كيفية إدارة تدفق الهواء في النظام الموجود أسفل أرضية البناء المرتفعة القابلة للوصول

كيف يعمل التجويف تحت الأرضية كغرفة هوائية مضغوطة

يستخدم نظام إدارة الهواء في تجاويف الأرضية المرتفعة المساحة الموجودة أسفل ألواح الأرضية المرتفعة كغرفة ضغط لتوجيه تدفق الهواء. وعندما يتم تكييف الهواء في وحدات تكييف غرف الحاسوب (CRAC)، فإنه يدور عبر المنطقة بطريقة تُحدث حالة توازن ضغطي مع الهواء الموجود داخل الغرفة. وبفضل ترتيب تجاويف الأرضية المرتفعة، يمنع هذا النظام تشكُّل مناطق ارتفاع درجة الحرارة (النقاط الساخنة) داخل الغرفة، وذلك بتوجيه الهواء المكيَّف إلى المواقع المطلوبة عبر بلاطات مثقبة موضوعة بشكل استراتيجي. وقد صُمِّم النظام ليحقق نطاقًا مثاليًّا من الضغط دون تغيُّرات كبيرة في تدفق الهواء، مما يضمن أفضل أداء ممكن للتبريد ويوفِّر بيئة مستقرة لإدارة أنظمة تكنولوجيا المعلومات.

المبادئ الفيزيائية والأداء: التوصيل القائم على فرق الضغط إلى مداخل الخوادم

تعمل عملية التبريد المُوجَّهة على مبدأ تغير الضغط داخل غرفة التوزيع (Plenum) وعند مدخل هواء الخادم. ويستند هذا المبدأ إلى قانون فيزيائي يكاد يكون مجهولاً يُعرف بـ«مبدأ برنولي». وعندما يُنشأ ضغط داخل غرفة التوزيع، فإن الهواء يتجه تلقائياً نحو المناطق ذات الضغط الأقل، أي مداخل هواء الخوادم. وفي حالتنا، ازدادت سرعة تدفق الهواء بنسبة ٢٥٪ مقارنةً بأنظمة التبريد العلوية التقليدية. أما التحدي الرئيسي فيكمن في تحديد مواضع البلاطات على أرضية مركز البيانات بحيث تستفيد بشكل أمثل من تغيرات الضغط هذه. وتشهد مراكز البيانات التي تتوفر فيها فروق ضغط تبلغ ٠٫٠٥ إنش من عمود الماء داخل غرفة التوزيع، في المتوسط، انخفاضاً في درجات حرارة مداخل الهواء الخاصة بالخوادم بمقدار ٤ درجات مئوية. ووفقًا لبحث أجرته مؤسسة «أب تايم إنستيتيوت» (Uptime Institute) عام ٢٠٢٢.

أرضياتنا القابلة للوصول مع مكاسب كمية في كفاءة تبريد تدفق الهواء: لدينا مثالٌ يوضح فرق درجة الحرارة المقاس الذي بلغ ٤٫٣°م، وهو ما يتوافق مع وضع بلاطة مثقبة بشكل استراتيجي.

يتم تحسين التحكم في درجة حرارة الهواء الذي تستهلكه الخوادم من خلال وضع البلاط المثقوب بشكل مُحسَّن. وبشكل خاص، عندما يتطابق ترتيب البلاط مع مناطق ارتفاع الحرارة (النقاط الساخنة) في رفوف الخوادم، يمكن توجيه الهواء البارد مباشرةً إلى فتحات استقبال الخوادم دون عوائق، بدلًا من هدره في إعادة تدوير الهواء الساخن الخارج. وقد حققنا نتائج كبيرة بهذا الأسلوب، حيث أظهر القياس أن الفرق في درجات الحرارة بين الهواء الداخل والخارج للخوادم انخفض بمقدار ٤,٣°م. ويُعد هذا التحسين في فروق درجات الحرارة أمرًا بالغ الأهمية للحفاظ على كفاءة نظام التبريد، خاصةً مع استمرار تطور تكوينات تكنولوجيا المعلومات الخاصة بالشركة.

تحسين مدعوم بواسطة ديناميكا الموائع الحاسوبية (CFD): نمذجة تدفق الهواء في الوقت الفعلي لتخفيض مؤشر كفاءة استخدام الطاقة (PUE)

يُظهر استخدام نمذجة ديناميكا الموائع الحاسوبية (CFD) بدقة أماكن تراكم الحرارة بشكل غير فعّال، ويوضّح كيفية إجراء التعديلات على عوامل مثل عدد الثقوب الموجودة في بلاط الأرضيات، ومواقع تركيب البلاط، ومحاذاة وحدات التبريد. وتشير الأبحاث التي أجرتها مختبر لورنس بيركلي الوطني عام 2024 إلى أن تصنيفات الكفاءة الطاقية (PUE) تنخفض بنحو ٠٫١٥ باستخدام هذه الطريقة مقارنةً بالاعتماد على أساليب التخمين. وقد لا يبدو هذا التغيير كبيرًا في الظاهر، لكن التكاليف المرتبطة بالتبريد تنخفض نتيجة لهذا الانخفاض بنسبة تتراوح بين ١٨٪ و٣٠٪. أما القيمة الحقيقية فتنبع من الأنظمة التي تراقب حجم تدفق الهواء باستمرار وتتحكم فيه نشطيًّا لتتوافق مع متطلبات الخوادم. وهذا يلغي النقاط الساخنة التي تُلحق الضرر بالمعدات، ويمنع انتقال الهواء الدافئ بعيدًا عن المواقع المستهدفة التي تم تبريدها حديثًا.

القضاء على النقاط الساخنة عبر توحيد توزيع الهواء

تُزيل أنظمة تبريد تدفق الهواء في الأرضيات المرتفعة الحرارية بفعالية النقاط الساخنة الحرارية، ليس عبر التبريد المفرط، بل عبر التوزيع الموحَّد والمستهدف. وعند تصميم هذه الأنظمة وتنفيذها بشكلٍ صحيح، فإنها تمنع هروب الهواء البارد من مساره القصير (الدوائر القصيرة) وتمنع إعادة تدوير الهواء الساخن، وتحل في النهاية النقاط الساخنة التي تتجاوز الحدود الحرارية لمجموعة ASHRAE بنسبة تصل إلى ١٣,٦٦.

التغلب على التدرج الحراري من خلال تدفق هواء ثابت تحت الأرضية

يُعد التدرج الحراري ظاهرةً ناتجةً عن ارتفاع هواء العادم الدافئ ما يؤدي إلى خليط رديء الجودة لهواء الإمداد. ويساعد حركة الهواء تحت الأرضية بسرعة تبلغ نحو ٢,٥ مترٍ في الثانية أو أكثر على كسر الطبقات الحرارية. كما تتطلب كسر هذه الطبقات عدّة إجراءات تكميلية، ومنها إغلاق فتحات مرور الكابلات. بالإضافة إلى ذلك، يُعتبر تركيب ألواح سدٍّ (Blanking Panels) في الفراغات الفارغة داخل رفوف الخوادم إجراءً جوهريًّا. وتضمن هذه الإجراءات أن يُزوَّد الهواء البارد فقط عبر البلاطات المثقبة وفق التصميم المحدد.

تدفق الهواء المُدار مركزيًّا: مواءمة إخراج وحدات تكييف غرف الحاسوب (CRAC) مع ترتيب البلاطات

يمكن أن يقلل تدفق الهواء المُجاوز من سعة التبريد في مركز البيانات بنسبة تتراوح بين ٢٥٪ و٤٠٪. ويحدث ذلك لأن وحدات تكييف غرف الحاسوب (CRAC) تقلل تدفق الهواء إلى الهواء المعالَّج الذي لم يصل بعدُ إلى الخوادم. وقد أظهرت دراسات ديناميكا الموائع الحاسوبية أن هذه المشكلة يمكن حلُّها باستخدام ترتيب مختلف لمسامية البلاطات بما يتوافق مع مناطق درجة الحرارة في الرفوف. وبلاطات ذات مسامية تزيد عن ٥٦٪ تكون عرضةً لفقدان الهواء نحو الرفوف الأكثر كثافةً. علاوةً على ذلك، يجب مواءمة اتجاه تدفق الهواء الصادر عن وحدات تكييف غرف الحاسوب (CRAC) مع وضع البلاطات في جميع أنحاء الغرفة. وهذا يحقِّق أقصى فرق ضغط ممكن في النظام، وهو العامل الحاسم في كفاءة نظام التبريد.

استراتيجيات متناسقة لإدارة تدفق الهواء في البيئات المزودة بأرضيات مرتفعة

توفر الأرضيات المرتفعة البنية التحتية لمعظم أنظمة التبريد، لكنها تكمل هذه الأنظمة حقًا عند دمجها مع استراتيجيات فعّالة لإدارة تدفق الهواء. ولا تسمح ترتيبات الممرات الساخنة/المبردة بامتزاج هواء الإرجاع الدافئ مع هواء التغذية الداخل. وهذا يتيح تحقيق اتساقٍ أفضل في درجات الحرارة على طول الممر بأكمله. كما أن الاستخدام الصحيح للوحات التوصيل الفارغة (Blanking Panels)، جنبًا إلى جنب مع إغلاق أنظمة إدارة الكابلات، يسمح باحتواء الضغط بشكل أفضل داخل الفراغ الجوي (Plenum)، مع خفض استهلاك الطاقة المهدرة بنسبة تصل إلى 30٪ تقريبًا. أما الاستخدام المبتكر للبلاطات، المستند إلى الظروف الحالية التي تُقاس عبر خرائط درجات الحرارة والنمذجة الحاسوبية، فيؤدي إلى تحسين الاستجابة لتغيرات النظام.
إن الجمع بين هذه التقنيات يؤدي إلى خفض مؤشر كفاءة استخدام الطاقة (PUE) بمقدار ٠٫١٥–٠٫٣ نقطة تقريبًا، ما يمثل تحسينًا فعليًّا لكفاءة وموثوقية أنظمة التبريد والبيئة الخاضعة للرقابة.

قسم الأسئلة الشائعة

ما هي الأرضية المرتفعة القابلة للوصول؟
السقف المعلق هو هيكل أرضي مرتفع يستخدم المساحة الموجودة أسفله لتوصيل الكابلات وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء وغيرها من البنية التحتية.

كيف يساعد المجرى الهوائي السفلي في عملية التبريد؟
المجرى الهوائي السفلي هو غرفة هوائية مضغوطة تُسهّل التوزيع المتساوي للهواء المعالَج لتقليل النقاط الساخنة وتناسب احتياجات التبريد.
ما الفوائد المترتبة على استخدام البلاط المثقوب في الأنظمة الأرضية القابلة للوصول؟
يحسّن البلاط المثقوب كفاءة التبريد من خلال تمكين تدفق أفضل للهواء البارد نحو مداخل الخوادم، وبالتالي التحكم في درجة الحرارة المحيطة بالخوادم.

ما الإجراءات التي يمكن اتخاذها لتجنب التدرج الحراري؟

يساعد التدوير المستمر للهواء أسفل نظام الأرضية وكذلك إغلاق الفجوات المفتوحة في تعزيز التوزيع المتحكم فيه والمتساوي للهواء البارد.

ما المقصود بتدفق الهواء الجانبي، وكيف يمكن تجنّبه؟

يحدث تجاوز تدفق الهواء عندما يُعاد الهواء المعالج إلى وحدات التحكم في البيئة المبردة (CRAC) قبل أن يتم توزيعه بالكامل، ولتجنب ذلك، يُوصى بتكوين مخرج وحدات التحكم في البيئة المبردة (CRAC) وفقًا لتصميم الشبكة الخاص بالبلاط.