مدیریت جریان هوا در سیستم موجود در زیر کف بلندشده ساختمان

عملکرد فضای زیرکف (Plenum) به‌عنوان یک محفظه هوا با فشار بالا

سیستم مدیریت هوا در فضاهای زیرکف از فضای موجود زیر تخته‌های کف بلند به‌عنوان نوعی محفظه فشار برای جریان هوا استفاده می‌کند. هنگامی که هوا در واحدهای CRAC شرایط‌دهی می‌شود، این هوا به‌گونه‌ای در سطح مورد نظر گردش می‌کند که حالتی از تعادل فشار با هوای موجود در محفظه ایجاد می‌شود. به دلیل چیدمان فضاهای زیرکف، این سیستم با هدایت هوای شرایط‌دهی‌شده به مکان‌های مورد نظر از طریق کاشی‌های سوراخ‌دار که به‌صورت استراتژیک قرار گرفته‌اند، تشکیل نقاط داغ دمایی در داخل اتاق را جلوگیری می‌کند. این سیستم با طراحی‌ای که محدوده بهینه‌ای از فشار را در نظر گرفته و تغییرات قابل‌توجهی در جریان هوا ایجاد نمی‌کند، بهترین عملکرد ممکن را برای سیستم خنک‌کنندگی فراهم می‌آورد و محیطی پایدار را برای مدیریت فناوری اطلاعات (IT) فراهم می‌سازد.

فیزیک و عملکرد: تحویل مبتنی بر اختلاف فشار به ورودی‌های سرور

سرمایش هدفمند بر اساس اصل تغییر فشار در فضای پلِنوم و در ورودی هوای سرور کار می‌کند. این امر مبتنی بر اصلی از فیزیک است که تقریباً ناشناخته است و «اصل برنولی» نامیده می‌شود. وقتی فشار در فضای پلِنوم ایجاد می‌شود، جریان هوا به سمت نقاطی با فشار کمتر—یعنی ورودی‌های هوای سرور—هدایت می‌گردد. در مورد ما، سرعت جریان هوا نسبت به سیستم‌های قدیمی سقفی ۲۵٪ افزایش یافته است. چالش اصلی، قراردهی مناسب کف‌پوش‌های سوراخ‌دار روی کف مرکز داده برای بهره‌برداری از تغییرات فشار است. مراکز داده‌ای که دارای اختلاف فشار ۰٫۰۵ اینچ ستون آب در فضای پلِنوم هستند، به‌طور میانگین کاهشی ۴ درجه سانتی‌گرادی در دمای ورودی سرورها را تجربه می‌کنند. این یافته بر اساس تحقیقی انجام‌شده توسط مؤسسه آپ‌تایم (Uptime Institute) در سال ۲۰۲۲ است.

کف‌های دسترسی ما با بهبود کارایی سرمایش جریان هوا، سودهای قابل اندازه‌گیری‌ای دارند. به‌عنوان مثال، تفاوت دمایی اندازه‌گیری‌شده‌ای معادل ۴٫۳ درجه سانتی‌گراد مشاهده شده است که با قراردهی استراتژیک یک کف‌پوش سوراخ‌دار همراه بوده است.

کنترل دمای هوا که سرورها مصرف می‌کنند با قرارگیری بهینه‌شده‌ی کفپوش‌های سوراخ‌دار بهبود یافته است. به‌طور خاص، زمانی که آرایش کفپوش‌ها با نقاط داغ (Hot Spots) رک‌های سرور مطابقت دارد، هوای سرد می‌تواند بدون مانع به دریچه‌های ورودی سرورها هدایت شود و در چرخه‌ی بازگشت هوای خروجی هدر نرود. ما با این روش به نتایج قابل‌توجهی دست یافته‌ایم؛ به‌طوری‌که تفاوت دمایی بین هوای ورودی و خروجی سرورها ۴٫۳ درجه‌ی سانتی‌گراد کاهش یافته است. این بهبود در تفاوت دمایی برای حفظ یکپارچگی سیستم خنک‌کننده از اهمیت بالایی برخوردار است، زیرا پیکربندی‌های فناوری اطلاعات شرکت به‌طور مداوم در حال تکامل است.

بهینه‌سازی مبتنی بر CFD: مدل‌سازی جریان هوا در زمان واقعی برای کاهش PUE

استفاده از مدل‌سازی دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) به‌طور دقیق نشان می‌دهد که گرما در کجا به‌صورت ناکارآمد تجمع می‌یابد و نحوه انجام تنظیماتی مانند تعداد سوراخ‌های موجود در کفپوش‌ها، محل قرارگیری این کفپوش‌ها و هم‌ترازی واحدهای خنک‌کننده را تشریح می‌کند. پژوهشی که آزمایشگاه ملی لارنس برکلی در سال ۲۰۲۴ انجام داده است، بیان می‌کند که با این روش نسبت مصرف انرژی اولیه (PUE) حدود ۰٫۱۵ واحد کاهش می‌یابد در مقایسه با روش‌های مبتنی بر حدس و گمان. این تغییر شاید چندان قابل توجه به نظر نرسد، اما هزینه‌های خنک‌سازی مرتبط با این کاهش حدود ۱۸ تا ۳۰ درصد کاهش می‌یابد. ارزش واقعی از سیستم‌هایی ناشی می‌شود که به‌طور مداوم جریان هوای داخل سالن را پایش کرده و حجم جریان هوا را به‌صورت فعال بر اساس نیازهای سرورها کنترل می‌کنند. این امر مناطق گرم (Hot Spots) را که به تجهیزات آسیب می‌زنند، از بین می‌برد و از عبور هوای گرم از مسیرهای غیرمستقیم و دور از مناطق جدیداً خنک‌شده جلوگیری می‌کند.

حذف مناطق گرم از طریق یکنواختی توزیع هوا

سیستم‌های جریان هوا برای خنک‌کنندگی کف بلند، با حذف نقاط داغ حرارتی به‌صورت موفقیت‌آمیزی عمل می‌کنند؛ نه از طریق خنک‌سازی بیش‌ازحد، بلکه از طریق توزیع یکنواخت و هدفمند. هنگامی که این سیستم‌ها به‌درستی طراحی و اجرا شوند، از عبور مستقیم هوای سرد (short-circuiting) و بازچرخش هوای گرم جلوگیری می‌کنند و در نهایت نقاط داغ حرارتی را که از حدود حرارتی ASHRAE تا ۱۳٫۶۶ واحد فراتر رفته‌اند، برطرف می‌سازند.

غلبه بر لایه‌بندی حرارتی از طریق جریان هوای یکنواخت زیرکف

لایه‌بندی حرارتی پدیده‌ای است که در آن هوای گرم خروجی به سمت بالا صعود کرده و باعث ایجاد اختلاط نامناسب هوای تأمین‌شده می‌شود. حرکت هوای زیرکف با سرعتی حدود ۲٫۵ متر بر ثانیه یا بیشتر، به شکستن لایه‌های حرارتی کمک می‌کند. چند اقدام مکمل برای شکستن این لایه‌ها ضروری است؛ از جمله آن‌ها، درزگیری عبور کابل‌ها از کف است. علاوه بر این، پرکردن فضاهای خالی در رک‌های سرور با صفحات پوششی (blanking panels) اقدامی کلیدی محسوب می‌شود. این اقدامات اطمینان حاصل می‌کنند که هوای سرد تنها از طریق کاشی‌های سوراخ‌دار و مطابق با طراحی اولیه توزیع شود.

جریان هوا با مدیریت متمرکز: هم‌راستا کردن خروجی واحدهای CRAC با چیدمان کفپوش‌های سوراخ‌دار

جریان هوا از مسیر دور (Bypass) می‌تواند ظرفیت سرمایشی یک مرکز داده را تا ۲۵ تا ۴۰ درصد کاهش دهد. این امر به این دلیل رخ می‌دهد که واحدهای CRAC جریان هوا را برای هوای شرطی‌شده‌ای که به سرورها نرسیده است، کاهش می‌دهند. شبیه‌سازی‌های دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) نشان داده‌اند که این مشکل را می‌توان با تنظیم متفاوت نفوذپذیری کفپوش‌ها متناظر با مناطق دمایی رک‌ها حل کرد. کفپوش‌هایی با نفوذپذیری بیش از ۵۶ درصد احتمالاً جریان هوا را به سمت رک‌های متراکم‌تر از دست می‌دهند. علاوه بر این، جهت جریان هوا از واحدهای CRAC باید با قرارگیری کفپوش‌ها در سراسر اتاق هم‌راستا باشد. این امر حداکثر اختلاف فشار را در سیستم ایجاد می‌کند که عامل تعیین‌کنندهٔ بازدهی سیستم سرمایشی است.

استراتژی‌های هماهنگ مدیریت جریان هوا در محیط‌های با کف بلند

کف‌های قابل دسترسی زیرساخت اغلب سیستم‌های خنک‌کننده را فراهم می‌کنند، اما واقعاً هنگامی که با استراتژی‌های مدیریت جریان هوا به‌خوبی ترکیب شوند، عملکرد سیستم را تقویت می‌نمایند. پیکربندی‌های ردیف گرم/ردیف سرد اجازه‌ی اختلاط هوای گرم بازگشتی و هوای تأمینی ورودی را نمی‌دهند. این امر منجر به حفظ یکنواختی بهتر دما در سراسر کل ردیف می‌شود. استفاده‌ی صحیح از پنل‌های پُرکننده (Blanking Panels) همراه با آب‌بندی سیستم‌های مدیریت کابل، امکان کنترل بهتر فشار در فضای پلنوم را فراهم می‌کند و انرژی هدررفته را حدود ۳۰٪ کاهش می‌دهد. استفاده‌ی نوآورانه از کفپوش‌ها بر اساس شرایط فعلی که از طریق نقشه‌های دمایی و مدل‌سازی کامپیوتری اندازه‌گیری شده‌اند، منجر به پاسخ‌گویی بهتر نسبت به تغییرات سیستم می‌شود.
ترکیب این روش‌ها منجر به کاهش معیار کارایی مصرف انرژی (PUE) به میزان تقریبی ۰٫۱۵ تا ۰٫۳ واحد می‌شود؛ که این امر بهبود واقعی در کارایی و قابلیت اطمینان سیستم‌های خنک‌کننده و محیط کنترل‌شده را به همراه دارد.

بخش سوالات متداول

کف قابل دسترسی ارتقا یافته چیست؟
کف دسترسی بالابر، سازه‌ای از کف بلندشده است که از فضای زیرین آن برای عبور کابل‌ها، سیستم‌های تهویه مطبوع (HVAC) و سایر زیرساخت‌ها استفاده می‌کند.

پلنوم زیرکف چگونه در خنک‌کردن کمک می‌کند؟
پلنوم زیرکف، حفره‌ای تحت فشار از هواست که توزیع یکنواخت هوای پردازش‌شده را تسهیل می‌کند تا از ایجاد نقاط داغ جلوگیری شود و با نیازهای خنک‌کنندگی هماهنگ باشد.
مزایای استفاده از کفپوش‌های سوراخ‌دار در کف‌های دسترسی چیست؟
کفپوش‌های سوراخ‌دار با امکان‌پذیر کردن جریان بهتر هوای سرد به ورودی‌های سرورها، کارایی خنک‌کنندگی را افزایش داده و دمای اطراف سرورها را کنترل می‌کنند.

برای جلوگیری از لایه‌بندی حرارتی چه اقداماتی می‌توان انجام داد؟

جریان مداوم هوا زیر سیستم کف و همچنین درزگیری شکاف‌های باز، می‌تواند توزیع کنترل‌شده و یکنواخت هوای سرد را تقویت کند.

جریان هوای دورزدن یعنی چه و چگونه می‌توان از آن جلوگیری کرد؟

جریان هوای دور زده‌شده زمانی رخ می‌دهد که هواي شرایط‌دهی‌شده پیش از توزیع کامل آن، به واحدهای CRAC بازمی‌گردد؛ و برای جلوگیری از این پدیده، توصیه می‌شود که خروجی واحدهای CRAC مطابق با طرح شبکه‌ای کفپوش‌ها (کفپوش‌های مشبک) تنظیم گردد.