پمپ به سمت تجهیزات اتاق سرور فرستاده می شود تا سیستم ها را به سرعت خنک کند.

همچنین در روش دیگری از خنک کاری با آب، از یک مبدل حرارتی بین دو مایع استفاده می شود که در یک طرف آن، آب خنک چیلر و در طرف دیگر آن، آب گرمی که از سمت سیستم ها خارج شده، قرار دارد.

فناوری جدیدتری نیز برای خنک کاری تجهیزات الکترونیکی وجود دارد که در آن، تمام قطعات داخل اتاق سرور درون یک مایع غیر رسانا قرار داده می شود. در این روش، قطعات و مایع مربوطه درون یک محفظه بسته قرار گرفته تا از نشت مایع به بیرون جلوگیری شود.

این روش، انرژی بسیار کمتری برای خنک کاری نیاز داشته و توانایی کنترل دقیق دما وجود دارد، اما هزینه آن بیشتر از سایر روش ها است.

کنترل سیستم تهویه اتاق سرور

یکی از مهم ترین و اصلی ترین بخش های سیستم تهویه مطبوع اتاق سرور، قسمت کنترل تهویه است. این بخش از سیستم تهویه مطبوع، متشکل از انواع سنسورها و ترموستات ها برای سنجش دما و رطوبت اتاق سرور است. ( درباره چیلر تهویه مطبوع بیشتر بدانید. )

پارامتر اندازه گیری شده توسط سنسورها به سیستم کنترل فرستاده شده و در اغلب موارد این سیگنال ها برای اتاق کنترل به صورت مانیتورینگ نیز نمایش داده می شود. در نهایت این سیگنال ها پس از پردازش وارد عملگر مربوطه شده و دستور روش، خاموش، و یا تغییر پیوسته ظرفیت سیستم تهویه و خنک سازی را صادر می کند.

از طرفی اگر اختلالی در فرایند تهویه به وجود بیاید، این موضوع توسط سنسورها شناسایی شده و هشدار لازم را به اتاق فرمان صادر می کند. همچنین پروتکل های مختلفی در مواقع اضطراری در نظر گرفته می شود تا هنگام بروز اختلال در سیستم از آسیب دیدن تجهیزات و سرورها جلوگیری به عمل آید.

جمع بندی

سیستم تهویه مطبوع اتاق سرور بر خلاف سایر سیستم های تهویه مطبوع که برای آسایش و رفاه افراد استفاده می شود، یک سیستم ضروری برای کار کرد صحیح تجهیزات و سیستم های کامپیوتری و الکترونیکی مراکز داده است.

این تجهیزات در بازه دما و رطوبت خاصی فعالیت می کنند و لازم است تا این شرایط توسط سیستم تهویه مناسب ایجاد شود. سیستم های تهویه مطبوع انواع مختلفی داشته که از جمله رایج ترین آن ها می توان به هواساز، کولر گازی، و فن های تهویه اشاره کرد.

در سال های اخیر نیز همراه با افزایش توان پردازنده ها، پیشرفت چشمگیری در خنک سازی سیستم های اتاق سرور ایجاد شده که در این مورد می توان به خنک سازی با سیال خنک کننده اشاره کرد.

برای کسب اطلاعات بیشتر و دریافت مشاوره در مورد طراحی و سفارش سیستم تهویه و خنک سازی اتاق سرور می توانید با کارشناسان شرکت فراسرد توسط شماره تلفن 11-6693810-021 تماس حاصل فرمایید.

سوالات متداول دمای اتاق سرور