Pomieszczenia techniczne — data center

Analiza termiczna pomieszczeń technicznych centrów danych

Wobec rosnącego popytu zarządzanie ciepłem w pomieszczeniach technicznych jest wyzwaniem najważniejszym. EOLIOS wykorzystuje CFD, aby proponować rozwiązania dopasowane, zapewniające parametry, efektywność energetyczną i niezawodność. Analizowane pomieszczenia, pomieszczenie UPS, pomieszczenie STS i pomieszczenie transformatorów, znajdują się w Meudon.

Najważniejsze. Analiza termiczna CFD trzech pomieszczeń technicznych data center w Meudon (UPS, STS, transformatory). Symulacja ujawnia zjawiska obiegu zamkniętego, które kierują ciepłe powietrze z powrotem na wloty i tworzą punkty przegrzewania. Rozwiązania na miarę (pełna obudowa, kanałowe odprowadzenie wyrzutów, podniesienie wlotów jednostek CRAH) usuwają obieg zamknięty i obniżają temperaturę o 5 °C; analiza redundancji potwierdza zachowanie przy jednej jednostce CRAH zatrzymanej.

3 pomieszczenia

UPS · STS · transformatory

−5 °C

na wlotach chłodnego powietrza

Redundancja

CRAH N+1 potwierdzona

Meudon · Francja UPS · STS · transformatory Obieg zamknięty usunięty Obudowa · kanały · CRAH Redundancja N+1

Wykorzystanie CFD do optymalizacji termicznej

Dlaczego wykonać analizę CFD?

W świecie centrów danych, zarządzanie ciepłem zajmuje miejsce centralne. Zwykle w halach urządza się korytarze ciepłe i zimne, aby zoptymalizować chłodzenie serwerów i urządzeń. Gdy jednak chodzi o pomieszczenia techniczne, sytuacja jest zupełnie inna: każdy obiekt jest wyjątkowy, ma własne ograniczenia i konfiguracje, co czyni znormalizowane rozwiązania chłodzenia często niewłaściwymi.

W tym kontekście wiedza z zakresu CFD (Computational Fluid Dynamics) odgrywa rolę kluczową. Wobec braku ustalonych wzorców i gotowych rozwiązań niezbędne jest sięgnięcie do zaawansowanych narzędzi modelowania, aby zrozumieć i zoptymalizować obieg powietrza, odprowadzanie ciepła i rozkład temperatury. Przy pomocy CFD wykonujemy pogłębioną analizę infrastruktury, aby wskazać strefy ciepłe, zoptymalizować przepływy powietrza i zaprojektować rozwiązania chłodzenia właściwe dla tych pomieszczeń technicznych.

Linie prądu barwione temperaturą — Linie prądu — barwione temperaturą

Proces modelowania 3D

Aby wykonać model 3D pomieszczenia technicznego do analizy CFD, opieramy się zarazem na planach pomieszczeń i na wizytach na obiekcie. Najpierw szczegółowe plany architektoniczne pomieszczenia pozwoliły pobrać wymiary i rozmieszczenie urządzeń. Następnie, w czasie wizyty na obiekcie, wykonano pogłębione obserwacje i dokładne pomiary, a także zinwentaryzowano szczegóły takie jak układów chłodzenia, kratki wentylacyjne i przeszkody.

Wykorzystując oprogramowanie do modelowania 3D utworzono modele geometryczne pomieszczeń, obejmujące urządzenia i przeszkody z zachowaniem ich rzeczywistego położenia. Na koniec, przypisując właściwe cechy fizyczne każdemu elementowi modelu (przewodność cieplna materiałów, wyrzuty ciepła maszyn, parametry układów klimatyzacji), można było wykonać analizy CFD.

Model 3D pomieszczenia UPS — widok wnętrza

Wyniki symulacji

Wykrywanie odchyleń termicznych i obiegów zamkniętych

W naszych symulacjach istniejącej konfiguracji pomieszczeń technicznych, nadmiernie wysokie temperatury stwierdzono na wlotach chłodnego powietrza układów. Te wysokie temperatury wynikają głównie ze zjawisk obiegu zamkniętego, w których ciepłe powietrze wraca do obiegu, zamiast być skutecznie odprowadzone.

Ponadto wskazano obecność punktów przegrzewania, czyli strefy niedostatecznego odprowadzania ciepła, co może prowadzić do ryzyka przegrzania urządzeń. Potrzebne jest wtedy nowe rozwiązanie projektowe, aby zoptymalizować obieg powietrza, uniknąć obiegu zamkniętego i poprawić odprowadzanie ciepła.

Definicja · obieg zamknięty (recyrkulacja)

Zjawisko, w którym ciepłe powietrze wyrzucane przez urządzenia jest ponownie zasysane, zamiast zostać odprowadzone. Podnosi temperaturę powietrza na wlocie, obniża skuteczność chłodzenia i sprzyja powstawaniu punktów przegrzewania.

Rozwiązania na miarę

Zaproponowano nowe rozwiązania projektowe dopasowane do każdego pomieszczenia, aby uniknąć obiegu zamkniętego i obniżyć nadmierne temperatury:

STS
Kanałowe odprowadzenie wyrzutów ciepła, aby lepiej ukierunkować i odprowadzić ciepło.
UPS
Pełna obudowa między częścią górną i dolną, aby rozdzielić masy powietrza ciepłego i zimnego.
TR
Podniesienie wlotów jednostek CRAH, aby lepiej odbierać powietrze obciążone ciepłem.

Linie prądu — pełna obudowa — Linie prądu barwione temperaturą — pełna obudowa

Te nowe rozwiązania projektowe poddano zaawansowanym symulacjom CFD, aby ocenić ich skuteczność. Wyniki są bardzo obiecujące: wyraźnie pokazują, że nowe rozwiązania pozwalają uniknąć obiegu zamkniętego i obniżyć temperatury na wlotach chłodnego powietrza układów. Temperatury udało się obniżyć o 5 °C, co w dużym stopniu przyczynia się do zapewnienia optymalnych warunków pracy i ograniczenia ryzyka przegrzania w pomieszczeniach technicznych data center.

Do zapamiętania. Rozwiązania na miarę (kanały w STS, obudowa w UPS, podniesienie wlotów CRAH po stronie transformatorów) usuwają obieg zamknięty i obniżają temperatury na wlotach o 5 °C.

Pole temperatury — rozwiązanie dotychczasowe — Pole temperatury na wysokości wlotu — rozwiązanie dotychczasowe

Pole temperatury — rozwiązanie nowe — Pole temperatury na wysokości wlotu — rozwiązanie nowe

Analiza redundancji: jednostka CRAH zatrzymana

Wykonano skrupulatną analizę redundancji w pomieszczeniach technicznych, aby zapewnić niezrównaną niezawodność układów chłodzenia. W tym celu w każdym pomieszczeniu umieszczono dwie jednostki CRAH, pracujące równolegle dla optymalnej redundancji eksploatacyjnej. Takie podejście pozwala utrzymać wystarczającą moc chłodniczą także przy awarii jednej z jednostek.

Definicja · CRAH (Computer Room Air Handler)

Jednostka uzdatniania powietrza w pomieszczeniu technicznym, która odbiera ciepłe powietrze, chłodzi je i podaje ponownie. Jej strumienie i wysokość wlotów decydują o odbiorze ciepła i jednorodności temperatur.

Prędkości powietrza na wyjściu dwóch jednostek CRAH

Aby potwierdzić skuteczność tej redundancji, wykonano szczegółowe symulacje z wyłączeniem jednej jednostki CRAH. Wyniki pokazały, że nawet przy jednej jednostce CRAH zatrzymanej temperatura w pomieszczeniach technicznych pozostaje w dopuszczalnym zakresie, bez żadnego ryzyka przegrzania. Ten dowód pokazuje skuteczność wprowadzonej redundancji.

W EOLIOS zawsze uwzględniamy podstawowe znaczenie redundancji w środowiskach krytycznych, takich jak centra danych. Doświadczenie w symulacji CFD pozwala projektować rozwiązania chłodzenia mocne i niezawodne, zapewniając nieprzerwaną dostępność urządzeń także przy awarii jednej jednostki.

Definicja · redundancja N+1

Zasada polegająca na zainstalowaniu jednostki chłodniczej rezerwowej ponad ścisłą potrzebę, aby awaria albo prace serwisowe nie zagroziły chłodzeniu. CFD sprawdza zachowanie temperatury przy jednej jednostce zatrzymanej.

Do zapamiętania. Sprawdzenie redundancji obliczeniami, z jedną jednostką CRAH zatrzymaną, dowodzi dostępności chłodzenia przed rzeczywistym zdarzeniem, zamiast ją zakładać.

Doświadczenie: analiza termiczna pomieszczeń technicznych centrów danych

FAQ

Pomieszczenia techniczne: Twoje pytania

Obieg zamknięty, rozwiązania na miarę i redundancja CRAH: odpowiedzi na pytania operatorów i projektantów przed analizą termiczną CFD.

Dlaczego analiza CFD pomieszczeń technicznych?

Inaczej niż serwerownie z korytarzami ciepłymi i zimnymi, każde pomieszczenie techniczne jest wyjątkowe, a rozwiązania znormalizowane są tam często niewłaściwe. CFD modeluje obieg powietrza, odprowadzanie ciepła i rozkład temperatury, aby wskazać strefy ciepłe i zaprojektować chłodzenie na miarę, jak w naszej optymalizacji chłodzenia data center.

Czym jest zjawisko obiegu zamkniętego?

To recyrkulacja ciepłego powietrza wyrzucanego przez urządzenia z powrotem na ich własne wloty chłodnego powietrza. Podnosi temperatury na wlocie i tworzy punkty przegrzewania; jego usunięcie jest pierwszym celem przeprojektowania.

Jak budujemy modele 3D?

Na podstawie planów architektonicznych (wymiary, rozmieszczenie) i wizyt na obiekcie (pomiary układów chłodzenia, kratki, przeszkody). Każdy element otrzymuje swoje cechy fizyczne: przewodność cieplną, wyrzuty ciepła i parametry klimatyzacji.

Jakie zyski dają proponowane rozwiązania?

Kanałowe odprowadzenie wyrzutów (STS), pełna obudowa (UPS) i podniesienie wlotów jednostek CRAH (transformatory) usuwają obieg zamknięty i obniżają temperatury na wlotach o 5 °C.

Co sprawdza analiza redundancji?

Symuluje zatrzymanie jednej z dwóch jednostek CRAH w pomieszczeniu: temperatura pozostaje w dopuszczalnym zakresie, bez ryzyka przegrzania, co zapewnia nieprzerwaną dostępność także przy awarii.

Nie znalazłeś odpowiedzi?

Poznaj nasze specjalizacje, projekty i opracowania techniczne, aby wyjść poza FAQ.

Pomieszczenia techniczne — data center.