سیستم‌های خنک‌کننده اینرک (In-Rack) یکی از روش‌های نوین و کارآمد برای مدیریت دمای دیتا سنترها به حساب می‌آیند. این سیستم‌ها به صورت مستقیم در داخل رک‌های سرور نصب می‌شوند و هدف اصلی آن‌ها بهبود بهره‌وری انرژی و کنترل دقیق‌تر دما در فضای دیتا سنتر است. در این مقاله، به طور فنی و تخصصی، ویژگی‌ها و نحوه عملکرد سیستم خنک‌کننده In-Rack را شرح خواهیم داد.

تعریف سیستم خنک‌کننده In-Rack:

سیستم In-Rack (در داخل رک) به یک فناوری خنک‌کننده اطلاق می‌شود که مستقیماً در داخل رک سرور یا تجهیزات مشابه قرار می‌گیرد. برخلاف سیستم‌های تهویه‌ی مرکزی که معمولاً در فضاهای مختلف دیتا سنتر نصب می‌شوند، سیستم‌های In-Rack به طور خاص در داخل هر رک برای تأمین نیازهای حرارتی دقیق‌تر طراحی شده‌اند.

این روش به دلیل نصب یونیت‌های خنک‌کننده در داخل رک‌ها، می‌تواند هوای سرد را به طور مستقیم به تجهیزات الکترونیکی که بیشترین گرما را تولید می‌کنند، هدایت کند. از طرفی هوای گرم حاصل از این تجهیزات از طریق این سیستم‌ها خارج می‌شود و به فضای اصلی دیتا سنتر هدایت می‌گردد.

اصول عملکرد سیستم خنک‌کننده In-Rack:

عملکرد سیستم‌های In-Rack شامل مراحل مختلفی است که در زیر به تفصیل بیان شده است:

ورود هوای سرد: در این سیستم، واحدهای خنک‌کننده که داخل رک نصب شده‌اند، هوای سرد را از محیط اطراف (یا سیستم‌های تهویه خارجی) جذب کرده و آن را از طریق دریچه‌های مخصوص به سمت تجهیزات داغ داخل رک هدایت می‌کنند.
حذف گرما: زمانی که هوای سرد وارد رک‌ها می‌شود، این هوا با تجهیزات الکترونیکی و پردازنده‌ها تماس پیدا کرده و گرمای تولید شده را جذب می‌کند. این هوای گرم سپس توسط همان یونیت‌های خنک‌کننده از رک خارج می‌شود.
پروسه خنک‌سازی: فرآیند خنک‌سازی در سیستم‌های In-Rack معمولاً با استفاده از یکی از روش‌های زیر انجام می‌شود:
تبرید (Cooling with Refrigerants): در این روش، همانند سیستم‌های تهویه مطبوع، از گازهای فریون برای جذب گرما و کاهش دما استفاده می‌شود.
تبخیر آب (Evaporative Cooling): در برخی از سیستم‌ها، از فرآیند تبخیر آب برای انتقال گرما و کاهش دمای رک‌ها استفاده می‌شود.
آب-به-هوا (Water-to-Air Cooling): در این روش، از آب برای جذب گرما و انتقال آن به سیستم‌های خنک‌کننده مرکزی یا برج‌های خنک‌کننده استفاده می‌شود.
مزایای سیستم خنک‌کننده In-Rack:

الف) کنترل دقیق دما:

با قرار گرفتن یونیت‌های خنک‌کننده در داخل رک‌ها، هوای سرد به طور مستقیم به تجهیزات داغ هدایت می‌شود، که باعث می‌شود دما در سطح رک‌ها بسیار دقیق‌تر و کنترل‌شده‌تر باشد. این ویژگی می‌تواند در جلوگیری از داغ شدن بیش از حد دستگاه‌ها و کاهش خطرات ناشی از دمای بالا مؤثر باشد.

ب) افزایش بهره‌وری انرژی:

سیستم‌های In-Rack در مقایسه با سیستم‌های تهویه مرکزی، انرژی کمتری مصرف می‌کنند زیرا فقط هوای مورد نیاز برای خنک‌سازی رک‌های سرور تأمین می‌شود. این سیستم‌ها هوای سرد را به طور خاص به قسمت‌های مورد نیاز هدایت کرده و از مصرف بی‌رویه انرژی جلوگیری می‌کنند.

ج) کاهش نیاز به فضای اضافی:

سیستم‌های In-Rack به دلیل نصب در داخل رک‌ها، به فضای کمتری نیاز دارند و می‌توانند بدون اشغال فضای اضافی در دیتا سنتر، عملکرد خنک‌سازی مؤثری داشته باشند. این ویژگی به ویژه برای دیتا سنترهایی که محدودیت فضا دارند، بسیار حیاتی است.

د) مناسب برای تراکم حرارتی بالا:

در دیتا سنترهایی که تراکم بالای تجهیزات و سرورها دارند، سیستم‌های In-Rack می‌توانند به طور مؤثر گرما را مدیریت کنند. این سیستم‌ها برای محیط‌هایی با نیازهای حرارتی بالا، به ویژه در فضاهایی که حجم زیادی از سرورهای با قدرت پردازشی زیاد نصب شده‌اند، گزینه‌ای مناسب به شمار می‌روند.

چالش‌ها و محدودیت‌ها:

الف) هزینه اولیه بالا:

هرچند که سیستم‌های In-Rack در درازمدت می‌توانند هزینه‌های انرژی را کاهش دهند، اما هزینه نصب و راه‌اندازی این سیستم‌ها در مقایسه با سیستم‌های خنک‌کننده سنتی، معمولاً بالاتر است. این هزینه‌ها می‌توانند شامل هزینه‌های تجهیزاتی مانند یونیت‌های خنک‌کننده، لوله‌کشی، و سیستم‌های کنترل دما باشند.

ب) نیاز به نگهداری مداوم:

سیستم‌های In-Rack نیاز به نگهداری و تعمیرات منظم دارند، به ویژه در صورتی که از سیستم‌های تبرید یا تبخیری استفاده شود. باید از عملکرد صحیح یونیت‌های خنک‌کننده اطمینان حاصل شود تا از بروز مشکلاتی نظیر خرابی یا افزایش ناگهانی دما جلوگیری شود.

ج) محدودیت در مقیاس‌پذیری:

در مقایسه با سیستم‌های خنک‌کننده مرکزی، مقیاس‌پذیری سیستم‌های In-Rack ممکن است محدودتر باشد. اگر تعداد رک‌های موجود در دیتا سنتر زیاد باشد، ممکن است نیاز به نصب واحدهای خنک‌کننده اضافی باشد که این امر هزینه‌های اضافی را به همراه خواهد داشت.

انواع سیستم‌های In-Rack:

سیستم‌های In-Rack به طور کلی در چندین مدل مختلف قابل پیاده‌سازی هستند:

سیستم‌های تبریدی (Refrigerant-based): این سیستم‌ها از گازهای فریون یا دیگر گازهای مبرد برای کاهش دما استفاده می‌کنند. این نوع سیستم‌ها برای مناطقی که نیاز به دمای پایین و کنترل دقیق دارند، بسیار مناسب است.
سیستم‌های تبخیر آب (Evaporative-based): در این سیستم‌ها، از آب برای جذب گرما و تبخیر آن استفاده می‌شود. این سیستم‌ها در مقایسه با سیستم‌های تبریدی مصرف انرژی کمتری دارند و برای شرایط آب و هوایی گرم‌تر مناسب‌تر هستند.
سیستم‌های آب-به-هوا (Water-to-Air): این سیستم‌ها از آب به عنوان واسط برای انتقال گرما استفاده کرده و آن را به سیستم‌های خارجی مانند برج‌های خنک‌کننده منتقل می‌کنند.
مقایسه با سیستم‌های دیگر خنک‌کننده:

در مقایسه با دیگر سیستم‌های خنک‌کننده مانند CRAC یا In-Row، سیستم‌های In-Rack مزایای خاص خود را دارند. در حالی که سیستم‌های In-Row به طور کلی در میان رک‌ها نصب می‌شوند و به تهویه عمومی‌تر نیاز دارند، سیستم‌های In-Rack به دلیل نصب در داخل رک، کنترل دقیق‌تری بر روی دما دارند و می‌توانند در شرایط تراکم حرارتی بالا مؤثرتر عمل کنند.

نتیجه‌گیری:

سیستم‌های In-Rack یکی از روش‌های نوآورانه برای خنک‌سازی دیتاسنترها با تراکم حرارتی بالا هستند. این سیستم‌ها با ارائه خنک‌سازی دقیق و بهینه، به کاهش مصرف انرژی، افزایش طول عمر تجهیزات و بهبود عملکرد کلی دیتا سنتر کمک می‌کنند. اگرچه هزینه اولیه نصب این سیستم‌ها ممکن است بالا باشد، اما با توجه به مزایای طولانی‌مدت آن‌ها، به ویژه در دیتا سنترهایی با تجهیزات حساس و پرمصرف، این روش به یک انتخاب محبوب در دنیای مدرن دیتا سنترها تبدیل شده است.