EOLIOS Ingegneria ha verificato e ottimizzato la progettazione di un sistema che permette di migliorare la movimentazione d'aria degli aeroraffreddatori situati in copertura di locali tecnici occupati da gruppi elettrogeni.
La missione aveva per oggetto lo studio del sistema di raffreddamento di un data center composto da un complesso di 4 gruppi elettrogeni. Per conto di ENERIA, EOLIOS ha verificato e ottimizzato la progettazione di un dispositivo destinato a migliorare la movimentazione d'aria degli aeroraffreddatori installati in copertura del locale tecnico che ospita questi gruppi.
L'essenziale. Per garantire il raffreddamento di emergenza di un data center, EOLIOS ha modellato in CFD un locale con 4 gruppi elettrogeni e i suoi aeroraffreddatori in copertura, interno ed esterno accoppiati. La simulazione ha rivelato un ricircolo dell'aria calda favorito da un timpano opaco, poi ha guidato le correzioni della progettazione per ristabilire un'estrazione efficace del calore.
La sfida di un progetto simile risiede nel padroneggiare i particolari fenomeni termo-aeraulici indotti dal funzionamento dei motori ad altissima temperatura. Si tratta di studiare, tramite simulazione CFD termo-aeraulica, i diversi principi aeraulici e termici che governano il sito a seconda della configurazione adottata per i sistemi di raffreddamento.
Questa analisi esamina il pennacchio di scarico di una serie di generatori in relazione con i sistemi di copertura del data center. L'obiettivo è determinare se lo scarico dei sistemi possa contaminare l'aria di alimentazione dei diversi impianti e valutarne l'impatto sugli edifici adiacenti.
A tale scopo si simula tramite il calcolo numerico CFD il comportamento termo-aeraulico dei diversi fenomeni che hanno luogo sia all'esterno del modello sia all'interno dei locali tecnici dei gruppi elettrogeni.
Un aeroraffreddatore smaltisce il calore di un fluido verso l'aria esterna per mezzo di ventilatori. In copertura, la sua prestazione dipende direttamente dalla temperatura dell'aria che aspira: appena quell'aria è riscaldata dalla propria emissione, la capacità di raffreddamento cala. Il tema rientra nei sistemi di raffreddamento per data center.
La simulazione ha integrato l'insieme dei fenomeni fisici determinanti per l'affidabilità del raffreddamento:
Il tiraggio termico è il movimento ascendente dell'aria calda, più leggera, che fuoriesce dalle aperture alte aspirando aria fresca dal basso. In un locale di gruppi elettrogeni governa la portata d'aria che attraversa realmente i motori, e quindi la reale capacità di raffreddamento disponibile.
I risultati dei primi studi hanno evidenziato la presenza di un ricircolo e di un'estrazione del calore non ottimale per i sistemi di copertura. La presenza di un timpano opaco favoriva il ricircolo dell'aria estratta dagli aeroraffreddatori verso le zone di aspirazione.
Questo fenomeno di ricircolo comporta un aumento della temperatura di mandata dei sistemi che, per effetto del circuito chiuso, provoca a sua volta un aumento della temperatura di ripresa, degradando progressivamente le prestazioni di raffreddamento e l'affidabilità dell'impianto.
Il ricircolo è la riaspirazione, da parte degli aeroraffreddatori, di una parte dell'aria calda che hanno appena scaricato. Ogni giro di circuito alza la temperatura di ripresa e fa divergere il punto di funzionamento: è un meccanismo vicino all'origine degli hot spot nei data center.
A partire da questa diagnosi, è stato possibile apportare soluzioni di ottimizzazione alla progettazione per interrompere il circuito di ricircolo, ristabilire un'estrazione efficace del calore e garantire il funzionamento dei gruppi elettrogeni in copertura.
Questo studio illustra tutto l'apporto della modellazione numerica in fase di progettazione: rivelando un fenomeno di ricircolo invisibile prima della messa in servizio, la simulazione CFD permette di adeguare le scelte tecniche per garantire l'affidabilità del raffreddamento di emergenza, condizione essenziale della disponibilità di un data center.
Da ricordare. Un locale di gruppi elettrogeni ben dimensionato sulla carta può comunque entrare in ricircolo una volta costruito: sono la geometria reale (timpano, disposizione, aperture) a confronto con il vento e il tiraggio a decidere, e solo uno studio accoppiato interno/esterno lo mostra prima dei lavori.
Ricircolo in copertura, accoppiamento interno/esterno e apporto della CFD in un locale di gruppi elettrogeni.
Il ricircolo è la riaspirazione, da parte degli aeroraffreddatori, di una parte dell'aria calda che hanno appena scaricato. La temperatura di ripresa aumenta, il che degrada progressivamente il rendimento del raffreddamento e l'affidabilità dell'impianto. Un fenomeno analogo è stato trattato nel nostro progetto compressori su una nave offshore.
Il timpano fa da schermo al vento e crea una zona di ricircolo a valle, in cui l'aria calda estratta resta intrappolata invece di essere evacuata. Viene poi riaspirata dalle prese d'aria vicine.
Il raffreddamento dipende dall'accoppiamento dei due: il vento e la topografia esterni fissano le condizioni al contorno, mentre il tiraggio termico e le perdite di carico interne governano la portata reale che attraversa i gruppi. Trattarli insieme evita un risultato falsato.
Rivela fenomeni invisibili sul disegno, come un ricircolo, prima della messa in servizio. Si possono allora correggere la disposizione e le aperture per garantire il raffreddamento di emergenza senza costosi interventi correttivi successivi.
I gruppi elettrogeni subentrano in caso di interruzione della rete. Se il loro raffreddamento cede per ricircolo, possono andare in sicurezza, il che minaccia direttamente la disponibilità del data center nel momento peggiore.
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Questo studio termo-aeraulico realizzato da EOLIOS riguarda il raffreddamento di emergenza di un data center dotato di 4 gruppi elettrogeni. La simulazione CFD del vento sul sito e dei flussi termici ha permesso di analizzare il pennacchio di scarico, di individuare un ricircolo dell'aria calda in copertura favorito da un timpano opaco e di ottimizzare la movimentazione degli aeroraffreddatori per rendere affidabile l'estrazione del calore.
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