Studio CFD degli scambi termici e aeraulici esterni di un data center a Meudon: pennacchi dei gruppi elettrogeni e controllo del ricircolo dei raffreddatori ad aria in copertura.
EOLIOS ha utilizzato la modellazione CFD per studiare gli scambi termici e aeraulici esterni di un data center a Meudon. Lo studio ha permesso di comprendere e ottimizzare il raffreddamento delle apparecchiature informatiche ad alta densità, con raccomandazioni per migliorare l'aeraulica in caso di vento specifico.
L'essenziale. Studio CFD esterno di un data center a Meudon, basato su un gemello digitale che riproduce il sito e il suo contesto entro un raggio di 400 m. Le condizioni più sfavorevoli adottate sono una temperatura esterna di 40 °C e un vento di 4 m/s. All'aspirazione dei sistemi in copertura la temperatura resta generalmente al di sotto dei 45 °C. È stato individuato un ricircolo dei raffreddatori ad aria, che resta però molto localizzato e non compromette la durabilità degli impianti. Si raccomanda una verifica dell'aeraulica per un vento di Nord-Est.
EOLIOS Ingegneria, uno dei leader europei della modellazione CFD di data center, ha apportato la propria competenza nella comprensione e nella modellazione degli scambi termici e aeraulici esterni, in relazione al rilascio di calore dei gruppi elettrogeni e dei sistemi in copertura.
Nei data center di grandissima scala sono necessari sistemi di raffreddamento capaci di seguire l'evoluzione dell'IT, a causa della densità crescente delle apparecchiature (oltre 10 kW per rack). Questo calore viene evacuato da una serie di sistemi di raffreddamento disposti in forte concentrazione in copertura.
Questo studio esamina il pennacchio di scarico di una serie di generatori. L'obiettivo: migliorare il rimescolamento d'aria dei raffreddatori ad aria in copertura dei locali tecnici occupati dai gruppi elettrogeni, per assicurarsi che lo scarico termico non contamini l'aria di alimentazione per ricircolo. Un ricircolo comporta una perdita di potenza dei raffreddatori ad aria, quindi un aumento della temperatura nei data hall e un rischio di guasto.
A tal fine, i nostri ingegneri hanno simulato mediante calcolo numerico CFD il comportamento termo-aeraulico dei diversi fenomeni che avvengono all'esterno del modello.
Volume d'aria calda rilasciato da una sorgente (gruppo elettrogeno, camino, raffreddatore ad aria) che si solleva e si deforma per effetto della propria galleggiabilità e del vento. La sua traiettoria determina il rischio di riaspirazione da parte dei sistemi vicini.
I nostri esperti hanno preso in considerazione una moltitudine di parametri:
le temperature delle pareti radianti e il tiraggio termico dei processi;
la pressione del vento e la resistenza interna al flusso d'aria verticale;
la posizione e la resistenza al flusso delle aperture dell'involucro;
il terreno locale, l'impatto degli edifici sul vento e i sistemi meccanici che rimescolano l'aria attorno ai processi.
È stato condotto uno studio meteorologico per determinare le condizioni climatiche abituali attorno al sito. Ha rivelato che il vento è costante durante l'anno, con una dominante di Sud-Ovest ed episodi temporanei di origine Nord-Est.
Lo studio è stato condotto per una temperatura esterna di 40 °C e venti di 4 m/s, la velocità più prevalente sul sito e la più sfavorevole: è in grado di spingere il pennacchio dei gruppi elettrogeni verso i sistemi in copertura.
Il gemello digitale riproduce la geometria semplificata del sito e del suo contesto entro un raggio di 400 m, per analizzare più finemente l'evoluzione del pennacchio termico a seconda dell'orientamento dei venti. Si inserisce in un processo di miglioramento della progettazione: le zone di sovratemperatura all'aspirazione hanno portato a un aggiornamento del modello da parte degli ingegneri di EOLIOS.
Replica virtuale del data center e del suo contesto, alimentata dalle schede tecniche delle apparecchiature. Permette di rigiocare diversi scenari di vento e di carico senza intervenire sull'impianto reale.
Il gemello digitale include i gruppi elettrogeni, la sottostazione, i camini e i raffreddatori ad aria in copertura. Attorno alla copertura e ai gruppi elettrogeni sono installate delle alette mobili.
I gruppi elettrogeni sono installati in locali di calcestruzzo su misura che integrano le apparecchiature tecniche. Camini modellati in copertura evacuano i gas di scarico dei motori, nocivi per l'ambiente e la salute.
I raffreddatori ad aria installati in copertura dissipano il calore rilasciato nei data hall. Sono dotati di silenziatori, la cui copertura è stata considerata nella modellazione aeraulica.
La simulazione CFD mostra che la temperatura resta generalmente al di sotto dei 45 °C. Sono state individuate zone più elevate, attribuibili al ricircolo dei raffreddatori ad aria del lato Nord su quelli del lato Sud quando il vento proviene da Nord-Est, e viceversa con vento di Sud-Ovest.
Riaspirazione, da parte dei raffreddatori ad aria, di una parte dell'aria calda appena rilasciata. L'aria si infiltra sotto la copertura attraverso le estremità aperte della fila, il che innalza la temperatura all'aspirazione e riduce la potenza di raffreddamento.
Questo aumento resta tuttavia molto localizzato: compare solo in corrispondenza del raffreddatore ad aria più vicino ai gruppi elettrogeni e rimane al di sotto dell'obiettivo di temperatura.
La simulazione numerica ha inoltre confermato che i pennacchi termici dei gruppi elettrogeni, dei camini di scarico, delle griglie di aspirazione e scarico e della sottostazione trasformatore non rappresentano un problema per i sistemi in copertura.
Lo studio evidenzia che l'elevata densità di impianti in copertura provoca fenomeni di ricircolo, con un aumento locale della temperatura dell'aria. Questo fenomeno non mette tuttavia in pericolo la durabilità degli impianti.
Gli ingegneri di EOLIOS hanno inoltre realizzato un modello approssimativo di PA13. Le sue principali caratteristiche termo-aerauliche hanno rivelato problemi di ricircolo significativi, in grado di compromettere la durabilità degli impianti: lì i pennacchi dei gruppi elettrogeni vengono riaspirati in misura rilevante dai raffreddatori ad aria in copertura.
Da ricordare. Su PA 22 il ricircolo resta localizzato e senza effetti sulla durabilità. Il modello più denso PA13 mostra invece ricircoli critici. La densità delle apparecchiature in copertura è quindi il fattore determinante, e un'aria ambiente che può raggiungere i 40 °C rende indispensabile anticipare questi fenomeni già in fase di progettazione.
Raccomandiamo di effettuare una verifica dell'aeraulica di questo data center per un vento di Nord-Est.
Le conclusioni dello studio hanno permesso di individuare queste problematiche e di proporre soluzioni adeguate ai team di progettazione. La simulazione CFD permette di analizzare, verificare e correggere gli errori potenziali già in fase di progettazione: un metodo rapido e preciso, che fa risparmiare tempo e costi garantendo al contempo risultati concreti e affidabili. Integrare la CFD fin dalla fase di progettazione è la garanzia di evitare problemi futuri.
Know-how: la simulazione CFD esterna per i data centerRicircolo, condizioni meteorologiche e contributo della simulazione: le risposte alle domande di gestori e team di progettazione.
Una parte dell'aria calda rilasciata da una fila di raffreddatori ad aria si infiltra sotto la copertura attraverso le estremità aperte della fila e viene poi riaspirata dai sistemi della stessa fila. La temperatura all'aspirazione aumenta e la potenza di raffreddamento diminuisce, una questione vicina a quella studiata nel nostro progetto sulle perdite di carico di un gruppo elettrogeno.
Il vento è costante durante l'anno con una dominante di Sud-Ovest ed episodi temporanei di Nord-Est. Lo studio è stato condotto per una temperatura esterna di 40 °C e un vento di 4 m/s, la velocità più prevalente e più sfavorevole perché spinge il pennacchio dei gruppi elettrogeni verso i sistemi in copertura.
No. Su PA 22 il surriscaldamento resta molto localizzato, limitato al raffreddatore ad aria più vicino ai gruppi elettrogeni, e la temperatura rimane al di sotto dell'obiettivo. Un modello più denso come PA13 mostra invece ricircoli significativi che possono compromettere la durabilità degli impianti.
Il gemello digitale riproduce la geometria del sito e del suo contesto entro un raggio di 400 m per cogliere l'influenza del terreno, degli edifici e dei venti dominanti sull'evoluzione dei pennacchi termici a seconda del loro orientamento.
La simulazione CFD permette di analizzare, verificare e correggere gli errori potenziali già in fase di progettazione. Rapida e precisa, fa risparmiare tempo e costi garantendo al contempo risultati affidabili prima della realizzazione.
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Studio CFD esterno del data center PA 22 a Meudon: impatto dei generatori e dei sistemi di raffreddamento in copertura. La simulazione numerica ha modellato i fenomeni termo-aeraulici per analizzare e migliorare la ventilazione dei raffreddatori ad aria. L'analisi meteorologica mostra un vento dominante di Sud-Ovest con episodi temporanei di Nord-Est. La temperatura resta generalmente al di sotto dell'obiettivo, con zone di sovratemperatura locali dovute al ricircolo tra raffreddatori ad aria, senza compromettere gravemente la durabilità degli impianti.
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