مستند تقني: استخدام العقود مقابل الفروقات لمراكز البيانات
مقتطف من الورقة البيضاء EOLIOS حول مراكز البيانات
- فريق شغوف
- نطاقات حصرية
- جميع القطاعات
- مركز البيانات
- فريق شغوف
متابعة التصفح:
آخر أخبارنا:
مشاريعنا:
مجالات تدخلنا:
الملفات الفنية:
مستند تقني
الحمل الحراري في مراكز البيانات لديه زيادة كبيرةعلى مدى السنوات القليلة الماضية. ويستمر هذا الاتجاه ، لأن هناك عملية تقليل حجم المعدات الإلكترونيات مع زيادة متزامنة في الطاقة مما يؤدي إلى إطلاق كمية كبيرة من الحرارة لكل وحدة (وحدة واحدة من ارتفاع رف الخادم). إذا بدا قبل بضع سنوات أن سعة التبريد البالغة 5 كيلو واط لكل رف خادم كانت كافية تماما لتغطية جميع احتياجات العملاء الحالية والمخطط لها في المستقبل القريب ، فهناك اليوم معدات في السوق ، حتى لو لم يتم ملء رف الخادم بالكامل ، تنبعث منها أكثر من 10 كيلو واط.
تقريبا جميع الشركات المصنعة للخوادم لديها مثل هذه المعدات. عرض المجموعات الكبيرة نظام كمبيوتر موحد ، والذي يحقق استهلاك طاقة يبلغ 6U من 2 كيلو واط أو أكثر حسب طريقة التشغيل. ليس من غير المألوف أن يتم توليد أكثر من 10 كيلو واط من الحرارة لكل رف ، نلاحظ رفوف تصل إلى قوة 45 كيلو واط.
تؤدي المحاكاة الافتراضية للخادم إلى زيادة تبديد الحرارة من معالج واحد
استخدام تقنية المحاكاة الافتراضية للخادم “يجعل الوضع أسوأ”. يمكن للخوادم الافتراضية زيادة حملها بشكل كبير ، وإذا كانت المعالجات القديمة خاملة لمدة 75-85٪ من الوقت ، فعند استخدام المحاكاة الافتراضية ، يزداد حمل وحدة المعالجة المركزية في الخوادم بشكل كبير ونتيجة لذلك ، يتم توليد المزيد من الحرارة على الخادم. تؤكد أفضل ممارسات ASHRAE لكفاءة الطاقة في مرافق مركز البيانات هذه البيانات.
الحرارة المنتجة لكل رف تتزايد باستمرار.
لذلك ، عند تصميم مركز بيانات حديث ، من الضروري التركيز على الأحمال الحرارية التي تبلغ 10 كيلو واط أو أكثر لكل رف خادم. أو ، كملاذ أخير ، من الضروري تخصيص مناطق محددة في غرفة كمبيوتر مركز البيانات ، والتي ستوفر التبريد من 10 كيلو واط لكل رف خادم.
للحصول على إجابة دقيقة بما فيه الكفاية على هذا السؤال ، لم يعد استخدام المصمم فقط لمعادلة توازن الحرارة مع إضافة هامش سعة تبريد من 10٪ إلى 20٪ وبرنامج Excel كافيا.
عدد من المشاكل عند تشغيل مراكز البيانات
هناك أيضا عدد من المشكلات التي تنشأ عند تشغيل مركز بيانات موجود ، حتى مع الأحمال الحرارية المنخفضة. على سبيل المثال ، بعد تثبيت معدات إضافية ، قد تظهر المناطق الميتة في مركز البيانات.
يمكن أن تحدث المناطق المحلية لارتفاع درجة حرارة المعدات (المعروفة باسم النقاط الساخنة) أو ، على العكس من ذلك ، المناطق ذات درجة الحرارة المنخفضة إلى حد ما في مراكز البيانات (لأنظمة التبريد الطبيعية).
من الواضح أن ارتفاع درجة حرارة الخوادم وأنظمة تخزين البيانات والشبكات ومعدات الاتصالات السلكية واللاسلكية أمر سيئ ؛ عاجلا أم آجلا ، ستؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى انقطاع التيار الكهربائي ، وبالتالي فقدان البيانات المحتمل.
من ناحية أخرى ، تؤثر الرطوبة النسبية سلبا أيضا على تشغيل الخوادم وأنظمة تخزين البيانات. تؤدي درجات الحرارة المنخفضة إلى زيادة الرطوبة ، مما قد يؤدي إلى التكثيف. يجب ألا تتجاوز الرطوبة النسبية ، وفقا ل ASHRAE ، 80٪. تقوم بعض الشركات المصنعة بدمج مستشعرات درجة الحرارة والرطوبة النسبية في الخوادم وأنظمة التخزين ، ويمكن لخانقات البرامج إيقاف تشغيل الأجهزة عند تجاوز حدود الرطوبة ودرجة الحرارة.
درجة الحرارة في غرف الخوادم ، حيث يتم تركيب وتشغيل معدات تكنولوجيا المعلومات ، محدودة بالمعايير ليس فقط بالحد الأعلى ، ولكن أيضا بالحد الأدنى. وفقا لأحدث متطلبات اللجنة الفنية ASHRAE TC 9.9 المنشورة في عام 2016 ، يجب ألا تقل درجة الحرارة في غرفة الخادم عن 18 درجة مئوية. بالإضافة إلى ذلك ، تؤدي درجة الحرارة المنخفضة إلى الاستخدام غير الفعال للكهرباء ، مما يؤدي إلى زيادة تكاليف تشغيل مركز البيانات.
لمكافحة النقاط الساخنة المحلية ، قد يطلب من العميل تثبيت مراوح أرضية بالقرب من رفوف الخادم ، أو تركيب وحدات تبريد هواء أو سائل إضافية (إذا كان هناك بالطبع مجال لتركيبها). ومع ذلك ، فإن استخدام مثل هذه الطريقة “الجذرية” ليس بالضرورة ضرورة. لكن في بعض الأحيان يتبين أنه كان يجب استبدال شيء واحد فقط: يمكن إزالة أو إضافة شبكات من الأرضية المرتفعة ويمكن حل المشكلة. ومع ذلك ، من الصعب للغاية تحديد الاختناقات بدون أدوات برمجية خاصة ومعرفة دقيقة بالتأثيرات الحرارية الهوائية. في كثير من الأحيان ، يستخدم العميل مساحة مركز البيانات بشكل غير فعال للغاية ، دون تحميل الخزانات بالكامل وتوزيع المعدات بالتساوي (إذا كان من الممكن القيام بذلك). ولكن كان من الممكن تجنب كل هذا من خلال إنشاء نموذج ديناميكي حراري CFD لمركز البيانات وإجراء حسابات التحسين وفقا لهذا النموذج.
ما هو ارتفاع الأرضية المرتفعة في مركز البيانات؟
عند تصميم مركز بيانات جديد ، يكون لدى مهندس المشروع دائما سؤال واحد: ما هو الارتفاع الذي يجب أن تكون عليه الأرضية المرتفعة في مركز البيانات؟
من الواضح أنه كلما زاد ارتفاع الأرضية المرتفعة مرتفع ، كلما كانت مقاومة تدفق الهواء أفضل ، بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تخزين شبكات مختلفة (شبكات المياه وصواني الكابلات والكابلات) ، وكذلك يمكن وضع هياكل ومعدات إضافية تحت الأرضية المرتفعة المرتفعة ، على سبيل المثال ، شبكات توزيع الطاقة أو نقاط الدمج لنظام الكابلات الهيكلية…
ومع ذلك ، مع زيادة ارتفاع الأرضية المرتفعة ، ستزداد تكلفة هيكل المبنى ، وبالمناسبة ، ستنخفض المساحة بين الأرضية المرتفعة والسقف ، مما قد يعقد إنشاء نظام مجاري الهواء لتزويد وحدات التبريد بالهواء الساخن (CRAHs). قبل بضع سنوات ، تم نشر توصية بشأن ارتفاع الأرضية المرتفعة بناء على مساحة غرفة محرك مركز البيانات.
مع حجم غرفة المحرك حتى 70 مترا مربعا ، يجب أن يكون ارتفاع الأرضية المرتفعة على الأقل 400 – 500 مم ، إذا كانت مساحة الغرفة أكبر من 100 m²، يجب أن يكون ارتفاع الأرضية المرتفعة على الأقل 500 – 700 مم, إذا كانت غرفة المحرك تفعل ذلك أكثر من 300 متر مربع ، يجب أن يكون ارتفاع الأرضية المرتفعةعلى الأقل 700 ملم. عملت هذه القاعدة الأساسية عندما لم يكن الحمل لكل رف لم يتجاوز 5 كيلو واط وأنه لم يتم استخدام تقنية عزل الهواء الساخن والبارد (الفصل بين الممر الساخن والبارد). من أجل الحصول على إجابة دقيقة على سؤال ارتفاع الأرضية المرتفعة ، يوصى بإجراء محاكاة CFD لتدفقات الهواء ، وحساب العديد من الخيارات واختيار أنسبها.
ما هي محاكاة العقود مقابل الفروقات؟
CFD هو اختصار لديناميات الموائع الحسابية
بمساعدة البرامج المتخصصة ، يقوم المستخدم بإنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد لجسم ما يفرض شروطا حدودية معينة ، ويختار النماذج التي تمثل الظواهر الفيزيائية التي تحدث في الوسائط الغازية والسائلة (نقل الحرارة ، تدفق الوسائط ، التوصيل الحراري ، الإشعاع ، الحمل الحراري ، إلخ) ، يختار طريقة الحساب ويقوم بإجراء العمليات الحسابية … على أساس نتائج الحسابات التي تم الحصول عليها ، تقييمات المستخدمينإذا لزم الأمر يغير طراز الكمبيوتر، ويقوم بإجراء العمليات الحسابية مرة أخرى. الهدف من النمذجة هو تدوين الظواهر الفيزيائية قدر الإمكان ثم إيجاد حل مناسب ومرض لمشاكل التصميم التي قد تواجهها.
تستخدم نتائج المحاكاة في اتخاذ قرارات التصميم ، لزيادة تحسين النموذج الذي تم إنشاؤه للتثبيت ، وتحديد الاختناقات في تثبيت التشغيل ، وتحسين نظام التشغيل.
استخدام محاكاة العقود مقابل الفروقات في مراكز البيانات
لسوء الحظ ، يمكن أن ترتفع درجات حرارة التشغيل تقليل وقت رد الفعل في حالة الارتفاع السريع في درجات الحرارة بسبب عطل وحدة التبريد. مركز البيانات الذي يحتوي على خوادم تعمل في درجات حرارة أعلى معرض لخطر المعاناة أعطال الأجهزة الفورية في وقت واحد. تؤكد لوائح ASHRAE الأخيرة على أهمية المراقبة الاستباقية لدرجة الحرارة البيئية داخل غرف الخوادم.مراكز البيانات هي كائنات مثالية لنمذجة الكمبيوتر ، لأن لا يمكن إنشاء نموذج أولي أو نموذج مادي لمركز بيانات. وبدون إنشاء نموذج مركز بيانات ، من المستحيل التنبؤ بدقة كافية بكيفية أداء نظام تكييف الهواء في منشأة تشغيل فعلية ، وكيف سيتصرف نظام تكييف الهواء عندما يتغير الحمل ، وكيف ستتغير درجة الحرارة في صف من رفوف الخادم ، وعلى طول ارتفاع كل رف.
عند تصميم نظام تكييف الهواء في مركز البيانات ، هناك عدد كبير من المعلمات التي يجب مراعاتها. هنا سنقدم بعضها:
- حجم وحجم الغرفة ؛
- استثمار خزائن الاتصالات السلكية واللاسلكية والرفوف في غرفة الخادم ؛
- ارتفاع الأرض مرفوع; اتجاه وحجم وسرعة حركة تيارات الهواء البارد ؛
- مكان معدات تكييف الهواء
- أنواع المراوح المستخدمة واتجاه تدفق الهواء ،
- النظر في الحواجز تدفق الهواء البارد
- نوع البلاط وهندسة المنافذ .
عند تصميم نظام تكييف الهواء دون استخدام تحليل CFD ، معظم هذه المعلمات لا يتم حسابها بشكل صحيح أو أنها كبيرة الحجم. في الواقع ، التأثير الحقيقي على توزيع درجة الحرارة والرطوبة في غرفة مركز البيانات وفقا للمعلمة المدروسة لا يمكن تقديرها بشكل موثوقبدون محاكاة حاسوبية دقيقة.
برنامج CFD لمراكز البيانات
هناك عدد كبير من البرامج في السوق التي يمكنها حل المشكلات المختلفة المتعلقة بمحاكاة تدفقات السوائل والغاز. وتشمل هذه البرامج: ANSYS ، Autodesk CFD ، Xflow ، Open Foam ، Phoenics ، Flow Vent ، STAR-CD ، FASTEST-3 ، Flow Vision ، Tile Flow ، Sigma6room ، Gas Dynamics Tool … ومع ذلك ، لا تحتوي جميع برامج محاكاة التدفق الديناميكي الحراري على وحدات جاهزة ومكتبات عناصر مدمجة ، مع مراعاة خصوصيات مراكز البيانات.
تحتوي برامج مثل Tile Flow و Sigma 6 على وحدات وبرامج ومكتبات مضمنة لمحاكاة تدفقات الهواء في مركز البيانات. بالنسبة للمهندسين الذين لم يعتادوا على العمل مع برامج نمذجة CFD ، من المنطقي التفكير في شراء هذا النوع من البرامج ، والذي يحتوي بالفعل على نماذج جاهزة للاستخدام لحساب تدفقات الهواء في مركز البيانات ، وهناك مكتبات من المعدات (على سبيل المثال ، المراوح والمضخات ووحدات تكييف الهواء). على أي حال ، ما يجعل جودة الدراسة هو مستوى خبرة المهندس المسؤول عن المحاكاة. يجب أن يتم تنفيذ هندسة CFD من قبل متخصصين.
خطوات تصميم نمذجة CFD لمركز البيانات
استرجاع فرضيات الدراسة
قبل إجراء عملية نمذجة مركز بيانات موجود ، من الضروري إجراء دراسة كاملة ودقيقة قياس الكائن: قياس سرعة تدفق الهواء ، وقياس الضغط ، وأخذ قياسات درجة الحرارة ، وتحديد قنوات تدفق الهواء ، واكتشاف العوائق والمواقع المحتملة لتسرب الهواء. وبعبارة أخرى ، فإن مهمة فحص كائن موجود في حد ذاته شاقة للغاية ولكنها مع ذلك مفيدة للغاية. لأنه في عملية جمع البيانات ، يتم تحديد الاختناقات. لحل مشكلة إنشاء نموذج لمركز بيانات جديد ، من الضروري جمع البيانات الأولية من الفضاء والتحقق من صحة الفرضيات حول التقنيات والأجهزة المستخدمة.
3D النمذجة من مركز البيانات
بعد ذلك ، يتعلق الأمر بإنشاء نموذج هندسي لمركز البيانات (أو التوأم الرقمي) والعناصر التي يتكون منها مركز البيانات. يتم إنشاء نموذج 3D لكائن باستخدام برامج CAD ثم يتم تصدير البيانات إلى وحدة محاكاة CFD.
إنشاء الشبكة
بعد ذلك ، إنها مسألة إنشاء نموذج الدقة. يتم تنفيذ هذه الخطوة في البرامج التي تستخدم وحدات برامج إنشاء الشبكات المتكاملة أو باستخدام منتجات برامج منفصلة. تعتمد الدقة والتقارب والسرعة الحسابية على الشبكة. تعتمد جودة النتائج التي تم الحصول عليها بشكل مباشر على جودة الشبكة (الدقة ، تكيف الشبكة ، إلخ). بعد مرحلة بناء الشبكة ، يجب على المستخدم التحقق من جودة الشبكة المبنية من خلال معلمات مختلفة (عدم تناسق العناصر ، نسبة العرض إلى الارتفاع).
تنفيذ شروط الحدود والمحاكاة
يتم إدخال شروط الحدود في البرنامج ويتم اختيار النماذج بناء على الافتراضات ، ثم يتم إجراء عملية حسابية ، والتي قد تتقارب أو تتباعد (أي ليس لها حل صحيح) اعتمادا على المعلمات المختلفة أعلاه.
بعد التقارب ، يمكن معالجة نتائج الحسابات بواسطة برامج خاصة وعرضها كرسم بياني أو جدول أو حتى رسوم متحركة ، مما يدل بوضوح على التغييرات في المعلمات المادية. بالنسبة لمراكز البيانات ، يتم استخدام التمثيل المرئي للبيانات المحسوبة عادة كتوزيع لدرجة الحرارة على مساحة غرفة الكمبيوتر وعلى ارتفاع رفوف الخادم.
بعد ذلك ، يقوم المهندس بتحليل النتائج المحسوبة ، وإذا لزم الأمر ، يقوم بتعديل نماذج الكائنات وإجراء العمليات الحسابية مرة أخرى.
ما هو التأثير على التصميم؟
تسمح أدوات التصميم الحديثة لمهندسي CFD بالتبادل مع مختلف المهن ، من أجل شرح الظواهر ببساطة في أصل المشاكل ثم اقتراح الحلول التي يمكن التحقق من صحتها بشكل جماعي.
تركيب
تحاكي برامج CFD تدفق السوائل والغازات ، بالإضافة إلى الظواهر الفيزيائية الأخرى المرتبطة بهذه العملية ، مثل ، على سبيل المثال ، نقل الحرارة. توفر النمذجة الديناميكية الحرارية فرصا كبيرة لتحليل تدفقات السوائل والغازات ، مما يجعل من الممكن تصميم أنظمة أو معدات جديدة على مستوى احترافي عال أو لتحسين تشغيل الأنظمة الحالية.
بدون استخدام نمذجة CFD ، من المستحيل الحصول على إجابات دقيقة لأسئلة أساسية مثل توزيع درجات الحرارة والرطوبة على طول الممرات الباردة وارتفاع غرفة حامل الخادم ، بناء على:
- حمل حراري؛
- حيث يتم تركيب وحدات تكييف الهواء ؛
- درجة حرارة المبردات والمبردات.
- ارتفاع الأرض المرتفعة
- توزيع جداول البث ؛
- نوع المراوح والمعلمات الأخرى.
