Doświadczenie EOLIOS w symulacja CFD (Computational Fluid Dynamics) oraz w optymalizacji układów chłodzenia odegrało kluczową rolę w rozwiązaniu zewnętrznego wyzwania termiczno-przepływowego centrów danych.
Nasze doświadczenie pozwoliło przewidzieć zjawiska obiegu zamkniętego ciepła na dachu i potwierdzić wpływ agregatów prądotwórczych, zapewniając optymalne osiągi oraz skuteczne i trwałe zarządzanie ciepłem w tych złożonych obiektach.
Najważniejsze. Wewnętrzna i zewnętrzna analiza CFD data center we Włoszech (obiekty PAR5 i PAR6). Wewnątrz przy podwójnej awarii pojawia się ryzyko przegrzania szaf (do 35 °C, powyżej nastawy 28 °C); na zewnątrz rozprzestrzenianie plum na dachu jest ogólnie opanowane, z miejscowymi obiegami zamkniętymi przy niektórych kierunkach wiatru. Agregaty prądotwórcze, 3-metrowy komin wyrzutowy i cyfrowy bliźniak potwierdzają niezawodną pracę, także w trybie awaryjnym.
Wpływ plum termicznych na zewnątrz budynku jest trudny do przewidzenia z powodu zmiennych, nad którymi projektanci i architekci nie panują. Należą do nich prędkość wiatru, temperatura powietrza, kierunek wiatru (analizowany na podstawie miejscowej róży wiatrów) oraz ukształtowanie zabudowy w otoczeniu.
Tymczasem te zjawiska recyrkulacji (obiegu zamkniętego ciepła) wpływają bezpośrednio na osiągi urządzeń chłodniczych ustawionych na dachu.
Ponowne zassanie przez chłodnicę powietrzną części ciepłego powietrza wyrzuconego w pobliżu (pluma agregatu prądotwórczego albo innego wymiennika). Podnosi temperaturę na ssaniu i wyprowadza urządzenie poza jego zakres pracy.
EOLIOS towarzyszy Ci w analizie wpływu tych zagadnień przepływowych, aby zapewnić optymalną pracę w każdych warunkach, także najbardziej skrajnych (scenariusze niekorzystnych wiatrów albo awarii).
Na tym obiekcie obejmuje to zastosowanie rozbudowanych układów chłodnic powietrznych oraz optymalizację instalacji hydraulicznej (zbiorniki buforowe), tak aby zapewnić trwałe odprowadzanie ciepła i zoptymalizować koszty eksploatacji. Elastyczność i bezpieczeństwo są sednem tego rozwiązania.
Te centra danych mają infrastrukturę redundantną (tryby N+1 i N), aby utrzymać chłodzenie mimo zakłóceń. Ten wysoki poziom zabezpieczenia pozwala nie tylko uprościć konserwację, ale też pracować bez przerw, nawet przy zaniku zasilania (blackout), dzięki uruchomieniu rezerwowych agregatów prądotwórczych i pomieszczeń UPS.
Wyprzedzanie zdarzeń metodami numerycznymi odgrywa kluczową rolę w sprawności eksploatacyjnej tych centrów danych. Bardzo szczegółowy cyfrowy bliźniak odwzorowuje przepływy i wirtualnie prowadzi operacje krytyczne, ograniczając ryzyko zaburzeń cieplnych związanych z otoczeniem zewnętrznym. Model obejmuje analizę kominów wyrzutowych, rozprzestrzenianie dymu i wpływ zabudowy.
Podsumowując: dzięki ogromnej pojemności, sprawnemu chłodzeniu na dachu, redundancji zasilania i szerokiemu wykorzystaniu symulacja CFD centra danych dają rozwiązania bardzo odporne. Zapobiegając miejscowym przegrzaniom, obiekty te stają się niezbędne dla firm, które chcą utrzymać globalne usługi cyfrowe: ciągłe i niezawodne.
Wykonanie analizy CFD (Computational Fluid Dynamics) jest dla centrów danych kluczowe, aby zoptymalizować przepływy zewnętrzne i chłodzenie: ogranicza ryzyko recyrkulacji ciepłego powietrza przy najwyższej sprawności cieplnej.
Chłodzenie: symulacje CFD odwzorowują plumy termiczne i przepływy powietrza zewnętrznego wokół data center. Pomaga to potwierdzić rozmieszczenie urządzeń na dachu oraz układ kominów wyrzutowych i chłodnic powietrznych, aby zapewnić skuteczne chłodzenie i uniknąć obiegu zamkniętego ciepła.
Zużycie energii: analizując wiatry i rozprzestrzenianie ciepła na zewnątrz, analizy CFD wskazują miejsca wymagające czujności, aby zachować efektywność energetyczną: zbijanie ciepła ku dołowi przy przeszkodach zabudowy, zapobieganie miejscowym przegrzaniom na dachu.
Zarządzanie odpornością: modele CFD potwierdzają zachowanie instalacji w fazach krytycznych: optymalizacja zbiorników buforowych oraz analiza nieustalona przy blackoucie, co ułatwia utrzymanie ciągłości pracy zasobów chłodniczych.
Bezpieczeństwo i rezerwa: CFD symuluje tryb awaryjny przy awarii sieci elektrycznej, sprawdzając odporność układów rezerwowych (tryby N+1 i N). Potwierdza w szczególności prawidłowe rozpraszanie spalin z agregatów prądotwórczych.
Wprowadzając te analizy CFD już na etapie projektu, centra danych mogą poprawić sprawność eksploatacyjną, przewidzieć wpływ najbliższego otoczenia meteorologicznego i wzmocnić bezpieczeństwo, opierając się na dokładnym cyfrowego bliźniaka, który umacnia decyzje o zagospodarowaniu.
W EOLIOS Ingénierie w pełni rozumiemy znaczenie tych analiz zewnętrznych dla zabezpieczenia rozległych układów chłodzenia. Dzięki naszemu doświadczeniu w CFD potwierdzamy działanie całego obiektu, ograniczając ryzyko w długim okresie i przyczyniając się do trwałości centrów danych.
Optymalizacja hal serwerowych w centrach danych ma podstawowe znaczenie, a symulacja numeryczna CFD odgrywa w niej główną rolę. Odwzorowując przepływy powietrza, rozkład temperatury i wzajemne oddziaływanie urządzeń, CFD pozwala projektować układy chłodzenia o wyższej wydajności. Wskazuje punkty przegrzewania, poprawia krążenie powietrza i obniża koszty energii dzięki dokładnemu dostrojeniu klimatyzacji i układu szaf. Przemyślane wykorzystanie CFD zapewnia nie tylko lepsze wyniki eksploatacyjne i wyższą niezawodność urządzeń, ale też pomaga zmniejszyć ślad węglowy centrów danych.
Hala serwerowa to strefa przeznaczona na urządzenia informatyczne niezbędne do przetwarzania i przechowywania danych. Tworzą ją przede wszystkim szafy z serwerami, macierzami i przełącznikami sieciowymi. Aby zoptymalizować chłodzenie, szafy ustawia się często w korytarze ciepłe i zimne, oddzielając wyrzucane ciepłe powietrze od chłodnego powietrza, które ma chłodzić urządzenia.
Układ szaf w naprzemienne korytarze: przody zasysają chłodne powietrze z korytarza zimnego, tyły wyrzucają ciepłe powietrze do korytarza ciepłego. Ten rozdział ogranicza mieszanie strumieni i poprawia sprawność chłodzenia.
Do układów chłodzenia należą klimatyzatory precyzyjne albo agregaty wody lodowej, które mają utrzymać stabilne temperatury mimo ciepła wytwarzanego przez serwery. Rozdział energii opiera się na układach redundantnych, wspartych przez zasilacze UPS i agregaty rezerwowe, co gwarantuje ciągłe zasilanie przy zaniku sieci. Wreszcie inteligentne czujniki stale nadzorują temperaturę, wilgotność i pracę urządzeń.
W tej analizie problem przegrzewania wskazano w lewej części hali serwerowej, w strefie kluczowej dla prawidłowej pracy data center. Przegrzanie pojawia się, gdy dwa układy chłodzenia ulegają awarii jednocześnie, a objęte tym szafy mogą osiągać 35 °C, znacznie powyżej granicy maksymalnej 28 °C. Takie warunki zagrażają osiągom i niezawodności urządzeń, zwiększając ryzyko awarii mogących wpłynąć na spójność danych i ciągłość usług.
Układ sali i montaż krat antywłamaniowych pogłębiają problem, tworząc nierównomierny rozkład ciśnienia. W korytarzach ciepłych po lewej stronie powstaje nadciśnienie, które uniemożliwia skuteczne odprowadzenie ciepłego powietrza i wywołuje recyrkulację: ciepłe powietrze wraca do układu i przyspiesza wzrost temperatury.
Do problemu przyczynia się też nierównomierne rozmieszczenie szaf, ponieważ uszkodzone układy chłodzenia muszą przejąć obciążenie cieplne odległej wyspy szaf, co czyni ten obszar szczególnie wrażliwym. Aby podjąć to wyzwanie, inżynierowie EOLIOS opracowali kilka rozwiązań nowatorskich. Dzięki pogłębionej rozmowie z klientem ocenili warianty i wybrali strategię najskuteczniejszą, wdrożoną we współpracy ze wszystkimi stronami.
Optymalizacja układów chłodzenia, takich jak agregaty chłodnicze i agregaty prądotwórcze, ma podstawowe znaczenie dla osiągów i niezawodności centrów danych. Przy wysokich gęstościach mocy serwerów, mogących przekraczać 10 kW na szafę, zarządzanie ciepłem staje się poważnym wyzwaniem. Nieopanowane przegrzanie może wywołać awarie sprzętu, obniżyć dostępność usług i przyspieszyć zużycie urządzeń.
Optymalizacja cieplna nie polega więc tylko na utrzymaniu stabilnej temperatury: pomaga też obniżyć koszty energii i ślad węglowy obiektów. Symulacje numeryczne dają szczegółowy obraz temperatur i strumieni ciepła dla różnych scenariuszy pracy.
Dokładny model 3D obiektu, na przykład dachu data center hyperscale wyposażonego w osłony wentylacyjne, pozwala pokazać wszystkie układy krytyczne i ich wzajemne oddziaływanie. Zamodelowana konstrukcja obejmuje moduły obudowy, sieci wentylacyjne, pomosty komunikacyjne i zoptymalizowane rozmieszczenie jednostek chłodniczych. Modele te są podstawą symulacji CFD, niezbędnych do analizy i optymalizacji zachowania cieplnego.
Więcej: jakie są przyczyny i skutki punktu przegrzewania w data center?Chłodnice powietrzne odgrywają główną rolę w odprowadzaniu ciepła wytwarzanego przez serwery. Wymienniki POWIETRZE-WODA korzystające z powietrza zewnętrznego odbierają ciepło z układów chłodzenia i zapewniają stały strumień chłodnego powietrza. Ich rozmieszczenie na dachu i dobór wielkości wymagają starannej analizy, aby uniknąć zjawiska recyrkulacji ciepłego powietrza, które może pogorszyć zachowanie cieplne.
Wymiennik powietrze-woda (dry cooler), który oddaje do powietrza zewnętrznego ciepło odebrane przez obieg wodny data center. Jego sprawność zależy wprost od temperatury zasysanego powietrza, stąd wrażliwość na obieg zamknięty.
Agregaty prądotwórcze zapewniają zasilanie rezerwowe przy zaniku sieci podstawowej. Dzięki automatycznemu rozruchowi przejmują obciążenie elektryczne urządzeń i układów chłodzenia, zapewniając ciągłość usług i ochronę danych. Ich praca uzgodniona z zasilaczami UPS gwarantuje stabilne zasilanie i wysoką dostępność data center.
Dla każdego projektu EOLIOS Ingénierie tworzy szczegółowy model 3D obejmujący wszystkie urządzenia wpływające na przepływ powietrza, takie jak chłodnice powietrzne i agregaty prądotwórcze. Rysunki obiektu, makiety 3D i karty techniczne urządzeń pozwalają wyznaczyć wielkości podstawowe, takie jak strumienie powietrza i moce oddawane.
Ten cyfrowy bliźniak pozwala dokładnie przeanalizować pracę układów chłodzenia i wskazać możliwe miejsca poprawy. Dzięki doświadczeniu w budowie siatki i zbieżności inżynierowie EOLIOS zapewniają symulacje CFD wiarygodne i odporne. Gęsta i uporządkowana siatka dokładnie oddaje zmiany przepływu powietrza i temperatury, dając wyniki stabilne i odpowiadające warunkom rzeczywistym.
Aby odtworzyć warunki rzeczywiste, do symulacji włączono analizę meteorologiczną opartą na pomiarach z najbliższej stacji. Temperatura zewnętrzna, prędkość wiatru i kierunek wiatru to zmienne krytyczne, które wpływają na zachowanie cieplne instalacji. Analizowane scenariusze obejmują różne kierunki wiatru przeważającego i ich wpływ na agregaty prądotwórcze. Porównano dwa warianty wyrzutu:
Wyrzut na wysokości agregatu prądotwórczego.
Wyrzut przez komin o wysokości 3 metrów, aby ograniczyć obieg zamknięty ciepłego powietrza i poprawić sprawność chłodzenia.
Do zapamiętania. Komin o wysokości 3 m okazał się rozwiązaniem najkorzystniejszym: oddala wyrzut ciepłego powietrza od czerpni i wyraźnie zmniejsza ryzyko obiegu zamkniętego ciepła na dachu.
Analiza meteorologiczna włączona do modelu numerycznego pozwoliła zbadać rozprzestrzenianie ciepła przy różnych kierunkach wiatru, w oparciu o roczną różę wiatrów, aby wskazać układy najbardziej reprezentatywne i najbardziej wymagające. Wyniki pokazują, że w większości analizowanych sytuacji ciepło rozprasza się w sposób zadowalający.
Analiza wykazała jednak strefy miejscowe, w których może pojawić się obieg zamknięty ciepła, związany przede wszystkim z dużą gęstością urządzeń technicznych na dachu. W niektórych układach wiatr sprzyja powrotowi ciepłego powietrza do czerpni układów chłodzenia. Choć te wzrosty temperatury pozostają ograniczone, miejscowe i bez krytycznego wpływu na pracę całego obiektu, stanowią ważne miejsca wymagające czujności w podejściu optymalizacyjnym.
Analiza pozwoliła również zbadać wpływ agregatów prądotwórczych, kominów wyrzutowych i powiązanych instalacji elektrycznych w scenariuszach krytycznych. Sprawdzenie odporności instalacji w trybach awaryjnych (N+1 i N) ma podstawowe znaczenie, zwłaszcza przy analizie nieustalonej typu blackout albo ride-through.
Inaczej niż na obiektach wymagających ciężkich przeróbek, symulacje 3D pokazują, że plumy termiczne agregatów prądotwórczych nie zaburzają istotnie pracy układów chłodzenia na dachu. Rozmieszczenie kominów i całe rozwiązanie pozwalają skutecznie odprowadzić strumienie ciepła. Wyniki potwierdzają, że nie ma zauważalnego zanieczyszczenia powietrza zasysanego przez urządzenia wrażliwe.
W nowoczesnych centrach danych układy chłodzenia odgrywają główną rolę, a zasysane powietrze musi pozostać dostatecznie chłodne, aby zachowały sprawność. Aby te osiągi zoptymalizować, zewnętrzna analiza termiczno-przepływowa objęła również instalację hydrauliczną, w szczególności optymalizacja zbiorników buforowych oraz zjawiska uwarstwienia.
Analiza potwierdza, że zachowanie cieplne całego obiektu jest opanowane. Ze względu na recyrkulacje wskazane na dachu inżynierowie EOLIOS zalecają jednak szczególną czujność wobec niektórych układów wiatru. Opierając się na mapowaniu punktów przegrzewania oraz na cyfrowym bliźniaku (Cloud Viewer), projekt zyskuje podejście wyprzedzające, które zabezpiecza niezawodność, osiągi i trwałość instalacji.
Dzięki doświadczeniu w symulacji numerycznej, a zwłaszcza w zewnętrznych przepływach powietrza w centrach danych, EOLIOS mogło potwierdzić decyzje projektowe i zaproponować trafne zalecenia dotyczące nadzoru nad obiegiem zamkniętym ciepła na dachu. Zamiast narzucać kosztowne zmiany konstrukcyjne, analiza potwierdziła trafność i spójność obecnego rozmieszczenia, także dla agregatów prądotwórczych.
Analiza różnych układów wiatru pozwoliła wskazać warunki szczególne, które sprzyjają zbijaniu ciepłego powietrza ku czerpniom. Przyjęte rozwiązania sprowadzają się do zwiększonej czujności w tych scenariuszach meteorologicznych, starannie zasymulowanych w modelu 3D. Obserwacje te potwierdzają, że wzrosty temperatury pozostają ograniczone, miejscowe i bez krytycznego wpływu na pracę układów.
Dzięki tej analizie EOLIOS zabezpieczyło rozwiązanie układów przepływowych na dachu już na etapie projektu. Ta optymalizacja wyprzedzająca ogranicza ryzyko zaburzeń cieplnych i strat osiągów przy niekorzystnych warunkach zewnętrznych. Stałe korzystanie z cyfrowego bliźniaka, w szczególności przez Cloud Viewer, będzie towarzyszyć osobom decyzyjnym przez cały cykl życia obiektu.
Doświadczenie: budowa cyfrowego bliźniaka Twojego data centerPrzegrzanie wewnątrz, obieg zamknięty na dachu, agregaty prądotwórcze i cyfrowy bliźniak: odpowiedzi na pytania operatorów i zespołów projektowych.
Zabezpieczenie metodą symulacji CFD chłodzenia data center we Włoszech, wewnątrz (hale serwerowe, ryzyko przegrzania przy podwójnej awarii) i na zewnątrz (plumy chłodnic powietrznych i agregatów prądotwórczych na dachu), jak w naszym projekcie CFD zewnętrzne i wewnętrzne, hyperscale.
To ponowne zassanie przez chłodnice powietrzne części ciepłego powietrza wyrzuconego w pobliżu. Podnosi temperaturę na ssaniu i pogarsza chłodzenie. Przy niektórych kierunkach wiatru sprzyja mu duża gęstość urządzeń na dachu.
Wyrzut przez komin o wysokości 3 metrów oddala ciepłe powietrze od czerpni i okazał się rozwiązaniem najkorzystniejszym dla ograniczenia obiegu zamkniętego, w porównaniu z wyrzutem na wysokości agregatu.
Tak. Symulacje w trybach awaryjnych N+1 i N, także w stanie nieustalonym typu blackout, pokazują, że plumy agregatów prądotwórczych nie zanieczyszczają powietrza zasysanego przez urządzenia wrażliwe na dachu.
Odwzorowuje przepływy i wirtualnie odtwarza operacje krytyczne. W połączeniu z mapowaniem punktów przegrzewania pozwala na podejście wyprzedzające przez cały cykl życia obiektu.
Poznaj nasze specjalizacje, projekty i opracowania techniczne, aby wyjść poza FAQ.
Analiza wykonana przez EOLIOS Ingénierie dotyczy optymalizacji cieplnej centrów danych hyperscale metodą symulacji CFD: poprawa krążenia powietrza, sprawność układów chłodzenia, zmniejszenie zużycia energii oraz mniejszy ślad węglowy. Wskazane przegrzania i obiegi zamknięte, z wykorzystaniem obudów i cyfrowych bliźniaków.
OddymianieInżynieria oddymiania w data center
ZewnętrzneDC23 — zewnętrzne
HyperscaleCFD zewnętrzne i wewnętrzne — data center hyperscale
OptymalizacjaOptymalizacja CFD — data center
WewnętrzneData center — DC28 — wewnętrzne
Pomieszczenia technicznePomieszczenia techniczne — data center
ChłodzenieOptymalizacja chłodzenia — data center
ZewnętrzneData center — DC15.1 i DC15.2 — zewnętrzne
ZewnętrzneData center — PA 22 — zewnętrzne
Agregat prądotwórczyAnaliza strat ciśnienia — agregat prądotwórczy — data center
ZewnętrzneData center — Paryż
PożarData center — gaz NOVEC
WewnętrzneData center — DC17 — wewnętrzne
ZewnętrzneData center — D14 — zewnętrzne
ZewnętrzneData center — DC25 i DC26 — zewnętrzne
WewnętrzneData center — DC10 — wewnętrzne
WewnętrzneData center — DC25 — wewnętrzne
Specjalizacje CFD, zrealizowane projekty i opracowania techniczne: cała dziedzina centrów danych w jednym miejscu.
Najprościej o tym porozmawiać. Nasi inżynierowie odpowiadają pierwszą analizą techniczną, a nie ofertą handlową.