Progettazione degli impianti di climatizzazione di un data center: confinamento dei corridoi, controsoffitto diffondente e resilienza in caso di interruzione dell'alimentazione.
EOLIOS Ingegneria ha realizzato il dimensionamento degli impianti di climatizzazione di un data center, in partnership con IMOGIS. Sono stati studiati diversi scenari di crisi per testare la resilienza dei sistemi di climatizzazione.
L'essenziale. Studio CFD di progettazione di un data center a Parigi (partner IMOGIS). Le simulazioni dimostrano l'efficacia del confinamento dei corridoi caldi e freddi: senza confinamento, numerosi ricircoli provocano un surriscaldamento generalizzato fino a +20 °C rispetto ai criteri ASHRAE adottati. Lo studio convalida il controsoffitto diffondente e l'aggiunta di griglie modulabili, poi mette alla prova la sala in caso di interruzione dell'alimentazione elettrica.
Nell'ambito della progettazione di un data center in partnership con IMOGIS, EOLIOS ha realizzato il dimensionamento degli impianti di climatizzazione. I primi studi si sono concentrati sulla progettazione dei corridoi caldi e freddi: sebbene questo tipo di progettazione sia ormai noto e padroneggiato, l'efficacia di questo confinamento è stata ancora una volta dimostrata.
Senza confinamento, sono stati evidenziati numerosi ricircoli, che provocano un surriscaldamento generalizzato (fino a +20 °C rispetto ai criteri di progettazione ASHRAE adottati). In parallelo, è stato studiato il principio di diffusione nei corridoi freddi.
Confinamento fisico dei corridoi caldi o freddi che impedisce la miscelazione dell'aria espulsa dai server con l'aria fredda immessa. Elimina i ricircoli, abbassa le temperature di aspirazione e migliora l'efficienza energetica del raffreddamento.
La sfida è stata studiare il rischio di comparsa di punti caldi secondo diverse urbanizzazioni critiche. Lo studio ha evidenziato l'efficacia dei sistemi di regolazione del controsoffitto diffondente, che apportano una grande flessibilità nella ripartizione delle potenze server della sala. Diversi scenari hanno permesso di comprendere vari modi di funzionamento sfavorevole.
Sono stati osservati movimenti aeraulici globali, capaci di concentrare le emissioni caloriche dei sistemi, degli armadi e delle illuminazioni in alcuni punti sfavorevoli. Questi fenomeni sono stati ottimizzati con l'aggiunta di griglie modulabili in alcune zone specifiche della sala server.
Soffitto tecnico dotato di griglie regolabili attraverso cui l'aria fredda viene diffusa nella sala. La sua regolazione zona per zona offre una grande flessibilità per adattare la ripartizione del freddo alle potenze realmente installate.
Da ricordare. Il confinamento dei corridoi e un controsoffitto diffondente con griglie modulabili bastano spesso a eliminare i ricircoli e ad assorbire urbanizzazioni molto eterogenee, senza sovradimensionare la produzione di freddo.
Il controsoffitto diffondente trasforma il plenum superiore in una superficie di immissione pilotabile: invece di una portata uniforme, ogni zona riceve l'aria fredda tramite griglie regolabili di cui si regola l'apertura. Questa granularità è decisiva in una sala in cui le potenze per armadio sono eterogenee ed evolvono nel corso delle fasi di esercizio. La CFD serve qui a collegare, zona per zona, la portata diffusa al carico termico realmente dissipato sotto la griglia.
Mappatura dei carichi: riporto delle potenze server armadio per armadio sul piano del soffitto.
Regolazione delle aperture: modulazione del tasso di apertura delle griglie per allineare la portata al carico locale.
Controllo dei movimenti globali: identificazione delle circolazioni aerauliche che concentrano le emissioni in alcuni punti.
Ripresa d'aria controllata: verifica che l'aria calda raggiunga la ripresa senza cortocircuitare i corridoi freddi.
Volume tampone, qui nella parte alta, mantenuto in leggera sovrapressione e dal quale l'aria fredda è distribuita nella sala tramite griglie. La sua pressione e il tasso di apertura delle griglie fissano la portata erogata in ogni punto.
Capacità di un impianto di riallocare il freddo disponibile verso le zone che ne hanno bisogno, senza sovradimensionare l'insieme. Un controsoffitto con griglie modulabili la ottiene tramite regolazione locale anziché con l'aggiunta di potenza.
Da ricordare. Il valore di un controsoffitto diffondente sta nel suo pilotaggio: è la regolazione fine delle griglie, convalidata dalla CFD, ad assorbire le urbanizzazioni eterogenee senza sovradimensionare la produzione di freddo.
Progettare gli impianti di climatizzazione di un data center tramite la simulazione presuppone una catena di calcolo rigorosa, in cui ogni ipotesi è tracciata prima di sfruttare i risultati. Il modello numerico ha valore solo se riproduce fedelmente la fisica della sala: convezione forzata dei ricircolatori, convezione naturale dei pennacchi caldi, conduzione nelle pareti e irraggiamento tra superfici. La forza dell'approccio è rendere quantificabile, sin dalla progettazione, ciò che altrimenti resterebbe un'intuizione dell'ingegnere.
Modellazione geometrica: ripresa del volume della sala, degli armadi, dei ricircolatori e del controsoffitto diffondente in scala reale.
Meshatura: suddivisione del volume d'aria in celle di calcolo, raffinata in corrispondenza delle griglie, dei corridoi e degli ingressi degli armadi dove i gradienti sono più forti.
Condizioni al contorno: portate e temperature di immissione, potenze dissipate per armadio, proprietà delle pareti e setpoint di regolazione.
Modello di turbolenza: chiusura delle equazioni di Navier-Stokes mediate per restituire il rimescolamento reale dell'aria.
Convergenza & sfruttamento: verifica della stabilità dei residui, poi mappe di temperatura, velocità e pressione sfruttabili armadio per armadio.
Suddivisione del volume d'aria in celle elementari in cui vengono risolte le equazioni di flusso e di trasferimento di calore. Una mesh fine restituisce meglio i gradienti vicino alle griglie e agli armadi, al prezzo di un tempo di calcolo più elevato; tutta l'arte consiste nel raffinarla dove è utile.
Insieme di equazioni complementari che rappresentano gli effetti dei vortici sul flusso medio senza risolverli uno a uno. Condiziona la correttezza del rimescolamento d'aria simulato nei corridoi e attorno agli armadi.
Da ricordare. L'affidabilità di uno studio di progettazione dipende tanto dalla qualità della mesh e delle condizioni al contorno quanto dalla potenza di calcolo: un modello ben impostato trasforma il dimensionamento climatico in una decisione misurabile anziché in un margine di sicurezza subìto.
Una volta ottimizzata la progettazione, studi di interruzione dell'alimentazione della rete hanno stimato le temperature massime estreme e la durata del superamento delle soglie per i server più sfavorevoli.
Le raccomandazioni hanno riguardato l'installazione di gruppi di continuità (UPS) per alcuni sistemi di regolazione, al fine di accelerare il riavvio dei sistemi di emergenza e limitare l'innalzamento della temperatura del locale.
Alimentazione senza interruzione che mantiene l'elettricità durante la commutazione verso i gruppi di emergenza. Alimentare i sistemi di regolazione tramite un UPS accelera la ripresa della ventilazione e limita l'innalzamento della temperatura durante un'interruzione.
Confinamento, controsoffitto diffondente e interruzione dell'alimentazione: le risposte alle domande che si pongono progettisti e gestori prima di uno studio CFD.
Senza confinamento, compaiono numerosi ricircoli che provocano un surriscaldamento generalizzato, fino a +20 °C rispetto ai criteri ASHRAE. Il confinamento elimina la miscelazione dei flussi e rende affidabile il raffreddamento, come mostra anche il nostro studio interno del data center DC28.
Le sue griglie regolabili offrono una grande flessibilità per ripartire il freddo secondo le potenze server realmente installate, zona per zona, e per assorbire urbanizzazioni eterogenee.
Lo studio simula diverse urbanizzazioni critiche per localizzare le concentrazioni di emissioni caloriche, poi aggiunge griglie modulabili nelle zone specifiche interessate per riequilibrare la diffusione.
Studi di interruzione della rete stimano le temperature massime estreme e la durata del superamento delle soglie per i server più sfavorevoli, fino al riavvio dei sistemi di emergenza.
Alimentare alcuni sistemi di regolazione tramite un UPS accelera il riavvio dell'emergenza e limita l'innalzamento della temperatura del locale durante la commutazione.
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Visualizzazione dei ricircoli nel data center e dell'effetto del confinamento dei corridoi.
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