وحدات تكييف مركز البيانات (Data Center Cooling): الدليل الشامل 2025
تعتبر وحدات تكييف مركز البيانات (Data Center Cooling) خط الدفاع الأول لحماية البيانات القيمة من الانهيار الحراري. تختلف هذه الوحدات جذرياً عن التكييف المنزلي (Comfort Cooling) حيث تتطلب دقة عالية في التحكم بالحرارة والرطوبة (Precision Cooling) وتعمل على مدار 24 ساعة. في هذا المقال، نستعرض الفرق بين وحدات CRAC و CRAH، وكيفية تصميم الممرات الباردة والساخنة لتقليل استهلاك الطاقة.
مقارنة: التكييف الدقيق (Precision) مقابل التكييف العادي (Comfort)
يوضح الرسم الفروقات في نسبة الحرارة المحسوسة (Sensible Heat Ratio) وساعات التشغيل.
أنواع وحدات تكييف مراكز البيانات
تنقسم أنظمة تبريد الداتا سنتر بشكل رئيسي إلى نوعين بناءً على وسيط التبريد المستخدم:
1. وحدات CRAC (Computer Room Air Conditioner)
تعمل مثل التكييف المباشر (DX) حيث تحتوي الوحدة على ضاغط (Compressor) وتستخدم غاز الفريون للتبريد. مناسبة لمراكز البيانات الصغيرة والمتوسطة (أقل من 200kW). راجع مقال أنظمة VRF كبديل حديث لغرف الخوادم الصغيرة.
2. وحدات CRAH (Computer Room Air Handler)
تعتمد على الماء المبرد (Chilled Water) القادم من الشيلرات الصناعية. لا تحتوي على ضاغط داخلي، بل مروحة وملفات تبريد وصمامات تحكم. تُستخدم في مراكز البيانات العملاقة (Hyperscale) لكفاءتها العالية.
استراتيجيات إدارة تدفق الهواء
- الممرات الباردة والساخنة (Hot/Cold Aisle): ترتيب الخزائن (Racks) بحيث تواجه واجهاتها بعضها البعض (ممر بارد) وتواجه خلفياتها بعضها البعض (ممر ساخن).
- العزل (Containment): إغلاق الممرات الباردة أو الساخنة بأبواب وأسقف لمنع اختلاط الهواء، مما يرفع الكفاءة بنسبة تصل إلى 30%.
- التبريد داخل الصف (In-Row Cooling): وضع وحدات التكييف بين خزان الخوادم مباشرة لتقليل مسافة نقل الهواء.
التبريد السائل (Liquid Cooling): مستقبل الذكاء الاصطناعي
مع تزايد كثافة السيرفرات المستخدمة في تطبيقات الذكاء الاصطناعي (AI HPC) وتعدين العملات الرقمية، أصبح التبريد بالهواء غير كافٍ. هنا يبرز دور التبريد السائل:
- التبريد المباشر للمعالج (Direct-to-Chip): أنابيب دقيقة تنقل سائلاً عازلاً فوق المعالج مباشرة لامتصاص الحرارة بكفاءة تفوق الهواء بـ 3000 مرة.
- التبريد بالغمر (Immersion Cooling): غمر السيرفرات بالكامل في حوض مملوء بسائل عازل كهربائياً (Dielectric Fluid). هذه التقنية تلغي الحاجة للمراوح تماماً وتقلل الضجيج واستهلاك الطاقة بنسبة تصل إلى 95%.
التبريد المجاني (Free Cooling)
يعتمد على استخدام الهواء الخارجي البارد (في الشتاء أو المناطق الباردة) لتبريد المياه أو
الهواء الداخلي دون تشغيل الضواغط المستهلكة للطاقة.
كيف يعمل؟ عندما تنخفض درجة الحرارة الخارجية عن 15°C، يقوم النظام بفتح
بوابات الاقتصاد (Economizers) وتجاوز وعمل تشيلرز، مما يوفر مبالغ طائلة في فاتورة الكهرباء.
توزيع استهلاك الطاقة في مركز بيانات نموذجي
تحسين كفاءة التبريد هو المفتاح لخفض مؤشر PUE (Power Usage Effectiveness).
مؤشر كفاءة استخدام الطاقة (PUE)
يُقاس أداء مركز البيانات بمؤشر PUE = (إجمالي الطاقة للمرفق / طاقة معدات الـ بفضل وحدات CRAH المتطورة وأنظمة تبريد المناطق تصل إلى 1.2 أو أقل.
مستويات الاعتمادية (Redundancy Tiers)
لا يمكن لمركز البيانات أن يتوقف بسبب عطل في التكييف. لذلك نستخدم مفاهيم الاحتياطي:
| المستوى (Tier) | الوصف (Redundancy) | التوقف السنوي المسموح |
|---|---|---|
| Tier I | مسار واحد (N) - لا احتياطي | 28.8 ساعة |
| Tier II | احتياطي جزئي (N+1) | 22 ساعة |
| Tier III | صيانة متزامنة (N+1) | 1.6 ساعة |
| Tier IV | تحمل الأخطاء (2N+1) - نظامين كاملين | 26 دقيقة |
أسئلة شائعة عن تبريد الداتا سنتر
ما هي درجة الحرارة المثالية لمركز البيانات؟
وفقاً لمعايير ASHRAE، النطاق الموصى به هو بين 18°C و 27°C، ولكن الاتجاه الحديث يميل لرفع درجة الحرارة لتقليل استهلاك التبريد.
هل أحتاج إلى أرضية مرتفعة (Raised Floor)؟
ليس بالضرورة. الأنظمة الحديثة مثل In-Row والتبريد العلوي جعلت السقف المستعار أو التبريد المباشر بدائل فعالة للأرضيات المرتفعة.