Studio termo-aeraulico esterno di due data center : modellazione dei pennacchi termici dei gruppi elettrogeni e del ricircolo dei raffreddatori ad aria in copertura, per mettere in sicurezza il raffreddamento e la qualità dell'aria di mandata.
EOLIOS ha modellato gli scambi termici e aeraulici all'esterno di due data center per verificare che lo scarico dei gruppi elettrogeni e dei sistemi di raffreddamento non vada né a perturbare i raffreddatori ad aria in copertura, né a contaminare l'aria di mandata degli uffici vicini.
Lo studio approfondito di EOLIOS ha permesso di completare la valutazione dei rischi, di ottimizzare la progettazione e di ridurre il consumo energetico del data center, mettendo in evidenza, già in fase di progettazione, difetti che hanno potuto essere corretti prima dei lavori.
L'essenziale. Studio CFD esterno di due data center : modellazione dei pennacchi termici dei gruppi elettrogeni e del ricircolo dei raffreddatori ad aria in copertura. Con vento sfavorevole estivo, lo studio ha evidenziato una forte perturbazione dei raffreddatori ad aria ; la revisione dei pozzi di estrazione e del posizionamento delle prese d'aria ha eliminato il ricircolo ed escluso il rischio di inquinamento dell'aria di mandata.
I data center concentrano in copertura un'elevata densità di apparecchiature : raffreddatori ad aria, camini di scarico, griglie di aspirazione e di espulsione, sottostazioni e gruppi elettrogeni di emergenza. In questo spazio ristretto, non è scontato che l'aria fresca, l'aria calda espulsa e i fumi di combustione restino sempre separati.
Il rischio principale è il ricircolo : la riaspirazione, da parte dei raffreddatori ad aria, dell'aria calda scaricata dai sistemi vicini o del pennacco dei gruppi elettrogeni. Questo fenomeno provoca una perdita di potenza frigorifera, quindi un aumento di temperatura nei data hall che può arrivare fino al guasto delle apparecchiature. A ciò si aggiunge il rischio di inquinamento dell'aria di mandata degli uffici da parte dei fumi di scarico.
Riaspirazione, da parte dei raffreddatori ad aria, di parte dell'aria calda scaricata nelle vicinanze. Aumenta la temperatura in aspirazione e può degradare il raffreddamento; il suo controllo determina l'affidabilità del sito.
Le simulazioni numeriche contribuiscono a una migliore comprensione dei fenomeni termo-aeraulici. L'interesse principale della CFD è prevedere e verificare tutte le eventualità per sviluppare soluzioni tecniche pertinenti. Grazie ai suoi server di calcolo, EOLIOS simula i modelli nella loro interezza con grande precisione, e analizza simultaneamente l'impatto di numerosi fenomeni sull'evoluzione termo-aeraulica esterna del data center. Questo studio ha permesso in particolare di mettere in evidenza difetti di progettazione che hanno potuto essere corretti.
Nella modellazione CFD, la forma del profilo verticale delle velocità del vento è fondamentale. Dipende dal grado di rugosità dell'ambiente, ossia la tendenza di edifici, alberi e ostacoli a rallentare il vento opponendosi al suo movimento. Su tutto lo spessore dello strato limite atmosferico, la velocità aumenta man mano che ci si allontana dal suolo.
Per riprodurre questo gradiente, EOLIOS applica una metodologia simile a quella di una galleria del vento fisica : l'ambiente urbano è modellato su una periferia di circa 500 m attorno al sito, con un profilo di velocità dipendente dal terreno. Si valuta così l'impatto dei pennacchi secondo diverse configurazioni di vento.
Strato d'aria vicino al suolo dove la velocità del vento aumenta con la quota per effetto dell'attrito del terreno. Riprodurre il suo profilo è indispensabile per valutare correttamente la traiettoria dei pennacchi.
Uno studio meteorologico del sito ha stabilito le condizioni di vento dominanti e la configurazione più sfavorevole : quella di un vento in grado di abbattere il pennacco termico dei gruppi elettrogeni verso i sistemi di copertura, combinata con una temperatura esterna elevata.
Il gemello digitale riprende la geometria semplificata del sito e del suo ambiente prossimo per analizzare con precisione l'evoluzione del pennacco secondo gli orientamenti del vento. Diversi edifici vicini e i loro sistemi sono stati modellati per verificare l'influenza degli scarichi termici degli edifici esistenti e in costruzione.
Secondo gli studi climatici del sito, per un vento sfavorevole estivo, lo studio dei pennacchi termici generati dai gruppi elettrogeni concludeva con una fortissima perturbazione dei raffreddatori ad aria, fino a una potenziale messa in crisi degli stessi. Il design dei pozzi aeraulici di estrazione ha potuto essere rivisto per eliminare i fenomeni termo-aeraulici dannosi all'origine di queste problematiche.
In un secondo momento, gli studi si sono concentrati sul monitoraggio dello scarico dei fumi di combustione dei motori, in funzione del posizionamento delle prese d'aria delle UTA degli uffici. Con l'obiettivo di eliminare il rischio di inquinamento dell'aria di mandata, è stata realizzata un'ottimizzazione del posizionamento delle prese d'aria.
Infine, i pennacchi termici di un data center possono influenzare le temperature locali dell'aria su un centinaio di metri. Per questo, diversi edifici e i loro sistemi sono stati modellati per verificare l'influenza degli scarichi ; i livelli di rischio di perturbazione hanno potuto essere stabiliti in relazione agli studi climatici di sito.
Volume di aria calda scaricato da una sorgente (gruppo elettrogeno, raffreddatore ad aria) che sale e si deforma per effetto del galleggiamento e del vento. La sua traiettoria determina il rischio di riaspirazione da parte dei sistemi vicini.
Grazie alle conclusioni dello studio, EOLIOS ha proposto ai team di progettazione delle soluzioni adeguate per risolvere queste problematiche. La simulazione CFD permette di analizzare, prevedere, verificare e correggere gli errori che possono presentarsi in una progettazione. Questo metodo rapido e preciso permette di risparmiare tempo e costi di progettazione, garantendo al contempo risultati concreti e affidabili.
Seguendo le particelle di NOx nell'aria calda espulsa, è stato determinato che l'impianto HVAC resta alimentato con aria pulita per gli orientamenti di vento più sfavorevoli, una volta integrate le ottimizzazioni di progettazione.
Da ricordare. Anticipare il ricircolo in copertura e i pennacchi dei gruppi elettrogeni già in fase di progettazione evita perdite di potenza frigorifera, surriscaldamenti e inquinamento delle prese d'aria.
Ricircolo in copertura, pennacchi dei gruppi elettrogeni e monitoraggio dei fumi: le risposte alle domande di gestori e team di progettazione.
Verificare che i pennacchi termici dei gruppi elettrogeni e lo scarico dei sistemi di raffreddamento non perturbino i raffreddatori ad aria in copertura né contaminino l'aria di mandata degli uffici, tramite simulazione CFD dei fenomeni esterni, come nel nostro progetto gemello DC15.1 & DC15.2.
La riaspirazione, da parte dei raffreddatori ad aria, dell'aria calda scaricata dai sistemi vicini o dal pennacco dei gruppi elettrogeni. Provoca una perdita di potenza frigorifera e un aumento di temperatura nei data hall.
Per verificare che i gas di scarico non contaminino l'aria di mandata delle UTA degli uffici. Seguendo le particelle di NOx, il posizionamento delle prese d'aria ha potuto essere ottimizzato.
I pennacchi di un data center possono modificare le temperature locali dell'aria su un centinaio di metri, il che giustifica la modellazione degli edifici vicini e dei loro scarichi.
Permette di analizzare, prevedere, verificare e correggere i difetti prima dei lavori. Qui, la revisione del design dei pozzi di estrazione ha eliminato i fenomeni dannosi risparmiando tempo e costi.
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Questa analisi ha studiato il pennacco di scarico di una serie di generatori di emergenza per due data center. L'obiettivo : determinare se i gas di scarico contaminerebbero l'aria di alimentazione dell'impianto di raffreddamento e dell'edificio per uffici adiacente. Seguendo le particelle di NOx nell'aria calda espulsa, è stato stabilito che l'impianto HVAC resta alimentato con aria pulita per gli orientamenti di vento più sfavorevoli.
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