Ingegneria dell’estrazione del fumo in un centro dati

Nell’ambito della costruzione di un nuovo centro dati, un importante operatore del settore ha richiesto l’esperienza diEOLIOS per uno studio sull ‘estrazione dei fumi finalizzato a valutare le condizioni di sicurezza per le persone coinvolte in caso diincendio in una sala computer.

Questo centro dati, progettato per ospitare diverse centinaia di rack di computer ad alta densità, presenta problemi critici di sicurezza antincendio. Il progetto si inserisce in un contesto normativo impegnativo, in cui devono coesistere la protezione delle persone e la continuità del servizio delle infrastrutture digitali. Sebbene il sito non sia classificato come ERP, la sicurezza delle persone coinvolte, in particolare dei vigili del fuoco, rimane una questione fondamentale.

Lo studio commissionato a EOLIOS aveva due obiettivi:

Convalidare la capacità del sistema di estrazione dei fumi di ripristinare condizioni accettabili per i servizi di emergenza in caso di incendio in una stanza piena di armadietti per computer.
Identificare eventuali aree di inaccessibilità temporanea, in relazione alla posizione dell’incendio, alle condizioni di propagazione e al comportamento del sistema di estrazione dei fumi.

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> Progetto: Studio dell'incendio - Evoluzione della temperatura - Datahall - Incendio A con propagazione - Scala 40-100

Problemi di incendio e strategie di estrazione del fumo nelle sale IT

Incendio in ambienti tecnici ventilati: un approccio specifico

Lo studio sull ‘estrazione dei fumi affidato a EOLIOS faceva parte di un progetto di data center ad alta densità informatica, in cui i rischi associati agliincendi non possono essere affrontati con un approccio convenzionale. La sala analizzata, che è rappresentativa delle altre sale dell’edificio, è progettata per ospitare circa 400 alloggiamenti per computer, che rappresentano un carico termico totale di oltre 4 MW, tutti dissipati da un sistema di raffreddamento ad aria forzata nella galleria tecnica.

Questo livello di potenza, unito alla densità del layout, implica un’alta concentrazione di materiali combustibili, fonti di calore e circolazionedell’aria, in uno spazio che è allo stesso tempo compartimentato e altamente tecnico.

Obiettivo dello studio: garantire la sostenibilità dei servizi di emergenza.

A differenza di un locale aperto al pubblico, l’edificio non è destinato a essere occupato in modo permanente. Tuttavia, le norme di sicurezza applicabili richiedono che siano garantite le condizioni di intervento dei vigili del fuoco, in particolare in termini di visibilità, temperatura e radiazione termica.

Questo requisito si applica in assenza di un sistema di estrazione dei fumi ad attivazione automatica: l’attivazione rimane volontaria, effettuata sul posto dopo la valutazione dei servizi di emergenza. Il sistema deve quindi essere in grado di ripristinare le condizioni favorevoli anche se l’incendio è già iniziato.

Il problema da risolvere consisteva nell’individuare le configurazioni critiche di un incendio localizzato o propagato e nel valutare la capacità del sistema di estrazione dei fumi di evacuare i fumi senza aggravare la combustione. Era necessario capire quando e in quali condizioni si poteva prevedere un intervento, tenendo conto del comportamento degli impianti tecnici, in particolare del riciclo dell’aria attraverso le pareti ventilate, del ruolo del plenum di alimentazione e della geometria dell’edificio.

La simulazione ha dovuto tenere conto anche dell’effetto degli sprinkler che, sebbene siano efficaci nel limitare la diffusione dell’incendio, potrebbero non essere sufficienti a garantire una visibilità sufficiente o ad abbassare rapidamente le temperature ambientali.

In breve, l’obiettivo non era solo quello di convalidare il dimensionamento del sistema di estrazione dei fumi e delle risorse di emergenza, ma soprattutto di comprendere le dinamiche effettive in un ambiente complesso, al fine di fornire al proprietario del progetto e alle autorità di vigilanza una visione precisa e fondata della sicurezza del sito.

Simulazione CFD di un incendio in una sala dati

Creazione di un modello realistico adattato alle configurazioni dei data center

Per raggiungere gli obiettivi dello studio e fornire una visione realistica e predittiva dei fenomeni diincendio nella sala dati, EOLIOS ha implementato un approccio basato sulla simulazione numerica in fluidodinamica. Lo strumento utilizzato per questa missione, il Fire Dynamics Simulator (FDS), è un punto di riferimento internazionale nel campo della modellazione degli incendi. Sviluppato dal National Institute of Standards and Technology (NIST), consente di simulare con precisione la propagazione del fumo, l’evoluzione della temperatura e il comportamento dell’aria in ambienti complessi.

La prima fase del lavoro è consistita nella costruzione di un modello 3D fedele alla geometria reale della sala, integrando tutti gli elementi che influenzano i flussi. La modellazione ha tenuto conto della suddivisione dei corridoi, del posizionamento preciso delle postazioni informatiche, dell’altezza del soffitto, delle gallerie tecniche, dei plenum di mandata e dei sistemi di ripresa.

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Particolare attenzione è stata dedicata alla rappresentazione dei dispositivi di trattamento dell’aria, in questo caso le pareti ventilate, e ai vari punti di flusso dell’aria tra i volumi. Nel modello sono state rappresentate anche le serrande di estrazione del fumo, le griglie di mandata e le prese d’aria fresca, per valutare il loro ruolo nei meccanismi di estrazione del fumo una volta attivati.

La maglia scelta per questo studio ci ha permesso di raggiungere una risoluzione fine, con più di cento milioni di cellule attive, garantendo una riproduzione fedele dei gradienti di temperatura, fumo e velocità.

Identificare le potenziali fonti di incendio

Sono stati definiti tre scenari di incendio per coprire le principali configurazioni critiche a seconda della posizione del fuoco.

Scenario A: incendio all’inizio di un vialetto
Scenario B: incendio alla fine del corridoio, vicino alle unità di trattamento dell’aria.
Scenario C: incendio al centro del corridoio

Per ognuno di questi casi sono state studiate due varianti:

Incendio non diffuso: una singola baia in fiamme
Incendio con propagazione: estensione alle campate adiacenti ogni due minuti e modellazione dell’attivazione degli sprinkler

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Dimensionamento del fuoco e ruolo dei sistemi sprinkler

Il comportamento dell ‘incendio è stato rappresentato in modo realistico, basandosi sui dati della letteratura scientifica sull’accensione dei cabinet dei computer. La potenza termica definita corrisponde a un caso rappresentativo di incendio ventilato in un ambiente di tipo data center.

Ogni simulazione è stata eseguita per un periodo di alcune decine di minuti, in modo da osservare gli effetti ritardati dell’incendio sull’ambiente e valutare l’impatto dell’attivazione dell ‘estrazione dei fumi a metà strada. Questa scelta temporale ha permesso di analizzare sia la fase di sviluppo dell’incendio sia la fase di stabilizzazione post-sprinkler, con o senza l’intervento dell’estrazione dei fumi.

Infine, per ogni scenario, EOLIOS ha estratto le quantità fisiche rilevanti ad altezza d’uomo, ovvero temperatura, visibilità, flusso di calore radiante e velocità del flusso d’aria. Questi dati sono stati analizzati in base alle soglie di tenibilità riconosciute dalle normative francesi e dagli standard internazionali, consentendo una valutazione oggettiva della fattibilità dell’intervento umano in un ambiente pieno di fumo.

Analisi delle condizioni antincendio

Effetti osservati in caso di incendio circoscritto (1 baia)

Le simulazioni effettuate nell’ambito degli scenari di incendio localizzato hanno dimostrato che l’ambiente interno era sotto controllo. Quando un singolo rack di computer viene colpito dall’incendio, il carico termico rimane moderato e gli effetti termici sono limitati alle immediate vicinanze dell’incendio. Ad altezza d’uomo, le temperature non superano le soglie critiche per gli interventi di resistenza al fuoco e i flussi di calore irradiati rimangono al di sotto dei valori limite generalmente accettati per garantire la sicurezza delle persone coinvolte.

Anche la diffusione del fumo rimane contenuta in questo tipo di configurazione. Grazie all’efficacia della compartimentazione verticale e alla presenza di pavimenti sospesi, i fumi tendono a concentrarsi negli strati superiori, formando una stratificazione stabile che ha un impatto minimo sulle aree di circolazione. Il sistema di ventilazione meccanica, sempre attivo, aiuta a limitare la diffusione orizzontale di questi fumi senza creare alcuna sovrappressione sfavorevole. Di conseguenza, la visibilità è generalmente soddisfacente per la maggior parte del volume, anche nei corridoi adiacenti.

Questo comportamento convalida la strategia di base adottata per l’organizzazione della sala dati, ovvero la canalizzazione dei flussi d’aria, la suddivisione delle zone di alimentazione e di ritorno e la netta separazione tra i circuiti di evacuazione e le zone di potenziale propagazione. In queste condizioni, i servizi di emergenza possono intervenire rapidamente senza attendere l’attivazione del sistema di estrazione dei fumi, il che rappresenta un grande vantaggio in caso diincendio individuato in fase iniziale.

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Isotemperatura senza propagazione

Impatto della propagazione su temperature e visibilità

Quando l’incendio si propaga a più corsie, a causa dell’effetto termico o della mancanza di un rilevamento rapido, le condizionidi risposta peggiorano notevolmente. I risultati mostrano un rapido aumento delle temperature nei corridoi interessati, che nei casi peggiori raggiungono oltre 100°C ad altezza uomo. La propagazione dell’incendio modifica localmente i flussi aeraulici, in particolare in prossimità delle unità di trattamento dell’aria, che possono generare un effetto di ricircolo dei gas caldi verso le zone di recupero.

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Temperatura Iso 100°C

Questo fenomeno crea sacche diaria surriscaldata in alcune aree del padiglione, anche a distanza dall’incendio, rendendo difficile o addirittura temporaneamente impossibile l’accesso dei servizi di emergenza senza una protezione rinforzata. Inoltre, la combustione prolungata di alcune campate, ricche di materie plastiche, ha generato una significativa produzione di fuliggine, che ha portato a una rapida diminuzione della visibilità al di sotto delle soglie richieste. A partire dal decimo minuto, alcune aree del padiglione sono diventate completamente opache, rendendo impossibile la navigazione in sicurezza senza un’attrezzatura adeguata.

Anche le gallerie di servizio, che sono collegate alle aree principali tramite condotti per cavi o condotti di ventilazione, subiscono un aumento della temperatura e una graduale contaminazione da parte del fumo, limitando le possibilità di accesso indiretto all’incendio. In questi casi, è necessario attivare l’estrazione del fumo per ristabilire le condizioni minime di visibilità e limitare l’accumulo termico dell’edificio.

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Piano di temperatura senza propagazione

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Piano di temperatura

Effetto dei sistemi di estrazione dei fumi sulla sicurezza antincendio

Le simulazioni confermano l’efficacia del sistema di estrazione dei fumi così come è stato progettato, a patto che venga attivato manualmente al momento giusto. Negli scenari testati, l’attivazione delle serrande di estrazione del fumo a partire dal quattordicesimo minuto avvia una dinamica di ricambio dell’aria favorevole, evacuando il fumo stagnante e riducendo gradualmente la temperatura nelle zone di circolazione.

Questo meccanismo agisce con una certa inerzia, ma i suoi effetti diventano evidenti entro cinque o sei minuti dall’attivazione. Gli strati di gas caldi vengono aspirati attraverso le bocchette e sostituiti daaria fresca introdotta da livelli inferiori o da zone cuscinetto, il che aiuta a ripristinare i volumi accessibili a livello del suolo. Questo non solo migliora la visibilità, ma riduce anche la pressione termica sulle strutture e sui materiali sensibili non ancora interessati dall’incendio.

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Piano di visibilità

In combinazione con il sistema sprinkler, che limita l’intensità del calore dell’ incendio, l’estrazione del fumo stabilizza la situazione e apre una finestra di opportunità per i servizi di emergenza. Le simulazioni dimostrano che la combinazione di questi due sistemi tecnici permette di ripristinare un’atmosfera accettabile nella maggior parte della sala dati dopo pochi minuti, anche in caso di propagazione iniziale.

Ciò conferma l’importanza di un’accurata coordinazione tra rilevamento, spegnimento ed estrazione per garantire una gestione efficace degli incendi in questo tipo diambiente tecnico.

Il contributo di EOLIOS: esperienza nella sicurezza antincendio dei centri dati

Strumenti digitali per le prestazioni antincendio

In seguito all’analisi meteorologica, sono stati identificati due venti prevalenti. I due venti prevalenti sono stati simulati. I risultati di questi studi hanno evidenziato vari fenomeni aeraulici che hanno un impatto sulle temperature e sull’apporto di aria ai sistemi. Sono stati identificati fenomeni di looping tra i sistemi, che portano a un aumento delle temperature di ingresso del raffreddatore ad aria. Le calorie evacuate vengono richiamate dagli stessi sistemi o dai sistemi circostanti.

Questi fenomeni sono stati individuati soprattutto nei primi raffreddatori ad aria esposti al vento. Il vento favorisce il ritorno dei pennacchi termici, amplificando i fenomeni di looping. Sul resto del tetto, il fenomeno è più piccolo e localizzato. In questo caso, è dovuto principalmente alla mancanza di aria, che porta al risucchio dei sistemi in alto.

Anche la densità degli impianti sul tetto favorisce questi fenomeni. In questo centro dati la potenza erogata per m2 è particolarmente elevata e contribuisce all’aumento generale della temperatura. Inoltre, l’aumento del numero di impianti sul tetto limita la circolazione dell’aria e favorisce la comparsa di zone a bassa velocità che favoriscono il ristagno delle calorie. Queste zone di ristagno sono state individuate in particolare intorno ai trasformatori. Le temperature intorno a questi impianti si aggirano intorno ai 50°C.

Al fine di ridurre il looping, è stato condotto uno studio per aggiungere un rivestimento ai sistemi. L’aggiunta di un rivestimento opaco elimina l’aspirazione dei sistemi nella parte superiore, che si carica di calore. Le temperature registrate con questo nuovo design si sono ridotte di quasi 2°C. Di conseguenza, si è ridotta anche la perdita di potenza di raffreddamento, migliorando l’efficienza complessiva dei sistemi di raffreddamento.

Studio dei venti prevalenti: strategia per ridurre il looping tra i raffreddatori d'aria

Quando ci si trova di fronte ad ambienti specifici come le sale computer ad alta densità energetica, gli strumenti convenzionali dianalisi degli incendi mostrano rapidamente i loro limiti. Nell’ambito di questo incarico, EOLIOS è stata in grado di implementare una modellazione avanzata per rappresentare con precisione gli effetti reali di un incendio in una moderna sala dati. L’uso del software FDS, unito alla modellazione 3D completa del sito, ha permesso di simulare scenari rappresentativi e utilizzabili, incorporando le complesse interazioni tra i sistemi di alimentazione dell’aria, la compartimentazione, il ricircolo dell’aria e l’estrazione dei fumi.

Oltre alla modellazione, EOLIOS ha strutturato lostudio in modo da fornire indicatori chiari: temperatura, visibilità, radiazione termica, condizioni di tenibilità, ecc. Ogni parametro è stato analizzato ad altezza d’uomo, con particolare attenzione alle soglie ammissibili per un intervento umano prolungato. Questo approccio pragmatico, incentrato sulle esigenze operative, ci permette di valutare non solo le prestazioni intrinseche degli impianti, ma anche la loro efficaciain situazioni reali.

Un approccio chiaro e affidabile che può essere sfruttato con le autorità.

Lostudio si è distinto anche per la capacità di unire le parti interessate al progetto intorno a una comprensione condivisa dei problemi. I risultati sono stati presentati sotto forma di relazioni illustrate,estratti video delle simulazioni e mappe spazio-temporali, rendendoli facilmente comprensibili per il proprietario del progetto, gli operatori, gli uffici di controllo e i servizi antincendio e di soccorso. Questo approccio tecnico è uno dei punti di forza diEOLIOS, che unisce il rigore metodologico alla capacità di rendere leinformazioni intelligibili e direttamente utilizzabili.

Infine, questo studio è uno strumento prezioso per il dialogo con le autorità amministrative. Dimostra che il sito non solo è conforme ai requisiti normativi, ma che è stato oggetto di un approccio volontario peranticipare eottimizzare il rischio di incendio. In questo senso, va oltre il quadro di una semplice validazione progettuale e si inserisce in una logica di resilienza, performance e responsabilità tecnica. È proprio questo tipo diapproccio cheEOLIOS intende promuovere insieme ai suoi clienti nel settore dei data center e non solo.

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Video riassuntivo dello studio

Sintesi dello studio

Lostudio sull’estrazione dei fumi realizzato da EOLIOS per un centro dati ad alta densità aveva l’obiettivo di garantire la sicurezza delle persone coinvolte in caso diincendio e di convalidare le prestazioni dei sistemi di protezione. Utilizzando la modellazione CFD (FDS) e un modello 3D dettagliato, sono stati simulati diversi scenari, incorporando gli effetti degli sprinkler, dell’estrazione dei fumi e delle caratteristiche tecniche del sito.
I risultati mostrano che, per un incendio localizzato a una baia, le condizioni rimangono generalmente accettabili(temperatura, visibilità, radiazione). D’altra parte, in caso di propagazione, la visibilità diminuisce rapidamente, le temperature salgono oltre le soglie critiche e alcune aree diventano inaccessibili.

L’attivazione controllata dell’ aspirazione del fumo, soprattutto se abbinata agli sprinkler, può ripristinare le condizioni favorevoli dopo pochi minuti e aprire una finestra di opportunità per i servizi di emergenza.
Oltre alle simulazioni, lo studio ha prodotto indicatori chiari (tenibilità, flussi di calore, stratificazione del fumo) e supporti didattici (video, mappe), facilitando il dialogo con il proprietario del progetto, gli operatori e le autorità.
Questo approccio illustra la capacità di EOLIOS di combinare rigore scientifico e formazione tecnica, offrendo una visione operativa del rischio incendio. Va oltre la semplice validazione normativa e si basa su una logica di resilienza, performance e responsabilità.