التحكم الدقيق في درجة الحرارة والرطوبة في نظام تكييف مراكز البيانات أمر بالغ الأهمية. يمكن للخوادم عالية الأداء أن تولد حرارة تزيد عن 30 كيلوواط لكل رف. إذا لم يتم التخلص من هذه الحرارة بشكل صحيح، فإن عمر المعدات سينخفض، ويزداد خطر الأعطال المكلفة، وسيرتفع مؤشر كفاءة استهلاك الطاقة (PUE) فوق الحد المثالي. وفقًا لمعايير ASHRAE، تتراوح درجة الحرارة المثالية بين 18 و27 درجة مئوية، والرطوبة النسبية بين 40 و60٪، وللوصول إلى هذه النطاقات، من الضروري اختيار نظام تبريد مناسب.

نظام تكييف غرفة الحاسوب (CRAC)

أحد أكثر الحلول استخدامًا لأنظمة تكييف مراكز البيانات هو وحدة تكييف غرفة الحاسوب أو CRAC. تقوم هذه الأجهزة باستخدام دورة التبريد بالتوسع المباشر أو ملفات المياه الباردة لامتصاص الهواء الساخن من الغرفة، وبعد المرور عبر المبادلات الحرارية، تعيد الهواء البارد إلى القاعة.

يمكن توجيه تدفق الهواء بعدة طرق:

• طريقة Down-Flow: يوزع الهواء البارد من الأرضية المرفوعة إلى الأعلى، وهي النمط الأكثر شيوعًا.
• طريقة Up-Flow: يدخل الهواء البارد من أعلى الجهاز ويتم جمع الهواء الساخن من الأسفل، وتُستخدم في الأماكن التي لا تحتوي على أرضية مرفوعة.
• نموذج Cool-Top: تُركب وحدة التبريد أعلى الرف لتسريع التخلص من الحرارة المتجمعة في السقف.

تُعتبر هذه الأنظمة خيارًا موثوقًا لمراكز البيانات الصغيرة والمتوسطة بسبب دقتها العالية في التحكم في درجة الحرارة والرطوبة وسهولة التوسع، رغم أنها قد تستهلك طاقة أكثر في البيئات عالية الكثافة.

نظام إدارة هواء غرفة الحاسوب (CRAH)

على نطاق أوسع، توفر وحدات إدارة هواء غرفة الحاسوب أو CRAH كفاءة أعلى. تمرر هذه الأجهزة الهواء الساخن من القاعة فوق ملفات المياه الباردة المرتبطة بمبرد مركزي، ثم تُعاد المياه الساخنة إلى المبرد لتبرد مجددًا.

يتميز CRAH بكفاءة طاقة أعلى مقارنة بـ CRAC، وهو مناسب جدًا لمراكز البيانات المؤسسية والمنشآت التي تزيد قوتها عن ميغاواط واحد، رغم ارتفاع تكلفة التركيب واحتياجها لبنية تحتية لمبردات مركزية.

الفرق الرئيسي بين CRAC و CRAH يكمن في مصدر التبريد والكفاءة العامة. عادةً ما يستخدم CRAC دورة تبريد مباشرة أو دائرة مياه باردة مستقلة، ويتميز بسهولة التركيب والصيانة بفضل تصميمه المتكامل.

أما CRAH فيعتمد على نظام مبرد مركزي، مما يتيح إدارة مركزية وكفاءة طاقة أعلى. لذلك، لمراكز البيانات الصغيرة والمتوسطة التي يكون المرونة والتكلفة الأولية مهمة فيها، يعد CRAC خيارًا مناسبًا، بينما لمراكز البيانات الكبيرة وعالية الكثافة التي يكون تقليل استهلاك الطاقة أولوية، يكون CRAH الخيار الأفضل.

التبريد داخل الصف (In-Room Cooling)

بالإضافة إلى هاتين التقنيتين، تُستخدم طريقة التبريد داخل الصف في بعض مشاريع تكييف مراكز البيانات. في هذا الأسلوب، تُركب وحدات التكييف، سواء من نوع CRAC أو CRAH، داخل القاعة مباشرة، وتقوم بتبريد الهواء دون استخدام الأرضية المرفوعة. هذه الطريقة مناسبة للمساحات المجددة أو مراكز البيانات الصغيرة التي يكون فيها توجيه تدفق الهواء محدودًا.

التبريد بين الصفوف (In-Row Cooling)

للرفوف ذات الكثافة العالية جدًا، يوفر التبريد بين الصفوف حلاً مركّزًا. تُوضع الوحدات المدمجة بين صفوف الخوادم، وتمتص الهواء الساخن من الرفوف المجاورة مباشرة، وبعد التبريد، تعيده إلى مدخل الرفوف.

يقرب مصدر التبريد من مصدر الحرارة، مما يقلل من فقدان الهواء ويوفر الطاقة بشكل كبير، كما يمنع تكوين نقاط ساخنة، ولهذا السبب يحظى بشعبية في أحمال العمل الثقيلة مثل معالجة الذكاء الاصطناعي.

نظام التبريد السائل

أخيرًا، يُعتبر التبريد السائل أحدث تقنيات تكييف مراكز البيانات. بدلاً من الهواء، يستخدم هذا النظام السوائل لنقل الحرارة، ويمكن تطبيقه مباشرة على الشرائح من خلال ألواح تبريد، أو بالغمر الكامل للخوادم في سائل عازل كهربائي، وأيضًا عبر مبادلات حرارية خلفية للرفوف.

يمكن لأنظمة التبريد السائلة إدارة رفوف تزيد قدرتها عن 100 كيلوواط بطاقة أقل بكثير مقارنة بالأنظمة الهوائية، وتقليل مؤشر PUE إلى حوالي 1.03.

أي تقنية هي الأنسب؟

يعتمد الاختيار بين هذه التقنيات على حجم وكثافة القدرة لمركز البيانات، والقيود المكانية، والميزانية، وأهداف الاستدامة. عادةً ما تستخدم مراكز البيانات الصغيرة والمتوسطة CRAC بأنماط Down-Flow و Up-Flow أو Cool-Top، أو ترتيب In-Room.

أما المراكز الكبيرة المؤسسية، فتتجه نحو CRAH وبنية تحتية لمبرد مركزي، وللرفوف عالية الكثافة أو المعالجة الثقيلة، يوفر التبريد بين الصفوف أو الأنظمة السائلة أداءً لا مثيل له. في العديد من المراكز المتقدمة، يحقق الدمج الذكي بين أكثر من طريقة التوازن الأمثل بين استهلاك الطاقة، والموثوقية، والتكلفة.