قرارگیری تجهیزات و الگوهای جریان هوا در مراکز داده بر اساس ASHRAE TC9.9

در قسمت پنجم فصل دوم از آپ تایم پادکست (UPTIME PODCAST)، به یکی از بنیادی‌ترین موضوعات طراحی و نگهداری زیرساخت مراکز داده یعنی جریان هوا و نحوه قرارگیری تجهیزات پرداخته شد. این مبحث، نقشی کلیدی در پایداری حرارتی، راندمان انرژی و افزایش طول عمر تجهیزات در محیط‌های با تراکم حرارتی بالا دارد. در این مقاله آموزشی، به‌صورت گام‌به‌گام محتوای این اپیزود را با تکیه بر منابع معتبر نظیر استاندارد ASHRAE TC9.9، استاندارد TIA-942-C و استاندارد BICSI 002 تحلیل می‌کنیم.

۱. اهمیت جریان هوا در زیرساخت دیتاسنتر

در طراحی و نگهداری دیتاسنتر، کنترل دقیق جریان هوای تجهیزات و نحوه گردش هوا در اتاق تجهیزات تعیین‌کننده عملکرد حرارتی کل مجموعه است. بر اساس ASHRAE، معیار اصلی حفظ سلامت تجهیزات، دمای هوای ورودی (Inlet Air Temperature) است، نه دمای هوای خروجی یا اتاق.

هرگونه اختلاط هوای سرد و گرم منجر به ایجاد «نقاط داغ» (Hot Spots)، افزایش مصرف انرژی و تهدید پایداری زیرساخت می‌شود. به همین دلیل در این قسمت از آپ تایم پادکست، بر اهمیت پیروی از اصول استاندارد در چیدمان رک‌ها و مسیر جریان هوا تأکید ویژه‌ای شده است.

۲. جریان هوای تجهیزات و پروتکل‌های طراحی

در تجهیزات IT مانند سرورها، سوییچ‌ها و ذخیره‌سازها، الگوی متداول جریان هوا Front-to-Rear است؛ یعنی ورود هوا از جلو و خروج آن از پشت دستگاه انجام می‌شود. رعایت این پروتکل در طراحی کابینت و مسیرهای هوایی ضروری است.

  • درِ جلوی رک باید دارای توری با درصد عبور بالا (perforation rate بیش از ۶۰٪) باشد.
  • پشت رک باید فضای کافی برای خروج آزادانه هوا فراهم شود.
  • در محل‌های خالی از پانل کورکننده (Blanking Panel) استفاده شود تا بازگشت هوای گرم رخ ندهد.
  • در رک‌هایی با مسیر جریان خاص (مانند Side-to-Side یا Front-to-Top) باید مسیر هوای متناسب با نوع تجهیز در نظر گرفته شود.

بر اساس توصیه‌های Uptime Institute Standard و استاندارد EN 50600 بخش کنترل محیطی، باید اطمینان حاصل شود که هیچ جریان برگشتی از هوای گرم به ناحیه ورودی رخ ندهد.

۳. نقش طراحی کابینت و چیدمان رک‌ها

در این بخش از آپ تایم پادکست، نقش حیاتی طراحی فیزیکی کابینت‌ها و رک‌ها بررسی می‌شود. طراحی رک تأثیر مستقیم بر بهره‌وری انرژی و مدیریت حرارتی دارد. برخی از اصول کلیدی عبارت‌اند از:

  • استفاده از درب‌های مشبک با عبور بالا برای جریان هوا.
  • آب‌بندی نقاط غیرضروری در کف و سقف کابینت جهت جلوگیری از نشت هوای گرم.
  • تعیین عمق و ارتفاع رک با توجه به تراکم توان (Power Density).
  • تفکیک مسیر کابل‌کشی از مسیر هوای سرد و گرم.

در مستند استاندارد TIA-569-D، به صراحت بر مدیریت فضاهای عبور کابل و جریان هوا در مراکز داده تأکید شده است تا اختلاط هوای سرد و گرم به حداقل برسد.

۴. جریان هوای اتاق تجهیزات و چیدمان ردیف‌ها

اصول چیدمان ردیف‌های رک در مراکز داده، بر پایه الگوی Hot Aisle / Cold Aisle بنا شده است. در این روش، جلوی رک‌ها (محل ورود هوا) در یک ردیف به سمت یک راهروی مشترک سرد و پشت رک‌ها به سمت راهروی گرم است.

  • عرض راهرو سرد معمولاً بین ۱.۲ تا ۱.۵ متر و راهرو گرم بین ۱ تا ۱.۲ متر انتخاب می‌شود.
  • هوای سرد از زیر کف یا از سقف پایین‌آورده‌شده تأمین می‌شود.
  • در راهروهای گرم از سیستم‌های Containment (محصورسازی) برای جلوگیری از ترکیب هوا استفاده می‌شود.

این روش که در استاندارد EN 50600 بخش ساختار ساختمانی نیز آمده، یکی از مؤثرترین روش‌ها در افزایش بهره‌وری سرمایش است.

۵. مدیریت رک‌ها با الگوهای جریان متفاوت

در بسیاری از دیتاسنترها، رک‌ها دارای تجهیزات با الگوهای جریان متفاوت هستند (برای مثال برخی از تجهیزات شبکه دارای جریان جانبی هستند). در چنین شرایطی باید با رعایت اصول استاندارد BICSI-009، این رک‌ها در بخش‌های مجزا یا با مسیر جریان کنترل‌شده نصب شوند.

توصیه می‌شود در طراحی نهایی، از مدل‌سازی CFD برای بررسی الگوهای جریان و نقاط بحرانی استفاده شود. همچنین شاخص‌هایی مانند PUE (Power Usage Effectiveness) و ΔT (اختلاف دمای ورودی و خروجی) به‌صورت دوره‌ای پایش شوند تا سلامت جریان هوا و عملکرد سرمایش تأیید شود.

۶. فاصله بهینه بین ردیف‌ها (Aisle Pitch)

یکی از شاخص‌های طراحی در راهنمای ASHRAE TC9.9، تعیین فاصله بین ردیف‌هاست. این فاصله باید به گونه‌ای انتخاب شود که ضمن حفظ دسترسی برای سرویس و نگهداری، گردش مناسب هوا نیز فراهم گردد.

در دیتاسنترهای با تراکم بالا، فاصله بین راهروها (Aisle Pitch) می‌تواند تا ۲ متر نیز افزایش یابد تا حجم هوای عبوری افزایش یافته و جریان گرم از ناحیه سرد جدا باقی بماند. این اقدام در کاهش مصرف انرژی سیستم‌های سرمایش نقش مهمی دارد.

۷. جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

در این مقاله، بر پایه محتوای آموزشی منتشرشده در UPTIME PODCAST، مبانی علمی و اجرایی قرارگیری تجهیزات و الگوهای جریان هوا در مراکز داده را مرور کردیم. رعایت این اصول مطابق با استانداردهای بین‌المللی از جمله
ASHRAE TC9.9،
TIA-942-C،
EN 50600
و BICSI 002 تضمین‌کننده پایداری حرارتی، افزایش کارایی انرژی و کاهش هزینه‌های نگهداری زیرساخت دیتاسنتر است.

۸. منابع و استانداردهای مرتبط

تهیه‌کننده: وحید یوسف‌خانی – VAHID YOUSEFKHANI