سیستم خنک‌کننده دیتا سنتر کرک     (CRAC -Computer Room Air Conditioning)

سیستم خنک‌کننده CRAC (Computer Room Air Conditioning) یکی از سیستم‌های سنتی و در عین حال بسیار کارآمد در دیتا سنترهاست که برای تهویه و حفظ دمای بهینه در فضاهای با تراکم بالا و تجهیزات حساس طراحی شده است. این سیستم‌ها به طور خاص برای شرایطی که نیاز به تهویه مناسب و کنترل دمای دقیق دارند، استفاده می‌شوند.

در این مقاله عملکرد سیستم CRAC، روش‌های کارکرد آن، مزایا و معایب، و نحوه پیاده‌سازی این سیستم‌ها در دیتاسنترها خواهیم پرداخت.

تعریف سیستم خنک‌کننده CRAC:

سیستم  CRAC یا Computer Room Air Conditioning یک واحد تهویه مطبوع است که به طور خاص برای محیط‌های دیتاسنتر طراحی شده تا هوای گرم و تهویه داخلی را به وسیله یک فرآیند خنک‌سازی فعال از تجهیزات پردازشی، سرورها، سوئیچ‌ها و سایر تجهیزات الکترونیکی خارج کند.

این سیستم به طور معمول از فن‌ها برای انتقال هوا، کویل‌های سرمایش (که می‌تواند با استفاده از گاز فریون یا سیستم‌های تبخیر آب کار کند) برای کاهش دما و فیلترهای هوا برای تصفیه هوا استفاده می‌کند.

نحوه کارکرد سیستم CRAC:

سیستم خنک‌کننده CRAC به صورت خاص به دمای هوای اتاق سرور و دیتاسنتر واکنش نشان می‌دهد و با استفاده از فرآیندهای خنک‌سازی، به حفظ دمای مطلوب کمک می‌کند.

2.1. ورود هوای گرم به سیستم:

هوای گرم از محیط دیتاسنتر که توسط تجهیزات الکترونیکی تولید می‌شود (مانند سرورها، پردازنده‌ها و منابع قدرت)، وارد سیستم CRAC می‌شود. این هوا به طور طبیعی در اطراف رک‌های سرور و تجهیزات دیگر جمع می‌شود.

2.2. فرآیند خنک‌سازی:

در مرحله بعد، هوای گرم از طریق فن‌های موجود در یونیت CRAC به کویل‌های سرمایش منتقل می‌شود. در این مرحله، هوای گرم از طریق کویل‌های تبرید یا آب سرد عبور کرده و دمای آن کاهش می‌یابد. این فرآیند معمولاً به یکی از روش‌های زیر انجام می‌شود:

سیستم تبرید (Refrigerant-based cooling): در این روش، گاز فریون یا دیگر گازهای مبرد از طریق کویل‌ها عبور می‌کند تا گرما را از هوا جذب کرده و دمای آن را کاهش دهد.
سیستم تبخیری (Evaporative cooling): در این روش، آب به عنوان یک عامل انتقال گرما عمل کرده و با تبخیر آن، دمای هوای وارد شده به یونیت CRAC کاهش می‌یابد.
آب سرد (Chilled Water cooling): در این سیستم، آب سرد از یک منبع مرکزی به کویل‌های یونیت CRAC منتقل می‌شود تا گرمای هوا را جذب کرده و آن را خنک کند.

2.3. انتقال هوای سرد:

پس از خنک‌سازی هوا، این هوای سرد دوباره توسط فن‌های داخل یونیت CRAC به محیط دیتاسنتر باز می‌گردد تا رک‌ها و تجهیزات الکترونیکی سرد شوند.

2.4. خروج هوای گرم:

در نهایت، هوای گرم دوباره از محیط دیتاسنتر به یونیت CRAC هدایت می‌شود تا مراحل خنک‌سازی تکرار شوند.

مزایای سیستم CRAC:

3.1. کنترل دقیق دما و رطوبت:

سیستم‌های CRAC به راحتی می‌توانند دما و رطوبت محیط دیتاسنتر را در سطوح دقیق تنظیم کنند، که برای تجهیزات حساس مانند سرورها و منابع قدرت ضروری است. این دما و رطوبت کنترل‌شده موجب جلوگیری از خرابی یا کاهش عملکرد تجهیزات می‌شود.

3.2. عملکرد مؤثر در محیط‌های با تراکم حرارتی بالا:

سیستم‌های CRAC برای فضاهای با تراکم حرارتی بالا بسیار مناسب هستند. در محیط‌هایی که تعداد زیادی از سرورها و تجهیزات پرمصرف در کنار یکدیگر قرار دارند، CRAC می‌تواند به‌طور مؤثر گرمای اضافی را جذب کرده و سیستم تهویه را بهینه کند.

3.3. کاهش مصرف انرژی (در مدل‌های پیشرفته):

با استفاده از مدل‌های Inverter و سیستم‌های پیشرفته تبرید، این سیستم‌ها می‌توانند به طور مؤثری مصرف انرژی را کاهش دهند. همچنین، با استفاده از کنترل‌های دقیق، می‌توانند انرژی را بر اساس نیاز واقعی مصرف کنند.

3.4. مناسب برای محیط‌های با نیازهای خاص:

سیستم CRAC قابلیت انعطاف‌پذیری بالایی دارد و می‌تواند به طور سفارشی برای محیط‌های با نیازهای خاص مانند اتاق‌های سرور حساس یا داده‌های پرهزینه، طراحی شود.

معایب سیستم CRAC:

4.1. هزینه نصب و نگهداری بالا:

در مقایسه با سیستم‌های خنک‌کننده ساده‌تر، سیستم‌های CRAC ممکن است هزینه‌های نصب اولیه بالاتری داشته باشند. همچنین، نگهداری و تعمیرات این سیستم‌ها به دلیل پیچیدگی بیشتر ممکن است نیاز به متخصصین داشته باشد.

4.2. نیاز به فضای بیشتر:

در بسیاری از موارد، سیستم‌های CRAC نیاز به فضای بیشتری نسبت به دیگر سیستم‌های خنک‌کننده دارند. این امر می‌تواند برای دیتا سنترهایی با محدودیت فضا مشکل‌ساز شود.

4.3. مصرف انرژی زیاد در حالت‌های غیر بهینه:

در صورتی که سیستم CRAC به درستی تنظیم نشده باشد یا نیاز به نگهداری نداشته باشد، ممکن است مصرف انرژی به طور قابل توجهی افزایش یابد.

انواع سیستم‌های CRAC:

سیستم‌های CRAC به طور کلی در چندین مدل مختلف طراحی می‌شوند:

5.1. سیستم CRAC با تبرید فریون:

در این سیستم، از گازهای مبرد مانند فریون برای انتقال گرما از هوای گرم به یونیت CRAC استفاده می‌شود. این سیستم‌ها به دلیل کارایی بالا در انتقال حرارت و کاهش دما شناخته شده‌اند.

5.2. سیستم CRAC با تبخیر آب:

در این سیستم، از تبخیر آب برای جذب گرما استفاده می‌شود. این روش انرژی کمتری مصرف می‌کند و برای شرایط آب و هوایی خشک و گرم مناسب‌تر است.

5.3. سیستم CRAC با آب سرد:

در این مدل، آب سرد از یک منبع مرکزی مانند برج خنک‌کننده یا چیلر به داخل یونیت CRAC منتقل می‌شود. این سیستم در مکان‌هایی که منابع آب سرد به راحتی قابل دسترسی هستند، کاربرد دارد.

مقایسه سیستم CRAC با سایر سیستم‌های خنک‌کننده:

6.1. مقایسه با سیستم‌های In-Row:

در سیستم‌های In-Row، یونیت‌های خنک‌کننده بین رک‌ها نصب می‌شوند و هوای سرد را مستقیماً به تجهیزات داغ هدایت می‌کنند. این در حالی است که در سیستم‌های CRAC، هوای سرد از طریق واحد تهویه مرکزی و توزیع عمومی به فضای دیتاسنتر منتقل می‌شود.

6.2. مقایسه با سیستم‌های فری‌کولینگ (Free Cooling):

سیستم‌های Free Cooling از هوای بیرون برای خنک‌سازی استفاده می‌کنند. این سیستم‌ها تنها در شرایط خاصی مانند آب و هوای سرد و خشک کارایی دارند، در حالی که سیستم‌های CRAC برای تمامی شرایط محیطی قابل استفاده هستند.

6.3. مقایسه با سیستم‌های In-Rack:

در سیستم‌های In-Rack، خنک‌کننده‌ها مستقیماً داخل رک‌ها نصب می‌شوند و برای کنترل دمای دقیق‌تر در محیط‌های با تراکم حرارتی بالا طراحی شده‌اند. سیستم‌های CRAC بیشتر برای محیط‌هایی با توزیع عمومی‌تر هوای سرد و مدیریت حرارت در مقیاس بزرگ‌تر استفاده می‌شوند.

نتیجه‌گیری:

سیستم‌های خنک‌کننده CRAC هنوز هم یکی از راهکارهای مؤثر برای مدیریت حرارت در دیتاسنترها هستند. این سیستم‌ها به دلیل دقت بالا در کنترل دما و قابلیت‌های متعدد، به ویژه در محیط‌های با تراکم حرارتی بالا، بسیار مناسب هستند. با این حال، برای استفاده بهینه از این سیستم‌ها، باید به نکات مربوط به مصرف انرژی و نگهداری دقیق آن‌ها توجه ویژه‌ای داشت.