فن صنعتی برای مراکز داده: سرورهای خنک، داده‌های امن‌تر

فن صنعتی برای مراکز داده: سرورهای خنک، داده‌های امن‌تر

• یک مثال واقعی: مرکز داده جهانی NTT
• فن محوری: بی‌صدا و مناسب برای فشار برگشتی بالا
• فن‌ صنعتی سانتریفیوژ: توان بالا و دامنه گسترده بهره‌وری بهینه
• افزایش قابلیت اطمینان عملیاتی با تشخیص رزونانس
• به حداقل رساندن تداخلات در مدار با اصلاح ضریب توان فعال
• مجهز به مبردهای طبیعی

هنگام صحبت در مورد سیستم‌های سرمایشی که برای مراکز داده (دیتاسنتر) اهمیت حیاتی دارند، رویکردی مبتنی بر صرفه‌جویی در انرژی در شرایط کنونی، ضروری است. استفاده از فن صنعتی کم ‌مصرف با فناوری پیشرفته EC می‌تواند در این زمینه کمک‌کننده باشد. این فن ‌ها باید تا حد امکان بی‌صدا عمل کنند و از سطح بالایی از قابلیت اطمینان برخوردار باشند. به عنوان مثال، مانیتورینگ وضعیت می‌تواند امکان اجرای اقدامات تعمیر و نگهداری پیشگیرانه را فراهم کند.

یکی از مهم‌ترین وظایف هر اپراتور مرکز داده (دیتاسنتر)، نظارت و کنترل شرایط آب‌وهوایی در اتاق‌های سرور است، زیرا دما و رطوبت بالا به تجهیزات IT آسیب می‌زند و منجر به خرابی آن‌ها می‌شود. سیستم‌های تهویه مطبوع باید این شرایط را مدیریت کنند. در این زمینه، راهکارهای مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند، زیرا هیچ دو مرکز داده‌ای از نظر ساختار یکسان نیستند.

یکی از مهم‌ترین وظایف هر اپراتور مرکز داده، نظارت و کنترل شرایط آب‌وهوایی داخلی است. در این زمینه، راهکارهای مختلفی استفاده می‌شوند، زیرا هیچ دو مرکز داده‌ای از نظر ساختار یکسان نیستند.

کاربردهای معمول سرمایشی شامل خنک‌سازی داخل ردیف سرور رک‌ها، چیلرها، واحدهای تهویه مطبوع دقیق و سایر هواسازها (AHUs) است. شرکت ebm-papst مجموعه‌ای از فن محوری و فن سانتریفیوژ (پلاگ فن EC) با فناوری EC طراحی کرده است که نیازهای مراکز داده را برای این راه‌حل‌های مختلف تهویه مطبوع برآورده می‌کنند.

یک مثال واقعی: مرکز داده جهانی NTT

شرکت NTT Global Data Centers EMEA GmbH یکی از پیشروترین ارائه‌دهندگان خدمات IT در جهان است و تنها در فرانکفورت چهار مرکز داده دارد. به عنوان مثال، پردیس مرکز داده فرانکفورت1 یکی از بزرگ‌ترین سایت‌های مراکز داده در اروپا است که حدود 50,000 مترمربع فضای IT دارد و از واحدهای تهویه مطبوع دقیق برای سرمایش استفاده می‌کند. این واحدها هوای خروجی را با دمایی در حدود 36 تا 39 درجه سلسیوس جذب کرده، آن را فیلتر، خنک و مرطوب می‌کنند و سپس هوای خنک‌شده با دمای 23 تا 24 درجه سلسیوس را از طریق کف کاذب و خروجی‌ها به طور مستقیم به رک‌های سرور هدایت می‌کنند. در هر واحد تهویه مطبوع، سه فن سانتریفیوژ EC (پلاگ فن EC) از سری RadiPac شرکت ebm-papst مسئول انتقال مداوم هوا هستند.

NTT Global Data Center EMEA GmbH

به طور کلی، انواع پلاگ فن EC موجود در مرکز داده فرانکفورت 1 تقریباً 10 سال است که در حال کار هستند. با این حال، نکته‌ای ویژه در اینجا وجود دارد: واحدهای تهویه مطبوع دقیق استندبای، تنها به دلایل پشتیبانی در نظر گرفته نشده‌اند، بلکه همیشه به طور موازی با سرعت پایین نیز کار می‌کنند. این امر باعث افزایش عمر مفید فن (پلاگ فن ها) و بهبود بازده آن‌ها می‌شود.

با کنترل دقیق فشار تفاضلی (DPC) در محدوده چهار تا شش پاسکال، سرعت پلاگ فن EC تمامی واحدهای تهویه مطبوع به طور خودکار تنظیم می‌شود، چه در صورت خرابی یکی از واحدهای تهویه مطبوع دقیق و چه در شرایطی که عملکرد سرورها به صورت پویا تغییر کند. نتیجه این تنظیم خودکار، کاهش چشمگیر 30 درصدی مصرف برق تمامی پلاگ فن ها است که در جای خود نقشی مهم در تضمین دستیابی به مقدار مناسب EER (Energy Efficiency Ratio) ایفا می‌کند؛ معیاری که ظرفیت سرمایشی یک واحد تهویه مطبوع را نسبت به مصرف برق آن نشان می‌دهد.

فن محوری: بی‌صدا و مناسب برای فشار برگشتی بالا

دیتاسنترها روز به روز به مناطق صنعتی و مسکونی نزدیک‌تر می‌شوند تا طول کابل‌های داده را کوتاه‌تر کرده و در نتیجه از تداخلات جلوگیری کنند. این امر پیامدهایی برای اپراتورها به همراه دارد، زیرا چیلرهای بزرگ، درای کولرها یا کندانسورها باید با مقررات حفاظت از صدا در منطقه مربوطه مطابقت داشته باشند. برای انواع فن صنعتی مورد استفاده، این مسئله دو الزام را ایجاد می‌کند. اول اینکه، فن ‌صنعتی باید تا حد امکان بی‌صدا کار کند و از ایجاد نویز ناخوشایند جلوگیری کند. دوم اینکه، آن‌ها باید بتواند با فشار برگشتی بالاتر نیز سازگار شود، به‌ویژه اگر واحدهای تهویه مطبوع نیاز به اقدامات اضافی برای حفاظت از صدا داشته باشند، به عنوان مثال در شرایطی که کمپرسور صدای بسیار زیادی تولید کند.

سری فن محوری AxiEco (A و B) عمدتاً در کاربردهایی استفاده می‌شود که افزایش فشار بالا مورد نیاز است، در حالی که سری فن محوری AxiBlade (C و D) ترکیبی چشمگیر از توان بالا و انتشار صدای کم را ارائه می‌دهند.

سری‌های AxiBlade و AxiEco دو نوع فن محوری هستند که نیازهای مختلف در این زمینه را پوشش می‌دهند. سری اول با توان بالا و انتشار صدای کم شناخته می‌شود، در حالی که سری دوم به‌ویژه برای کاربردهایی مناسب است که نیاز به افزایش فشار بسیار بالا دارند، مانند مواقعی که اقدامات اضافی برای حفاظت از صدا یا هندسه خاص مبدل‌ها لازم باشد.

فن‌ صنعتی سانتریفیوژ: توان بالا و دامنه گسترده بهره‌وری بهینه

انواع فن‌ صنعتی سانتریفیوژ (پلاگ فن صنعتی) نیز معمولاً در مراکز داده مورد استفاده قرار می‌گیرند. به عنوان مثال، در طراحی پلاگ فن صنعتی (فن صنعتی سانتریفیوژ EC) RadiPac، شرایط واقعی نصب در واحدهای تهویه هوای اتاق کامپیوتر (CRAH) و هواساز (AHU) در نظر گرفته شده است. به طور خاص، ویژگی‌های جریان خروجی پروانه بهینه‌سازی شده و با طراحی ویژه‌ای، تلفات انحراف جریان در واحد جابجایی هوا و تلفات خروجی کاهش یافته است. در نتیجه، این پلاگ فن‌ صنعتی EC می‌تواند در یک نقطه کاری مشخص با سرعت کمتری عمل کند که این امر به صرفه‌جویی در انرژی منجر می‌شود. به لطف دامنه گسترده بهره‌وری بهینه و سطح بالای بازدهی کلی استاتیک، این پلاگ فن‌ صنعتی با مصرف انرژی پایین در طیف وسیعی از شرایط کاری عمل می‌کند.

شرایط واقعی نصب در واحدهای تهویه هوای اتاق کامپیوتر (CRAH) و واحدهای جابجایی هوا (AHU) در طراحی فن ‌صنعتی سانتریفیوژ RadiPac مورد توجه قرار گرفته است.

افزایش قابلیت اطمینان عملیاتی با تشخیص رزونانس

فن‌ ها در طیف گسترده‌ای از کاربردها در مراکز داده مورد استفاده قرار می‌گیرند. بسته به شرایط نصب، امکان وقوع رزونانس در بازه‌های سرعت غیرقابل پیش‌بینی وجود دارد. در صورتی که فن صنعتی EC به طور مکرر در این بازه‌های بحرانی کار کند، سیستم بلبرینگ ممکن است آسیب ببیند و این امر به خرابی زودهنگام فن صنعتی EC منجر شود. اگرچه این ارتعاشات توسط اپراتورهای سیستم قابل اندازه‌گیری هستند، اما نمی‌توان به سادگی آن‌ها را حذف کرد. شرکت ebm-papst این مشکل را با استفاده از تشخیص رزونانس خودکار حل کرده است که از کارکرد پلاگ فن ‌صنعتی در سرعت‌های بحرانی جلوگیری می‌کند و طول عمر و قابلیت اطمینان عملیاتی آن‌ها را افزایش می‌دهد.

برای این منظور، در حین راه‌اندازی اولیه می‌توان یک تست راه‌اندازی انجام داد که در آن سرعت ارتعاش در کل محدوده سرعت، از حالت سکون تا سرعت نامی، تحلیل می‌شود. اگر سرعت‌های ارتعاش بیش از حد در محدوده‌های خاصی تشخیص داده شود، نرم‌افزار کنترلی پس از فعال‌سازی توسط مشتری به‌گونه‌ای تنظیم می‌شود که این محدوده‌های سرعت در آینده “رد شوند”. به این معنا که این محدوده‌ها طی می‌شوند، اما از عملکرد مداوم در آن‌ها اجتناب می‌شود.

تشخیص خودکار رزونانس از عملکرد فن‌ صنعتی ebm در سرعت‌های بحرانی جلوگیری می‌کند و در نتیجه طول عمر و قابلیت اطمینان عملیاتی آن‌ها را افزایش می‌دهد.

اپراتورها می‌توانند تنظیمات نرم‌افزار را در هر زمان به صورت دستی ویرایش کنند، به این معنا که همواره کنترل کامل در اختیار آن‌ها است. حسگر ارتعاش یکپارچه همچنین می‌تواند برای پایش وضعیت مورد استفاده قرار گیرد، که این امکان را فراهم می‌کند تا نگهداری پیشگیرانه و برنامه‌ریزی خدمات به شکل بهتری انجام شود.

به حداقل رساندن تداخلات در مدار با اصلاح ضریب توان فعال

کنترل سرعت برای تهویه مطبوع مبتنی بر نیاز اجباری است. با این حال، عملکرد درایوهای کنترل‌شده با سرعت همواره هارمونیک‌های جریان تولید می‌کند که در زیرساخت‌های حساس، به‌ویژه در صورت استفاده از منبع تغذیه با ابعاد ناکافی، می‌تواند مشکل‌ساز شود. هارمونیک‌های ایجادشده باعث افزایش بار بر شبکه و ایجاد تلفات ناشی از توان می‌شوند. همچنین ممکن است تأثیر منفی بر سایر دستگاه‌های موجود در شبکه سیستم داشته باشند. در گذشته، این وضعیت اپراتورها را مجبور می‌کرد تا از فیلترهای خارجی استفاده کنند، ضریب توان را اصلاح کنند و در برخی موارد از مقاطع کابل بزرگ‌تر بهره بگیرند.

این‌گونه اقدامات خارجی اکنون دیگر ضروری نیستند. برای به حداقل رساندن مشکل هارمونیک‌ها در عملکرد موازی فن صنعتی‌ EC، شرکت ebm-papst راه‌حلی ارائه داده است که در آن فیلتر هارمونیک به صورت یکپارچه وجود دارد: یعنی اصلاح ضریب توان فعال (Active PFC).

اصلاح ضریب توان فعال (Active PFC) با جلوگیری از وقوع هارمونیک‌های جریان از همان ابتدا، به جای حذف دشوار آن‌ها با استفاده از اجزای اضافی، عمل می‌کند.

این رویکرد بر جلوگیری از وقوع هارمونیک‌های جریان از همان ابتدا تمرکز دارد، به جای آنکه با استفاده از اجزای اضافی به طور دشواری آن‌ها را پس از وقوع فیلتر کند. این امر امکان طراحی کوچک‌تر اجزای زیرساختی برای تأمین انرژی و برق اضطراری، مانند ترانسفورماتورها و ژنراتورهای برق اضطراری، را فراهم می‌کند و آن‌ها را از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه‌تر می‌سازد. نتایجی که با استفاده از اصلاح ضریب توان فعال (Active PFC) به دست می‌آید، قابل توجه هستند: با ضریب توان بالای 0.99، اعوجاج کل هارمونیک جریان (THD(I)) معمولاً در حدود ۲٪ در توان نامی است و تا ۱۰٪ از توان نامی نیز زیر ۵٪ باقی می‌ماند. THD(I) به معنای اعوجاج کل هارمونیک جریان است.

مجهز به مبردهای طبیعی

استفاده از مبردهای طبیعی و قابل اشتعال یکی دیگر از موضوعاتی است که اپراتورهای مراکز داده باید به آن توجه کنند، و فن ‌های توصیف‌شده می‌توانند برای این منظور نیز مجهز شوند. مدارهای الکترونیکی آن‌ها بر اساس استاندارد EN 60335-2-40 برای سیستم‌های تهویه مطبوع با مبردهای قابل اشتعال طراحی می‌شوند؛ به این معنا که دمای سطحی در صورت بروز خطا باید حداقل 100 کلوین کمتر از دمای اشتعال مبرد مورد استفاده باشد. پروپان، که به دلیل ظرفیت انتقال حرارت خوب و مقدار پایین GWP (پتانسیل گرمایش جهانی) برای بسیاری از کاربردها بسیار مناسب است، دمای اشتعالی برابر با 470 درجه سلسیوس دارد. مجموعه‌های الکترونیکی که مطابق با این استاندارد آزمایش و تأیید شده‌اند، تضمین می‌کنند که دمای سطحی آن‌ها حتی در صورت بروز خطا همیشه زیر 370 درجه سلسیوس باقی می‌ماند و در نتیجه به منبع اشتعال تبدیل نمی‌شوند.