دیتاسنترها ستون فقرات دنیای دیجیتالی هستند که روز به روز در مقابل چشمان ما گسترانده میشود؛ و این ستون فقرات، با چالشی بسیار سهمگین روبروست.
رشد نمایی هوش مصنوعی، رایانش ابری و خدمات دیجیتال گرمای تولیدی در دیتاسنتر را از حد گذرانده و مطابق پیشبینی آژانس بینالمللی انرژی IEA تا سال ۲۰۳۰ مصرف انرژی این واحدها به ۱۰۰۰ تراوات ساعت، ۲ برابر وضعیت کنونی، خواهد رسید. راهحلی که یکی یکی دیتاسنترها متوجه آن شده و به سراغش میروند جای دوری نیست: کمپرسور اویل فری
نقاط ضعف خنککاری کنونی دیتاسنترها چیست؟
تا ۳۸ درصد انرژی مصرفی در دیتاسنترها مصروف سیستمهای کولر آن میشود. بکارگیری چیلرهای سنتی که از کمپرسور روغنی بهره میبرند هزینهای پنهان دارد: روغن کمپرسور!
دانفوس غول دانمارکی صنعت تبرید و کمپرسور مغناطیسی
آیا چین جا مانده است؟ چین دیگر یک دنبالهرو نیست و استراتژی همگامی را به کار میگیرد. در حال حاضر ۷۰ درصد بازار بلبرینگهای مغناطیسی در اختیار دانفوس دانمارک است اما این شرکت چین را به عنوان پایگاه دوم خود برگزیده است. فاز دوم کارخانه هایان چین در تابستان گذشته فعال شده و سالانه ۱۰ هزار کمپرسور بلبرینگ مغناطیسی تولید میکند.
روغنی که برای روانکاری کمپرسورها استفاده میشود نیازمند نگهداری، فیلتراسیون و در نهایت امحاست. برای واحدهایی به این عظمت چنین حجمی از روغن کمپرسور هزینههای عملیاتی همیشگی و نگرانیهای زیستمحیطی دارد. همچنین روغن کمپرسور در سیستمهای عظیمی چون دیتاسنترها مشکلی دیگر هم دارد و در لولهکشیهای طولانی، انشعابات گسترده و سیستمهای پیچیدهای که با چندین ترمینال کار میکند روغن گیر کرده و به موقع یا کامل بازنمیگردد.
عدم بازگشت روغن کمپرسور به آن سایش و اصطکاک را افزایش داده، عمر تجهیزات را کاسته و به طور عمومی بازدهی و بهرهوری کمپرسور را تخریب میکند که ما به ازای آن افزایش مصرف انرژی خواهد بود. مطابق یکی از مطالعاتی که اخیرا انجام شده تنها تجمیع روغن کمپرسور در اواپراتور میتواند ضریب عملکرد سیستم، COP، را تا ۵ درصد کاهش دهد.
انقلاب کمپرسور اویل فری
یاتاقان مغناطیسی نوعی یاتاقان است که بار را به کمک شناوری مغناطیسی تحمل میکند. یاتاقان مغناطیسی در مقایسه با یاتاقانهای سنتی و مکانیکی بیشترین میزان سرعت را پشتیبانی میکنند و در واقع محدودیتی از لحاظ سرعت حرکت ندارند. بلبرینگ غلط مصطلحی است که ما در محاوره به جای بیرینگ یا یاتاقان به کار میبریم، وگرنه بلبرینگ خود نوعی خاص از بیرینگ مکانیکی است.
اگر قرار نیست روغن کمپرسور بازگردد و آسیبهای غیبت روغن را تجربه میکنیم، پس با واقعیت روبرو نشده و کمپرسور بدون روغن نخریم؟ این منطق مالکان و کارفرمایان دیتاستنرهاست که در یک سال گذشته هرچه بیشتر مشاهده شده است.
کمپرسور بدون روغن چیست؟
هوا یا گاز فشرده پایهی بسیاری از فرآیندهای صنعتی است. گازهای فشرده در کمپرسورهای تبریدی و هوای فشرده در کمپرسورهایی که تجهیزات بادی را راه میاندازد کاربرد دارد. در صنایع غذایی، الکترونیک و دارویی حضور کوچکترین ذرهی روغن مخرب است و صنایع پالایش و پتروشیمی نیز به سراغ حجم هوای زیاد منهای آلودگیها میروند که خوراک آنها کمپرسور سانتریفیوژ یا گریز از مرکز است.
کار ما کمپرسور اسکرو است. کمپرسور اسکرو و اویل فری
کمپرسورهای مختلفی هستند که هوای فشردهی بدون روغن تحویل میدهند. برای مثال کمپرسور دیافراگمی و اغلب کمپرسورهای دینامیکی همچون کمپرسور سانتریفیوژ به ذات هوای فشردهی بدون روغن تولید میکنند و نیازی به دستکاری آنها نیست. اما کمپرسور اسکرو به قدری محبوب است و هوای تولیدی آن رگ خواب صنعت را نوازش میکند که با دشواریهای بسیار زیاد، آن را آمادهی خدمت به صنایع حساس میکنند. کمپرسور اسکرو هوای محیط را به درون مکیده، میان روتورهای در همتنیدهی خود فشرده ساخته و از دریچهی تخلیه بیرون میدهد. موتور برقی یا موتور دیزلی دو شکل اصلی نیروی محرکهی کمپرسورهای اسکرو بوده و اولی مناسب کارخانجات و دومی مناسب سایتهای کارگاهی سیار است.
فناوری کمپرسور منهای روغن تمام نگرانیهای کنونی دیتاسنتر را حذف میکند. این کمپرسورهای پیشرفته و مدرن به جای بکارگیری روغن برای روانکاری و آببندی از بلبرینگهای مغناطیسی یا یاتاقانهای هوایی استفاده میشود. در یاتاقان هوایی از لایهای نازک از هوای فشرده برای تحمل بار موجود استفاده شده و یاتاقان بر روی جریانی از هوا شناور است. یاتاقان هوایی به یاتاقان فیلم سیال نیز مشهور است.
در کمپرسورهای مدرن شافت کمپرسور بدون اصطکاک و به شکلی شناور کار میکند، مزایای چنین تغییراتی برای دیتاسنترها چیست؟
۱. بازدهی انرژی بهتر
کمپرسور سانتریفیوژ یا گریز از مرکز و کمپرسورهای محوری ذاتا بدون روغن کار میکنند. برخلاف کمپرسور اسکرو.
کمپرسور اویل فری گرانتر است. برای مثال قیمت یک عدد کمپرسور اسکرو اویل فری از مشابه روغنی آن ۴ تا ۶ برابر گرانتر است. همین امروز و در بازار تهران یک عدد کمپرسور کارکردهی ۳۰ کیلووات مجهز به درایو سرعت متغیر و خشککن یکپارچه ماکسیمم ۱/۵ میلیارد تومان (مرداد ۱۴۰۵) قیمت میخورد، در حالی که کمپرسور اسکرو اویل فری ۲۲ کیلووات کارکرده با سلامتی مشابه کمتر از ۴ میلیارد تومان نخواهد بود. اما به ازای هزینهی اولیهی بیشتر، مزایایی به ارمغان میآید که این مزایا برای دیتاسنترها هم وجود دارد.
بهبود بازدهی در کمپرسورهای بدون روغن قابل توجه است. برای دیتاسنترها ما به سراغ کمپرسورهای اویل فری از خانوادهی روتاری اسکرو نرفته و یک راست روانهی کمپرسورهای دینامیکی گریز از مرکز یا سانتریفیوژ میشویم. این کمپرسورها به شارش حجمی یا دبی خروجی بسیار بالا شناخته میشود و برای مصارفی مناسب است که چندان به فشار کاری حساس نبوده و البته کارفرمایی ثروتمند دارند.
برای مثال نمونهای از کمپرسور گریز از مرکز کوپلند با همکاری موسسه تحقیقاتی ساوتوست توسعه یافته که جایزهی معتبر تحقیق و توسعهی سال ۲۰۲۵ یعنی R&D100 را نیز از آن خود کرده است. این محصول نوآورانه در ظرفیت کامل کمپرسور ۱۰درصد افزایش بهرهوری در سیستمهای هواخنک را نمایش داده است.
انواع کمپرسور چیلر، مزایا و معایب
شاید بگویید اینها مزایای آزمایشگاهی سیستمهای جدید هستند و در شرایط عملیاتی واقعی چندان رخی نخواهد داشت. جالب است که مزایا در شرایط واقعی از این هم فراتر رفته است: چیلر ساخت کمپانی Trane که با تکنولوژی بلبرینگهای مغناطیسی همراه شده مخصوص دیتاسنترهای مناطق آسیا و اقیانوسیه طراحی و عرضه شده است. این چیلر ۱۰ تا ۲۰ درصد بهبود را در ظرفیت جزئی یکپارچه نسبت به چیلرهای اسکرو و فرکانس متغیر قدیمی نشان داده است. شرکت اشنایدر الکتریک نیز در گزارشی اخیرا مدعی شده بود که کمپرسورهای سانتریفیوژ بلبرینگ مغناطیسی، که ذاتا بدون روغن هستند، میتواند تا ۲۵ درصد بازدهی بهتر داشته باشد. در نهایت این مثالها به طور واقعی وارد کار شده اند: شرکت ترمالوورکس در همکاری با شرکت مشهور دانفوس کمپرسورهای بدون روغن توربوکور را در چندین دیتاسنتر خود مستقر کرده و ۲۰ تا ۳۰ درصد کاهش مصرف انرژی را در مقایسه با چیلرهای سنتی با میانگین PUE ۱/۱۵ گزارش کرده است.
فناوری بلبرینگ مغناطیسی در کمپرسور گریز از مرکز با شناور کردن روتور کمپرسور در هوا عملا اصطکاک مکانیکی را از میان برداشته است. این تکنولوژی به تنهایی IPLV چیلر را ۴۲ درصد و مصرف برق الکتروموتور آن را ۳۰ درصد کاهش میدهد.
۲. کمپرسور اویل فری هزینه نگهداری پایینتری دارد.
چیلر با کمپرسور یا چیلر بدون کمپرسور؟
کمپرسورهای بدون روغن هزینههای مرتبط با نگهداری روغن را حذف کرده و بدون نیاز به تعویض دورهای روغن و قطعات مصرفی همراه همچون فیلترها سالیانه ۱۰ ها هزاردلار برای این شرکتها صرفهجویی دارد. نکتهی دیگر که در کار ما و در کمپرسورهای اسکرو اویل فری نیز کارخانجات ایران مشاهده کردهاند، بازگشت سریعتر کمپرسور به مدار پس از قطع موقت برق است.
دیتاسنترها به آپتایم خود نیاز دارند و کمپرسور اویل فری در این زمینه ضریب اطمینان بهتری دارد. به هنگام قطعی برق یک عدد کمپرسور اویل فری ظرفیت عملیاتی کامل خود را ظرف کمتر از ۳ دقیقه بازمیگرداند. چنین مزیتی برای مراکز هوش مصنوعی و مجهز به GPU بسیار ارزشمند محسوب میشود.
۳. در ایران اهمیت نمیدهیم ولی پایداری زیستی و تطابق با استانداردهای آن
ریسکهای زیست محیطی دفع روغن کمپرسور و نشت مواد آلاینده در کمپرسور اویل فری کاهش یافته و بسیاری از این سیستمها با مبردهای GWP (مُبرِّدهایی که منجر به گرمایش زمین نمیشود) کار میکنند. در مثالهایی که گفته شد چیلر HSAG کمپانی Trane از مبرد R1234ze با GWP کوچکتر از ۱ کار میکند. چنین امتیازی برای کشورهای بسیار سختگیری همچون ژاپن امکان رعایت استانداردهای سختگیرانهی گازهای فلورینه را فراهم میاورد.
در سالهای اخیر و با ظهور هوش مصنوعی سیستمهای کولر دیتاسنترها به مرزهای توانایی خود رسیده و نیازمند ابداعاتی همچون بکارگیری کمپرسور اویل فری در این حوزهها هستیم.
