Containment ใน Data Center และรูปแบบการระบายความร้อน

บทความนี้จะกล่าวถึงรูปแบบการระบายความร้อนหลัก 3 รูปแบบที่นิยมใช้ใน Data Center ปัจจุบัน รวมถึงอีก 7 รูปแบบเพิ่มเติมที่สามารถนำมาประยุกต์ใช้​เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการจัดการความร้อนในห้อง Server หรือใช้เป็นข้อมูลในการเลือกเช่าบริการ Data Center ที่เหมาะสม

ทำความเข้าใจเกี่ยวกับ Data Center

Data Center ในประเทศไทยส่วนใหญ่มักตั้งอยู่ในอาคารที่ได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษ โดยมีระบบป้องกันอัคคีภัย โครงสร้างที่แข็งแรงปลอดภัยจากภัยพิบัติ ระบบไฟฟ้าและปรับอากาศที่มีประสิทธิภาพสูง หรือบางผู้ให้บริการก็สร้าง Data Center โดยเฉพาะในบริเวณรอบนอกเมือง ซึ่งสถานที่เหล่านี้ต้องผ่านมาตรฐานระดับสากลต่างๆ เช่น ISO 20000-1, ISO 27001, ISO 22301, ISO 50001, CSA STAR Cloud Security และ PCI DSS

นอกเหนือจากมาตรฐานเหล่านี้ ยังมีปัจจัยสำคัญอื่นๆ ที่ควรพิจารณาในการเลือกใช้บริการ Data Center ไม่ว่าจะเป็นระยะห่างของอาคาร สภาพแวดล้อมโดยรอบ ความปลอดภัยจากเหตุการณ์ต่างๆ (เช่น การชุมนุมประท้วง หรือภัยจากอาวุธ) ขั้นตอนการรักษาความปลอดภัยในการเข้าเยี่ยมชม และที่สำคัญคือคุณภาพของการบริการลูกค้า ซึ่งปัจจัยเหล่านี้เป็นพื้นฐานสำคัญที่ทั้งผู้ให้บริการและบริษัทที่ต้องการฝากวาง Server ควรนำมาพิจารณาควบคู่กันไป

Aisle Containment Systems for Data Centers?

Difference between hot aisle and cold aisle containment

ตู้รับความเย็นจากทางเดินด้านนอก (Hot)

ตู้รับความเย็นจากทางเดินด้านใน (Cold)

Hot Aisle Containmentทำงานอย่างไร?

หลักการทำงานของระบบ Hot Aisle Containment คือการจัดการและควบคุมการระบายความร้อนที่เกิดขึ้นจากอุปกรณ์ไอทีภายใน Data Center อย่างมีประสิทธิภาพ โดยจะทำการปิดล้อมทางเดินด้านหลังของตู้ Server (Hot Aisle) เพื่อกักเก็บอากาศร้อนที่ถูกปล่อยออกมา

จากภาพ จะเห็นว่าการติดตั้งระบบ Hot Aisle จำเป็นต้องมีการออกแบบโครงสร้างพื้นฐานของ Data Center ที่รองรับการระบายความร้อนออกสู่ภายนอกอาคารผ่านทางด้านบน ซึ่งโดยทั่วไปแล้วจะต้องมีการติดตั้งพัดลมดูดอากาศร้อนและระบบท่อเพื่อนำความร้อนไปยังภายนอกอาคาร โดยต้องคำนึงถึงทิศทางการไหลเวียนของอากาศใหม่ที่ถูกเติมเข้าไปใน Data Center เพื่อไม่ให้เกิดการปะปนกับอากาศร้อนที่ระบายออกไป ทำให้การทำความเย็นยังคงมีประสิทธิภาพสูงสุด

เนื่องจาก Data Center ในประเทศไทยส่วนใหญ่มักไม่ได้ถูกออกแบบมาเพื่อรองรับระบบ Hot Aisle ตั้งแต่แรกเริ่ม การลงทุนในการติดตั้งระบบ Hot Aisle ใหม่จึงมีค่าใช้จ่ายที่สูงกว่าการติดตั้งระบบ Cold Aisle Containment ซึ่งเป็นการปิดล้อมทางเดินด้านหน้าของตู้ Server (Cold Aisle) เพื่อควบคุมอากาศเย็น

ภาพ Hot Aisle Containment ทั่วไป

หลักการนำความเย็น

• ติดตั้งตู้ Containment ปิดปล่องด้านบนให้เข้ากับจุดดูดลมร้อน หรือ ฝ้าเพดานและเปิดรูลมร้อนลงตรงตู้เป่าลมเย็น
• ปล่อยความเย็นจากด้านบน หรือ พื้นที่ยกแล้ว
• วาง Server หันออกมาด้านนอก Containment
• ภายในตู้ Containment จะมีความร้อนประมาณ 30-40 องศา
• อุณหภูมิใช้งานปัจจุบันอนุญาตให้คุมที่ 25 องศาขั้นต่ำ
• สามารถเปิดตู้ทำงานจากด้านนอกได้ โดยอย่าไปนั่งตรงแผ่นที่แอร์พุ่งออกมา
• ทางเดินรอบนอก Data Center จะมีความเย็นกว่า Cold Aisle
• เหมาะกับ Data Center เมืองหนาว โดยบางที่จะเป็นการดูดลมเย็นจากอากาศด้านนอก Data Center ผ่านตัวกรองฝุ่นเข้ามาใน Data Center เลย ซึ่งวิธีนี้จะทำให้ Data Center ดังกล่าวไม่ต้องเปิดแอร์เลย อาศัยอากาศเย็นจากธรรมชาติมาใช้งานให้เป็นประโยชน์

ภาพ Hot Aisle Containment ลงทุนสูง

Note:ในการใช้งานทั่วไปที่ไม่ได้อาศัยอากาศจากธรรมชาติ เรื่องความประหยัดระหว่าง Hot & Cold ยังไม่มีผลยืนยันที่ชัดเจน เพราะแต่ละแบบก็ล้วนรักษาอุณหภูมิให้กับ Server โดยลมเย็นจะถูกดูดไปใช้ตลอดเวลาอยู่แล้ว แต่ก็จะประหยัดกว่าการไม่มีตู้ Containment อย่างแน่นอน เนื่องจากถ้าไม่มีตู้กักอุณหภูมิ อุณหภูมิก็จะกระจายไปทั่วซึ่งจะทำให้แอร์ทำงานต่อเนื่องเมื่ออุณหภูมิห้องเท่ากัน Sensor ถึงจะตัดการทำงาน แต่ถ้ามี Containment ก็จะมีจุดปล่อยลมเย็นที่ชัดเจนควบคุมได้ว่าให้ปล่อยแอร์เฉพาะบริเวณนี้นะ Sensor ก็จะถูกติดตั้งตาม Containment แอร์ก็จะทำงานน้อยลงอย่างเห็นได้ชัด

Cold Aisle Containmentทำงานอย่างไร? 

โดยหลักการของ Cold ก็คือทางเดินภายนอกตู้จะร้อนประมาณ 30-40 องศา (กรณีมี Server ใช้บริการเต็ม) แต่ทั่วไปก็จะอยู่ที่ 27-29 องศาเนื่องจากอากาศมันผสมกัน มันมีรูพรุนต่างๆ ที่อากาศเย็นนั้นทะลุออกมา โดย Cold Containment เป็นวิธีที่คุ้มค่าในการลงทุนกับ Data Center ใดๆ ก็ได้ เนื่องจากเป็นเพียงการประกอบ Containment และจะเปิดจุดพื้นเพื่อให้แอร์ออกเฉพาะจากด้านในตู้ โดยทั่วไปหลักการนี้คาดกันว่ากินไฟกว่าแบบ Hot เนื่องจากอากาศภายนอก Containment นั้นอุ่นตลอดเวลาทำให้แอร์ทำงานหนักต้องแปลงอากาศร้อนเป็นเย็นส่งไปใต้พื้น โดยอัตราการรั่วไหลของแอร์จากตามรูแนวแผ่นพื้นต่างๆ ไหลออกมาตลอดแต่ก็น้อยมาก ฉนั้น Hot Aisle แบบทั่วไป จึงใช้แนวคิดที่ว่าให้อุณหภูมิห้องเย็นแอร์จะได้ไม่ดูดลมร้อนเข้าไป

ภาพ Cold Aisle Containment ทั่วไป

หลักการนำความเย็น

• ติดตั้งตู้ Containment ปิดด้านบน ประตูเข้าออกทุกบาน
• หัน Server เข้าด้านในตู้ Containment
• เปิดแผ่นพื้นให้แอร์ออกเฉพาะในตู้ Containment
• การทำงานจะยุ่งยากกว่า Hot Aisle Containment เนื่องจากต้องเข้าไปในตู้ มันหนาวมาก
• สามารถเปิดหลังตู้ทำงานได้เช่นกันไม่หนาว แต่อาจสับสน Server หรือ เรื่องการเปิด - ปิด
• โดยทั่วไปประเทศไทยจะใช้รูปแบบ Cold Aisle ในการให้บริการ

 

Air Flow

รูปแบบการจัดการ Air Flow อีกวิธีที่นิยมใช้ในประเทศไทยคือ การทำความเย็นทั่วทั้งห้อง (Room Cooling) โดยไม่จำเป็นต้องมี Containment ใดๆ ซึ่งโดยทั่วไปจะควบคุมอุณหภูมิห้องที่ประมาณ 25 องศาเซลเซียส เนื่องจากเป็นช่วงอุณหภูมิที่เซิร์ฟเวอร์สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ผู้ให้บริการหลายรายเลือกใช้วิธีนี้ อาจเป็นเพราะการออกแบบระบบระบายอากาศของอาคารที่ดีอยู่แล้ว หรือมีข้อจำกัดด้านงบประมาณในการลงทุน แนวคิดหลักคือการมอง Data Center ทั้งหมดเป็นเหมือน Containment ขนาดใหญ่ เน้นการป้องกันไม่ให้อากาศเย็นไหลออกจากห้อง Data Center

สำหรับหลักการทำงาน ลมเย็นจะถูกเป่าขึ้นมาจากพื้น และเมื่อเซิร์ฟเวอร์ดูดลมเย็นนี้เข้าไปเพื่อระบายความร้อน อากาศที่ระบายออกมาทางด้านหลังของ Rack Server จะกลายเป็นลมร้อน ซึ่งลมร้อนนี้จะผสมผสานกับอากาศเย็นภายในห้องโดยรวม

ภาพ Data Center Air Flow ทั่วไป

ซึ่งจริงๆ แล้วยังมีวิธีการเก็บความเย็นอีกหลายแบบที่นำมาใช้กับ Data Center ของแต่ละพื้นตามความเหมาะสม เช่น

1. Chimney Systems 

ภาพ Chimney Systems

ระบบระบายความร้อนแบบ Chimney เป็นรูปแบบที่ไม่จำเป็นต้องใช้ตู้ Containment ทั้งร้อนและเย็น แต่จะใช้วิธีการต่อท่อระบายความร้อนจากด้านหลังของแต่ละตู้เซิร์ฟเวอร์ขึ้นไปยังเพดานของ Data Center โดยตรง วิธีนี้ติดตั้งง่ายและสามารถนำไปใช้กับ Data Center ที่มีอยู่เดิมได้หลากหลายแห่ง ทำให้สามารถแยกกระแสลมร้อนออกจากพื้นที่ส่วนกลางของ Data Center ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในส่วนของระบบปรับอากาศก็จะมีการติดตั้งท่อเพื่อระบายความร้อนออกไปภายนอกห้องเช่นกัน

2. Curtain Systems

ภาพ Curtain Systems

Curtain Systems หรือระบบผ้าม่าน ถูกนำมาใช้เพื่อป้องกันการรั่วไหลของความเย็นออกจากพื้นที่ โดยทั่วไปแล้วมักพบการใช้งานในห้อง Server ขนาดเล็กถึงปานกลาง เช่น ในมหาวิทยาลัย หรือธุรกิจขนาดใหญ่ ซึ่งแตกต่างจาก Data Center ขนาดใหญ่ในประเทศไทย ที่ยังไม่พบการนำระบบผ้าม่านมาใช้งาน

3. Hard Panel Systems 

ภาพ Hard Panel Systems

Hard Panel Systems เป็นระบบจัดการอากาศเย็นใน Data Center ที่มีลักษณะคล้ายกับ Hot Aisle Containment แต่มีความหรูหราและประสิทธิภาพในการป้องกันการรั่วไหลของอากาศที่ดียิ่งขึ้น เนื่องจากโครงสร้างทำจาก Aluminum Frame แบบสำเร็จรูป ทำให้สามารถลดการสูญเสียความเย็นได้อย่างมีประสิทธิภาพมากกว่าระบบ Containment ทั่วไป

อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดของ Hard Panel Systems คือไม่สามารถปรับขยายขนาดได้ในภายหลัง จึงเหมาะสำหรับ Data Center ใหม่ที่ได้รับการออกแบบและจัดสรรพื้นที่อย่างคงที่ โดยไม่มีแผนการเปลี่ยนแปลงหรือขยายแถวอุปกรณ์ หรือปรับเปลี่ยนรูปแบบการจัดวางที่เกินกว่าขนาดที่ได้สั่งทำไว้

4. Modular Systems

ภาพ Modular Systems

ระบบ Modular ส่วนใหญ่มักถูกนำมาใช้ในงานแสดงนิทรรศการ เช่น ที่ไบเทค อิมแพค หรือศูนย์ประชุมแห่งชาติสิริกิติ์ ซึ่งแตกต่างจาก Data Center ในประเทศไทยที่เราไม่ค่อยพบเห็นระบบประเภทนี้มากนัก จุดเด่นของผู้ที่เลือกใช้ Modular คือ ความสะดวกในการประกอบและติดตั้งที่รวดเร็ว การเคลื่อนย้ายที่ง่าย และการออกแบบที่เป็นลักษณะโครงสร้างปิดคล้ายกรอบอลูมิเนียม ทำให้สามารถกักเก็บความเย็นได้ดีมาก

5. Aisle End Doors

ภาพ Aisle End Doors

Aisle End Doors เป็นตู้ Containment สำเร็จรูปที่ออกแบบมาเพื่อรองรับการใช้งานได้ทั้งแบบ Hot Aisle Containment (HAC) และ Cold Aisle Containment (CAC) อย่างง่ายดาย เพียงแค่เปิดหรือปิดประตูด้านบน ก็สามารถปรับเปลี่ยนรูปแบบการไหลเวียนของอากาศภายใน Data Center ได้ทันที

อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญที่ต้องพิจารณาคือการวัดความสูงของประตูด้านบนให้แม่นยำ เพื่อให้มั่นใจว่าเมื่อติดตั้งแล้วจะแนบสนิทกับเพดานของ Data Center ปัจจุบันได้อย่างพอดี ซึ่งจะช่วยให้ระบบ Containment ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด

6. In-Row Cooling

กรณีที่พื้นที่ RACK นั้นๆ ต้องการความเย็นเพิ่มขึ้น เช่นต้องการใช้สำหรับ All Flash Storage ซึ่ง Server นั้นจะมีความร้อนสูง เราก็สามารถออกแบบโดยการติดตั้งตัวทำความเย็นเพิ่มเฉพาะใน ZONE นั้นๆ ได้เลย แต่ระบบนี้เหมาะกับห้อง Server ทั่วไปมากกว่า เช่น มหาลัย โรงงาน บริษัทการเงิน เพื่อช่วยลดการทำงานของแอร์ และในระยะยาวก็จะสามารถประหยัดค่าไฟได้อีกด้วย

ภาพ Inrow Cooling

เป็นโซลูชันการทำความเย็นเฉพาะจุดที่ออกแบบมาสำหรับ Rack ที่ต้องการการระบายความร้อนสูงเป็นพิเศษ เช่น Rack ที่ติดตั้ง All-Flash Storage ซึ่งมีความหนาแน่นของความร้อนสูง โดยสามารถติดตั้งหน่วยทำความเย็นเพิ่มเติมในบริเวณนั้นได้โดยตรง

ระบบ In-Row Cooling นี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับห้อง Server ทั่วไป เช่น ในมหาวิทยาลัย โรงงาน หรือบริษัทการเงิน เนื่องจากช่วยลดภาระการทำงานของระบบปรับอากาศส่วนกลาง และในระยะยาวจะสามารถประหยัดค่าไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ

7. Vinyl Containment Systems

ภาพ Vinyl Containment Systems

ทางเลือกประหยัดสำหรับ Data Center และห้อง Server

Vinyl Containment Systems เป็นโซลูชันที่มีศักยภาพในการลดต้นทุนการลงทุนสำหรับ Data Center หรือแม้แต่ห้อง Server โดยสามารถนำไปประยุกต์ใช้ได้ทั้งในรูปแบบ Hot Aisle และ Cold Aisle Containment แม้ว่าประสิทธิ ภาพในการกักเก็บความเย็น และการป้องกันการรั่วไหลของอุณหภูมิอาจน้อยกว่าระบบ Containment แบบแข็ง แต่หากออกแบบการติดตั้งไวนิลให้แนบสนิทกับ Rack ก็สามารถเข้าใกล้ประสิทธิภาพของ Containment แบบดั้งเดิมได้ โดยมีข้อได้เปรียบด้านราคาที่คุ้มค่ากว่าอย่างเห็นได้ชัด อย่างไรก็ตาม ระบบ Vinyl Containment Systems ยังไม่เป็นที่นิยมแพร่หลายใน Data Center ของประเทศไทย