يصاحب النمو السريع لمراكز البيانات، المدفوع بالحوسبة السحابية والذكاء الاصطناعي (AI) والخدمات الرقمية الحيوية، تحديات كبيرة في مجالات استمرارية الخدمة واستهلاك الطاقة وإدارة الحرارة. ويجب أن تضمن البنى التحتية التشغيل على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع، مع التحكم في تكاليف التشغيل والأثر البيئي وزيادة أحمال معدات تكنولوجيا المعلومات (IT).
في هذا السياق، تدعم شركة فوجي إلكتريك مشغلي ومهندسي مراكز البيانات من خلال حلول صناعية مجربة تجمع بين أنظمة الإمداد بالطاقة الحيوية وأجهزة القياس وأنظمة المراقبة والتحكم في الطاقة. تتيح هذه الحلول تأمين العمليات وتحسين كفاءة استخدام الطاقة وتعزيز موثوقية البنى التحتية على المدى الطويل.
في مركز البيانات، قد يؤدي أي عطل كهربائي أو حراري، مهما كان بسيطًا، إلى خسائر فادحة. ولذلك، من الضروري الاعتماد على معدات متينة وأنظمة قياس موثوقة لتشغيل جميع المنشآت.
يُظهر توزيع استهلاك الطاقة في مركز البيانات أن الخوادم تمثل حوالي 50% من إجمالي الاستهلاك، في حين تشكل عمليات التبريد حوالي 30%، بينما يمثل الإضاءة والاستخدامات الأخرى حوالي 7%. ويعزى استهلاك الطاقة في مراكز البيانات بشكل أساسي إلى التشغيل المستمر للخوادم، وتبريد المعدات، وأنظمة الأمان .
تتيح حلول فوجي إلكتريك ما يلي:
تقليل البصمة الكربونية
تحسين الموارد الحيوية
التحكم في كفاءة الطاقة
قياس الأداء المستدام
تُعد مراكز البيانات، أو data centers، جوهر النظام البيئي الرقمي العالمي. فهي تضمن تخزين ومعالجة ونقل كميات هائلة من البيانات للشركات والمؤسسات والأفراد. وتُعد هذه البنى التحتية ركائز أساسية للاقتصاد الرقمي، حيث تتيح الوصول إلى الموارد الحاسوبية عبر الإنترنت، مما يدعم تطوير الذكاء الاصطناعي والحوسبة السحابية والتطبيقات الحيوية.
تعد أمن البيانات وتوافر الخدمات من الأولويات القصوى لمراكز البيانات، التي يتعين عليها ضمان استمرارية التشغيل دون انقطاع. ومع ذلك، يمثل استهلاك الطاقة في هذه المراكز تحديًا كبيرًا، سواء من الناحية الاقتصادية أو البيئية. في مواجهة النمو الهائل في احتياجات تخزين البيانات ومعالجتها، أصبح من الضروريتحسين إدارة الطاقة في البنى التحتية للحد من تأثيرها على الموارد والبيئة، مع ضمان أمن وموثوقية الخدمات الرقمية.
يُشكل الحصول على كميات كافية وموثوقة من الكهرباء تحديًا كبيرًا لمشغلي مراكز البيانات، الذين يواجهون أيضًا اعتمادًا متزايدًا على الكهرباء. ويُعد الحد من هذا الاعتماد، لا سيما على الطاقة الأحفورية، أمرًا ضروريًا لضمان أداء البنى التحتية واستدامتها. تلعب الولايات المتحدة دورًا رئيسيًا في تحديث شبكات الكهرباء من أجل تلبية الطلب المتزايد من مراكز البيانات والبنى التحتية الحيوية الأخرى على أراضيها.
يُعد مركز البيانات حلقة أساسية في النظام البيئي الرقمي، حيث يدعم الخدمات السحابية وبث الفيديو والألعاب عبر الإنترنت والذكاء الاصطناعي. تعد الذكاء الاصطناعي (AI) اليوم المحرك الرئيسي لنمو الطلب على القوة الحاسوبية، مما يزيد من استهلاك الطاقة والتأثير البيئي لمراكز البيانات. لذلك، من الضروري مراعاة الاستدامةواعتماد حلول مبتكرة لتحسين إدارة الطاقة.
وفقًا للأرقام الحديثة، تستهلك مراكز البيانات ما بين 2 و3٪ من إجمالي استهلاك الكهرباء العالمي، وقد ترتفع هذه النسبة لتصل إلى 13٪ بحلول عام 2030. ومن المتوقع أيضًا أن تزداد سعة مراكز البيانات بنسبة 8٪ سنويًّا، مما سيؤدي إلى ارتفاع استهلاك الكهرباء بمقدار يتراوح بين ضعفين وأربعة أضعاف ما هو عليه حاليًا.
تشهد مراكز البيانات الضخمة، التي تُعد المحرك الحقيقي للاقتصاد الرقمي، نموًا في استهلاكها بنسبة 35٪ سنويًا حتى عام 2040. في فرنسا، تمثل مراكز البيانات 2.5٪ من البصمة الكربونية الوطنية، وهي مسؤولة عن 1٪ من الانبعاثات العالمية لغازات الدفيئة المرتبطة بالطاقة. وتؤكد هذه الأرقام على أهمية مراعاة الأثر البيئي لمراكز البيانات وضرورة تحسين كفاءتها في استخدام الطاقة لتحقيق وفورات مالية والالتزام بمعايير ESG
يعتمد التحكم في الطاقة والتبريد وظروف التشغيل على أجهزة قياس صناعية موثوقة، مقترنة بأنظمة مراقبة قادرة على تجميع البيانات وتحليلها في الوقت الفعلي.
تقدم شركة فوجي إلكتريك حلولاً مخصصة لكل مرحلة من مراحل تشغيل مركز البيانات.
يُعد تزويد الطاقة الكهربائية أكبر بند استهلاك في مركز البيانات، ويشكل تحديًا استراتيجيًا على الصعيد الاقتصادي والتقني والبيئي. يقوم مركز البيانات بتحويل الكهرباء المستلمة من الشبكة إلى طاقة حاسوبية وطاقة حرارية. ومن الضروري مراعاة قضايا الاستدامة والامتثال التنظيمي في إدارة تزويد الطاقة الكهربائية. يعتمد استهلاك الطاقة في مركز البيانات في المقام الأول على حجم المنشأة. ومع ذلك، تشير التقديرات إلى أن الخوادم الحاسوبية وأنظمة التبريد تمثل حوالي 80% من استهلاك الطاقة في مركز البيانات.
يعتمد نظام تزويد الطاقة الكهربائية على سلسلة منظمة تمتد من الشبكة العامة أو المصادر المحلية وصولاً إلى الأحمال التقنية. وفي مركز البيانات، تشير الأحمال التقنية إلى مجموع المعدات الحاسوبية المسؤولة مباشرةً عن معالجة البيانات وتخزينها ونقلها: الخوادم وأنظمة التخزين ومعدات الشبكات. وتستحوذ هذه الأحمال على الجزء الأكبر من الاستهلاك الكهربائي الفعلي، المرتبط ارتباطاً مباشراً بالنشاط الرقمي للموقع.
تشمل هذه السلسلة بالتتابع تحويل الطاقة وتوزيعها وحمايتها وقياسها. ويساهم كل مستوى من مستويات هذه السلسلة في إجمالي الخسائر ويؤثر بشكل مباشر على مؤشرات أداء الطاقة.
أهم القضايا المتعلقة باستهلاك الطاقة في مراكز البيانات هي:
تعد جودة الطاقة والقدرة على القياس الدقيق للتدفقات الكهربائية في كل مرحلة من العوامل الحاسمة لتحقيق مستويات التوافر التي تنص عليها اتفاقيات مستوى الخدمة (SLA)، مع تحسين كفاءة الطاقة في مراكز البيانات على المدى الطويل.
تؤدي الكثافة المتزايدة لمعدات تكنولوجيا المعلومات إلى زيادة كبيرة في تدفقات الحرارة. ففي الواقع، تستهلك أنظمة التبريد ما بين 30% و40% من الطاقة في مركز البيانات.
تعد أنظمة التبريد في مراكز البيانات ضرورية لتجنب ارتفاع درجة حرارة الخوادم والحفاظ على ظروف حرارية مستقرة في غرف تكنولوجيا المعلومات.
قد يؤدي سوء التحكم في درجة الحرارة إلى:
وفقًا لتصميم مركز البيانات، يمكن أن يعتمد التبريد على طريقتين رئيسيتين متكاملتين: التبريد بالتهوية (الهواء) والتبريد بالسوائل.
من ناحية أخرى، تنتج مراكز البيانات كمية كبيرة من الحرارة المهدرة. ويمكن الاستفادة من هذه الحرارة، لا سيما من خلال عمليات مؤهلة للحصول على شهادات توفير الطاقة. وبذلك، يمكن استخدام استعادة وإعادة تدوير الحرارة المنبعثة من مراكز البيانات لتدفئة المكاتب أو المساكن المجاورة، مما يساهم في تحسين الكفاءة الطاقية الإجمالية.
في أنظمة التبريد الهوائي (CRAC، CRAH، التبريد الحر)، يعتمد المبدأ على التدفق المنظم لكتل الهواء البارد من وحدات معالجة الهواء إلى خزانات تكنولوجيا المعلومات، ثم إعادة الهواء الدافئ إلى أنظمة التبريد. ويسمح هذا التدفق الهوائي بسحب الحرارة المنبعثة من الخوادم والحفاظ على درجة حرارة تشغيل تتوافق مع التوصيات.
يعد التحكم في تدفقات الهواء أمرًا أساسيًا لضمان توزيع متجانس للبرودة، وتجنب إعادة تدوير الهواء الدافئ، ومنع ظهور مناطق ارتفاع درجة الحرارة. وتُعد المراوح عنصرًا أساسيًا في هذه العملية، كما أنها تستأثر بنسبة كبيرة من استهلاك الطاقة المرتبط بالتبريد.
يكمن التحدي في تكييف تدفقات الهواء باستمرار مع الأحمال الحرارية الفعلية، وفقًا لمعدل إشغال الغرف وكثافة وحدات تكنولوجيا المعلومات والتغيرات في أحمال الأنظمة الحاسوبية. وبذلك، يتيح التحكم الديناميكي في المراوح ضبط الطاقة المستهلكة لتقتصر على الحد الأدنى المطلوب للتبريد.
وبالتالي، فإن الإدارة الدقيقة والديناميكية للتهوية تشكل عاملاً رئيسياً في خفض استهلاك الطاقة في أنظمة التبريد مع ضمان توفير ظروف حرارية مثالية للمعدات الحاسوبية
يتطور التبريد بالسوائل (الماء المثلج، الماء المعتدل، التبريد المباشر في الحجرة أو عن طريق الغمر) يشهد تطوراً كبيراً في مراكز البيانات من أجل تلبية متطلبات الكثافة العالية للطاقة والأحمال الحرارية المتزايدة المرتبطة بشكل خاص بتطبيقات الذكاء الاصطناعي والحوسبة عالية الأداء. وعلى عكس التبريد بالهواء، تعتمد هذه العملية على قدرة السائل على نقل الحرارة بفعالية إلى أقرب نقطة ممكنة من مصادر التبديد.
يعتمد مبدأ التشغيل على دوائر هيدروليكية مغلقة. يتدفق سائل التبريد من وحدة توليد البرودة أو التبادل الحراري إلى المعدات المراد تبريدها (المبادلات الحرارية، والأبواب الخلفية، والألواح الباردة، أو أحواض الغمر)، حيث يمتص الحرارة الناتجة عن الخوادم. ثم يُعاد السائل المسخن إلى وحدة التبريد ليتم تبريده قبل بدء دورة جديدة.
يعتمد الأداء الطاقي وموثوقية هذه الأنظمة بشكل مباشر على التحكم في معدلات التدفق، والتوازن الهيدروليكي، وجودة التبادل الحراري. فقد يؤدي التدفق غير الكافي إلى ارتفاع درجات الحرارة وتشكيل خطر على المعدات، في حين أن التدفق الزائد يؤدي إلى استهلاك كهربائي غير ضروري في المضخات.
وبالتالي، فإن أداء وموثوقية التبريد بالسوائليعتمدان على القياس المستمر والدقيق لمعدلات التدفق ودرجات الحرارة عند الذهاب والعودة والضغط وجودة السائل، وذلك لضمان التبادل الحراري الأمثل والتوازن الهيدروليكي المتحكم فيه واستدامة المنشآت
تشكل المراقبة المركزية للطاقة أساس الإدارة التشغيلية لمركز البيانات. فهي تتيح جمع البيانات الواردة من الأنظمة الكهربائية والحرارية والبيئية وتجميعها وربطها ببعضها البعض من أجل توفير رؤية شاملة وموثوقة وقابلة للاستخدام للمنشأة.
من خلال الاعتماد على أجهزة القياس الميدانية وأنظمة المراقبة، تتيح مراقبة الطاقة تحويل البيانات الأولية إلى مؤشرات تشغيلية مفيدة للعمليات التشغيلية.
وهي تتيح على وجه الخصوص:
يعد التكامل المتسق للبيانات الواردة من أجهزة الاستشعار وأنظمة القياس والمعدات الميدانية أمرًا ضروريًا لتحسين التشغيل، وضمان موثوقية القرارات الفنية، وتحسين كفاءة الطاقة في مركز البيانات على المدى الطويل.
يعتمد تحسين كفاءة الطاقة على نهج شامل يجمع بين تحسين الإمداد بالطاقة والتبريد والتشغيل. في الواقع، تمثل الطاقة 54% من نفقات مركز البيانات. وبالتالي، فإن المتابعة الدقيقة لاستهلاك الطاقة (أعباء تكنولوجيا المعلومات والتبريد والمعدات المساعدة) بفضل أنظمة القياس والمراقبة تسمح بتحديد العناصر التي تستهلك الكثير من الطاقة وتقليل الفاقد.
تشمل المعلمات الرئيسية التي يجب مراقبتها درجة الحرارة والرطوبة في غرف تكنولوجيا المعلومات، ومعدلات التدفق والضغط في دوائر التبريد، وجودة الطاقة الكهربائية، واستهلاك الطاقة لكل وحدة، بالإضافة إلى حالة المعدات الحيوية. ويعد رصدها المستمر أمرًا ضروريًا لمنع وقوع الحوادث، وتحسين التشغيل، وضمان كفاءة استهلاك الطاقة.
يتيح نظام المراقبة الصناعية تجميع جميع البيانات الواردة من الأنظمة الكهربائية والحرارية والبيئية، وكشف الانحرافات في مرحلة مبكرة، والتوقع المسبق للحوادث. كما يسهل هذا النظام أعمال الصيانة، ويحسن سرعة استجابة فرق التشغيل، ويساهم في التحسين المستمر للأداء الطاقي والتشغيلي لمركز البيانات.
يُشكل استهلاك المياه، المرتبط بشكل أساسي بأنظمة التبريد بالسوائل أو أبراج التبريد الهوائي، تحديًا بيئيًا متزايدًا لمراكز البيانات. ويتيح القياس الدقيق لمعدلات تدفق المياه في كل مرحلة من مراحل العملية تتبع الكميات المستهلكة، وتحديد الانحرافات، وتحسين أداء الدوائر المائية. يعد استخدام المياه المعاد تدويرها لتبريد الأنظمة طريقة ناشئة لتقليل الأثر البيئي لمراكز البيانات. وبذلك، تساهم عدادات التدفق الصناعية في إدارة أكثر ترشيدًا واستدامة لموارد المياه، مع ضمان الأداء الحراري للمنشآت.
تعمل مقاييس التدفق بالموجات فوق الصوتية على تحسين تبريد مراكز البيانات من خلال ضمان قياس موثوق لسرعات تدفق الماء المثلج وسائل التبريد السائلة.
24 فبراير 2026
