Studio termico e aeraulico esterno di un data center a Francoforte: ottimizzazione del raffreddamento in copertura e controllo dei fenomeni di ricircolo termico tramite simulazione CFD.
EOLIOS Ingegneria ha realizzato una simulazione CFD esterna del raffreddamento in copertura di un data center, per validarne la progettazione e controllare i ricircoli termici tra gruppi elettrogeni e raffreddatori ad aria prima della messa in servizio.
L'essenziale. Simulazione CFD termo-aeraulica esterna del raffreddamento in copertura di un data center a Francoforte. Il gemello digitale integra 26 gruppi elettrogeni, 30 raffreddatori e 3 dry-cooler, oltre a 5 condotti di scarico in quota. Tre scenari di vento, fino al caso critico N+X, validano la progettazione: l'aria aspirata dai gruppi elettrogeni resta a temperatura ambiente e i ricircoli termici restano controllati.
In un contesto in cui i data center su grande scala si moltiplicano, la gestione dei sistemi di raffreddamento diventa cruciale, a causa dell'aumento della densità delle apparecchiature informatiche, spesso superiore a 10 kW per rack. La sfida principale è evacuare efficacemente il calore generato da queste apparecchiature ad alta densità. In EOLIOS mettiamo la nostra competenza tecnica al vostro servizio realizzando studi di fluidodinamica computazionale (CFD) per modellare e ottimizzare gli scambi termici e aeraulici di un data center.
Questa analisi si concentra in particolare sui pennacchi esterni di scarico dei raffreddatori ad aria, dei gruppi elettrogeni e delle altre apparecchiature in copertura. L'obiettivo è verificare se lo smaltimento dei rifiuti termici di questi sistemi rischi di contaminare l'aria di alimentazione tramite anelli di ricircolo. Simuliamo così il comportamento termo-aeraulico di questi pennacchi con calcoli numerici CFD, per garantire una gestione ottimale della temperatura dell'aria in ingresso e prevenire ogni interferenza.
Lo studio mira a validare la progettazione dell'edificio e la posizione dei sistemi sul tetto, verificando che le temperature dell'aria in ingresso ai raffreddatori restino sufficientemente basse e individuando gli eventuali problemi di ricircolo. Comprende inoltre diversi scenari di esercizio: temperature elevate, direzioni del vento variabili e avviamento dei gruppi elettrogeni di emergenza. In caso di problema rilevato, ne individuiamo la causa e proponiamo soluzioni correttive adeguate.
Una corretta impostazione delle condizioni esterne è fondamentale per ottimizzare la gestione termica dei data center tramite simulazione CFD. L'ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) costituisce un riferimento internazionale imprescindibile. Stabilendo norme e fornendo dati climatici precisi, consente a ingegneri e progettisti di adattare i propri sistemi di riscaldamento, ventilazione, climatizzazione e refrigerazione (HVAC-R) agli ambienti reali. L'ASHRAE raccoglie dati meteorologici da migliaia di stazioni in tutto il mondo, garantendo affidabilità e precisione grazie a valori medi ed estremi misurati nel corso di decenni.
Questi dati sono essenziali per il corretto dimensionamento dei sistemi esterni. Tenendo conto delle temperature medie ed estreme, aiutano a prevedere scenari realistici, evitando il sovradimensionamento e ottimizzando l'efficienza energetica. Per il nostro studio, le condizioni climatiche locali sono definite grazie alla stazione meteorologica più vicina al sito, che fornisce informazioni cruciali — come le temperature mensili e i rilievi del vento — determinanti per stabilire le condizioni meteorologiche e i venti dominanti.
Così, basandoci su dati climatici affidabili e standardizzati, possiamo dimensionare sistemi esterni efficienti e durevoli, adatti alle esigenze delle diverse condizioni climatiche.
EOLIOS costruisce un gemello digitale del data center e del suo ambiente immediato, riproducendo fedelmente la geometria dell'edificio, delle apparecchiature in copertura e degli ostacoli circostanti che possono influenzare il flusso d'aria. Questo modello è la base di tutti i calcoli.
Utilizzo dei rilievi ASHRAE — temperature e venti dominanti — della stazione più vicina, per fissare le condizioni al contorno.
Modellazione 3D dell'edificio, dei raffreddatori ad aria, dei 26 gruppi elettrogeni, dei condotti di scarico e delle strutture circostanti.
Discretizzazione del dominio fluido e definizione delle portate d'aria, delle potenze dissipate e delle proprietà termiche di ogni sistema.
Calcolo dei campi di velocità e di temperatura per ogni combinazione di direzione del vento e regime di carico.
Individuazione dei ricircoli, quantificazione delle temperature di aspirazione e formulazione di soluzioni correttive.
Gli scenari simulati nell'ambito dello studio esterno sono i seguenti:
Una sopra-copertura è presente alle uscite dei raffreddatori d'aria per ridurre al minimo i fenomeni di ricircolo. Questa zona è delimitata da pareti dotate di pannelli acustici, e sulle parti basse di queste pareti sono presenti delle alette.
I 26 gruppi elettrogeni si trovano prevalentemente a sud-ovest dell'edificio, sia in copertura sia distribuiti su due piani all'interno. Per deviare i rifiuti termici dei gruppi elettrogeni, 5 condotti di scarico sono installati in quota. La presa d'aria fresca per i gruppi elettrogeni avviene in corrispondenza della facciata sud-ovest dell'edificio, dotata di alette.
Per questi 3 studi, i gruppi elettrogeni sono attivati per considerare la situazione più sfavorevole in termini di rifiuti calorifici. Le unità di raffreddamento, concentrate a nord-est dell'edificio, comprendono 30 raffreddatori e 3 dry-cooler. È stata considerata anche la presenza di apparecchiature ausiliarie in copertura, come le unità di trattamento aria e le pompe di calore.
Lo studio ha analizzato la progettazione esterna del data center attraverso tre scenari critici, basati sulle variazioni della direzione del vento e sulla gestione dei sistemi di raffreddamento, mantenendo al contempo condizioni climatiche estreme secondo gli standard ASHRAE.
Per questo scenario non è stato rilevato alcun fenomeno marcato di ricircolo d'aria. Le simulazioni rivelano che la temperatura misurata all'aspirazione delle unità di raffreddamento resta prossima alla temperatura ambiente, a testimonianza di una progettazione ottimizzata della presa d'aria. La struttura e la disposizione del tetto sono giudicate eccellenti in queste condizioni, garantendo una buona regolazione termica.
Lo studio ha messo in luce un leggero ricircolo d'aria in corrispondenza delle alette sud-ovest, causato principalmente dall'ostruzione parziale dovuta ai condotti di estrazione dei gruppi elettrogeni. Tuttavia, una zona centrale libera da apparecchiature offre un accesso sufficiente all'aria fresca, contribuendo ad attenuare il fenomeno. La temperatura di aspirazione mostra aumenti, in particolare per i sistemi situati a sud, ma resta controllata. I condotti di estrazione dei gruppi elettrogeni assicurano una deviazione efficace dell'aria carica di calorie, riducendo al minimo le interazioni potenziali con i raffreddatori ad aria.
Le difficoltà legate al ricircolo dell'aria persistono, aggravate dalla riduzione delle velocità di mandata legata alla piena capacità di funzionamento. Ciò accresce la propensione al ricircolo d'aria, in particolare attorno alle alette a valle. Le temperature di aspirazione mostrano aumenti significativi, che riguardano essenzialmente le unità posizionate a sud. Nonostante queste condizioni, l'aria aspirata dai gruppi elettrogeni resta a temperatura ambiente, grazie a un'abile gestione della deviazione delle masse d'aria calda.
| Scenario | Ricircolo d'aria | Temperatura di aspirazione | Verdetto |
|---|---|---|---|
| 1 — Vento prevalente (N) | Nessun fenomeno marcato | Prossima alla temperatura ambiente | Progettazione validata |
| 2 — Vento sfavorevole (N) | Leggero ricircolo alle alette sud-ovest | Aumenti a sud, ma controllati | Controllato |
| 3 — Vento sfavorevole critico (N+X) | Ricircolo accentuato a valle | Aumenti significativi a sud; aria dei gruppi mantenuta in ambiente | Resiliente |
Sintesi qualitativa dei tre scenari simulati — EOLIOS Ingegneria.
Da ricordare. la progettazione del tetto dimostra una resilienza sufficiente di fronte a condizioni climatiche impegnative. Anche nel caso più sfavorevole — vento da nord-est unito alla piena capacità operativa — la progettazione complessiva assicura funzionalità ed efficienza adeguate.
EOLIOS ottimizza l'efficienza energetica dei raffreddatori ad aria dei data center basandosi sulla simulazione numerica di fluidodinamica computazionale (CFD).
La CFD ci permette di creare modelli tridimensionali sofisticati che riproducono fedelmente il comportamento termico e il flusso dell'aria all'interno dei sistemi di raffreddamento. Analizzando questi modelli, possiamo individuare con precisione le zone di surriscaldamento e i punti di dispersione energetica, e ottimizzare la configurazione degli scambiatori di calore e dei ventilatori.
Questo approccio ci consente di regolare con precisione la velocità di circolazione dell'aria e l'orientamento dei flussi per ogni condizione climatica esterna, migliorando l'efficienza energetica senza compromettere le prestazioni. Inoltre, le nostre soluzioni permettono di ridurre il Power Usage Effectiveness (PUE), criterio determinante per i data center, garantendo un consumo energetico più razionale e riducendo al minimo i costi operativi per i nostri clienti. Forniamo così raccomandazioni strategiche per la realizzazione di sistemi di gestione termica robusti ed efficienti.
Il tetto, vera e propria “quinta facciata”, svolge un ruolo cruciale nell'efficienza energetica dei data center. Le nostre soluzioni si basano su sopra-coperture progettate per migliorare passivamente la ventilazione e ottimizzare la gestione termica. Grazie alla simulazione CFD, possiamo modellare diverse configurazioni di sopra-copertura e analizzarne l'impatto sulla circolazione naturale dell'aria. Ciò ci consente di progettare strutture che sfruttano in modo intelligente i venti dominanti e le variazioni di pressione per favorire una ventilazione trasversale efficace, riducendo la dipendenza dai sistemi di raffreddamento meccanici e favorendo l'evacuazione del calore accumulato.
Integrando materiali riflettenti e tecnologie d'isolamento innovative, le nostre sopra-coperture contribuiscono a una riduzione significativa dei carichi termici. In questo modo non solo riduciamo l'impronta energetica dei data center, ma aggiungiamo anche uno strato di resilienza climatica, essenziale per garantire la continuità delle operazioni in condizioni meteorologiche variabili.
L'ottimizzazione dei sistemi di raffreddamento, come i gruppi frigoriferi e i gruppi elettrogeni, è essenziale per garantire le prestazioni dei centri dati. Con densità elevate di server e apparecchiature elettroniche, che possono superare i 10 kW per rack, la gestione termica diventa una sfida importante. Un surriscaldamento non controllato può provocare guasti hardware, un calo dell'affidabilità e della disponibilità dei servizi e un degrado prematuro delle apparecchiature.
Di conseguenza, l'ottimizzazione dei sistemi di raffreddamento non si limita a mantenere una temperatura stabile e adeguata; è anche cruciale per ridurre i costi energetici, che rappresentano una quota importante delle spese operative dei data center. Inoltre, riducendo al minimo il consumo di energia, questa ottimizzazione permette di ridurre l'impronta di carbonio degli impianti, in linea con i crescenti requisiti di sostenibilità ambientale del settore. Le simulazioni numeriche realizzate hanno fornito informazioni dettagliate, in particolare sulle temperature dei sistemi nei diversi scenari.
Da ricordare. la carenatura opaca elimina l'aspirazione di aria calda nella parte alta e riduce nettamente i ricircoli termici tra i sistemi in copertura.
EOLIOS dimostra una particolare capacità di integrare i bisogni specifici delle imprese lungo tutti i suoi processi di studio, stabilendo così una partnership realmente collaborativa. Basandoci su una comprensione approfondita delle aspettative e degli obiettivi dei clienti, sviluppiamo soluzioni su misura, adatte alle particolarità di ogni richiesta.
Grazie a una comunicazione aperta e continua, l'azienda assicura che tutte le parti interessate siano allineate sugli obiettivi e sulle fasi dei progetti. I team di EOLIOS lavorano fianco a fianco con le imprese, offrendo non solo competenze tecniche ma anche un saper fare relazionale. Il nostro approccio incentrato sul cliente, unito a competenze di alto livello, garantisce che gli studi realizzati rispondano alle aspettative delle imprese, massimizzando l'efficacia e la pertinenza delle soluzioni proposte.
In EOLIOS, la nostra missione è accompagnarvi nella progettazione e nella valutazione dei vostri sistemi di raffreddamento e ventilazione per data center, garantendo un'efficienza ottimale e una sicurezza rafforzata per le vostre infrastrutture. Forti della nostra competenza nella simulazione CFD, analizziamo le dinamiche termo-aerauliche per ottimizzare la gestione termica.
Grazie alla nostra padronanza delle simulazioni numeriche, individuiamo i flussi d'aria critici e le zone in grado di creare bypass indesiderati. Integrando queste analisi nel nostro approccio, assicuriamo una distribuzione ottimale dell'aria, riducendo il rischio di surriscaldamento nelle zone sensibili e favorendo l'efficienza operativa dei vostri sistemi. Conduciamo valutazioni rigorose per validare e ottimizzare l'efficienza dei vostri sistemi di raffreddamento tenendo conto degli scenari più sfavorevoli, per garantire la durata e le prestazioni dei vostri data center.
Know-how: la simulazione CFD esterna per i data centerOttimizzazione CFD di un data center: scarichi calorifici dei sistemi in copertura, rimescolamento dell'aria e prestazioni del raffreddamento.
Lo studio si concentra sull'ottimizzazione energetica e sulla gestione termica di un data center tramite simulazione CFD. Riguarda la progettazione esterna, in particolare l'integrazione di una sopra-copertura per migliorare passivamente la ventilazione. Attraverso diversi scenari critici, lo studio valuta l'impatto delle variazioni di direzione del vento e della capacità operativa sul ricircolo d'aria e sull'efficienza dei sistemi di raffreddamento.
Modelli tridimensionali sofisticati analizzano il comportamento termico e il flusso dell'aria, precisando le zone di surriscaldamento e ottimizzando le configurazioni dei sistemi. La progettazione complessiva del data center garantisce funzionalità e resilienza a condizioni climatiche impegnative.
Sopra-coperture e materiali riflettenti riducono i carichi termici, mentre i condotti di estrazione dei gruppi elettrogeni deviano l'aria calda e limitano le interazioni con i raffreddatori ad aria. Con un approccio collaborativo e su misura, EOLIOS propone soluzioni che riducono il PUE, garantiscono la continuità delle operazioni e rafforzano la resilienza climatica.
Gemello digitaleStudio data center – Data Hall e locali UPS
Estrazione fumiIngegneria dell'estrazione fumi in un data center
HyperscaleCFD esterna e interna – Data Center Hyperscale
OttimizzazioneOttimizzazione CFD – Data Center
InternoData Center – DC28 – Interno
Locali tecniciLocali tecnici – Data Center
RaffreddamentoOttimizzazione raffreddamento – Data Center
EsternoData Centers – DC15.1 & DC15.2 – Esterno
Gruppo elettrogenoStudio delle perdite di carico – Gruppo elettrogeno – Data center
EsternoData Center – Parigi
IncendioData Center – GAS NOVEC
InternoData center – DC17 – Interno
EsternoData center – D14 – Esterno
EsternoData center – DC25 & DC26 – Esterno
InternoData Center – DC10 – Interno
InternoData center – DC25 – Interno
EsternoDC23 – Esterno
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