Data center — PA 22 — zewnętrzne

Analiza CFD wymiany ciepła i przepływów data center w Meudon

EOLIOS wykorzystało modelowaniu CFD, aby zbadać zewnętrzną wymianę ciepła i przepływy powietrza data center w Meudon. Analiza pozwoliła zrozumieć i zoptymalizować chłodzenie urządzeń informatycznych o dużej gęstości mocy, wraz z zaleceniami co do poprawy przepływów przy określonym wietrze.

Najważniejsze. Zewnętrzna analiza CFD data center w Meudon, oparta na cyfrowym bliźniaku obejmującym obiekt i jego otoczenie w promieniu 400 m. Za warunki najbardziej niekorzystne przyjęto temperaturę zewnętrzną 40 °C i wiatr 4 m/s. Na ssaniu urządzeń na dachu temperatura pozostaje zwykle poniżej 45 °C. Wskazano zjawisko obiegu zamkniętego chłodnic powietrznych, pozostaje ono jednak bardzo miejscowe i nie zagraża trwałości instalacji. Zaleca się kontrolę przepływów dla wiatru północno-wschodniego.

> 10 kW

na szafę informatyczną

< 45 °C

na ssaniu urządzeń

400 m

promień cyfrowego bliźniaka

Meudon · Francja Agregaty prądotwórcze w kontenerach Chłodnice powietrzne na dachu Promień 400 m Przeważający wiatr SW · NE przejściowo Zewnętrzne CFD

Modelowanie zewnętrznej wymiany ciepła

EOLIOS Ingénierie, jeden z europejskich liderów modelowaniu CFD data center, wniosło swoje doświadczenie w zrozumienie i odwzorowanie zewnętrznej wymiany ciepła i przepływów powietrza, w powiązaniu z wyrzutem ciepła z agregatów prądotwórczych i z urządzeń na dachu.

W środowisku centrów danych o bardzo dużej skali potrzebne są układy chłodzenia nadążające za rozwojem IT, ze względu na rosnącą gęstość mocy urządzeń (ponad 10 kW na szafę). Ciepło to odprowadza szereg układy chłodzenia rozmieszczonych w dużym zagęszczeniu na dachu.

Analiza bada plumę wyrzutową szeregu generatorów. Cel: poprawić mieszanie powietrza wokół chłodnic powietrznych na dachu pomieszczeń technicznych zajmowanych przez agregaty prądotwórcze, aby upewnić się, że wyrzut ciepła nie zanieczyszcza powietrza nawiewanego w obiegu zamkniętym. Obieg zamknięty powoduje stratę mocy chłodnic powietrznych, a więc wzrost temperatury w halach serwerowych i ryzyko awarii.

W tym celu nasi inżynierowie zasymulowali metodą obliczeń numerycznych CFD zachowanie termiczno-przepływowe zjawisk zachodzących na zewnątrz modelu.

Definicja · pluma termiczna

Objętość ciepłego powietrza wyrzucona przez źródło (agregat prądotwórczy, komin, chłodnica powietrzna), która unosi się i odkształca pod działaniem wyporu i wiatru. Jej tor decyduje o ryzyku ponownego zassania przez układy sąsiednie.

Ogólny model 3D zewnętrznej analizy CFD data center PA 22 — Prezentacja modelu 3D analizy — widok ogólny

Nasi specjaliści uwzględnili wiele parametrów:

Temperatury promieniowania przegród i ciąg termiczny wywołany procesami;
Ciśnienie wiatru i opór wewnętrzny pionowego przepływu powietrza;
Położenie i opór przepływu otworów w obudowie;
Ukształtowanie terenu, wpływ zabudowy nawietrznej i urządzenia mechaniczne mieszające powietrze wokół procesów.

Analiza meteorologiczna obiektu

Analiza meteorologiczna została wykonana, aby ustalić typowe warunki klimatyczne wokół obiektu. Wykazała, że wiatr jest stały w ciągu roku, z przewagą kierunku południowo-zachodniego oraz ze zjawiskami przejściowymi z kierunku północno-wschodniego.

Analizę wykonano dla temperatury zewnętrznej 40 °C i wiatru 4 m/s, czyli prędkości najczęstszej na obiekcie i najbardziej niekorzystnej: może ona zbić plumę termiczną agregatów prądotwórczych ku urządzeniom na dachu.

Cyfrowy bliźniak obiektu

cyfrowego bliźniaka odwzorowuje uproszczoną geometrię obiektu i jego otoczenia w promieniu 400 m, aby dokładniej przeanalizować przebieg plumy termicznej zależnie od kierunku wiatru. Wpisuje się to w proces doskonalenia projektu: strefy podwyższonej temperatury na ssaniu skłoniły inżynierów EOLIOS do aktualizacji modelu.

Definicja · cyfrowy bliźniak

Wirtualna replika data center i jego otoczenia, zasilana kartami technicznymi urządzeń. Pozwala odtworzyć różne scenariusze wiatru i obciążenia bez ingerencji w obiekt rzeczywisty.

Cyfrowy bliźniak obejmuje agregaty prądotwórcze, stację transformatorową, kominy oraz chłodnice powietrzne na dachu. Mechaniczne żaluzje zamontowano wokół dachu i agregatów prądotwórczych.

Agregaty prądotwórcze zainstalowano w wykonanych na miarę pomieszczeniach betonowych mieszczących wyposażenie techniczne. Zamodelowane kominy na dachu odprowadzają spaliny silników, szkodliwe dla środowiska i zdrowia.

Model 3D budynku mieszczącego agregat prądotwórczy data center — Model 3D — budynek mieszczący agregat prądotwórczy

Chłodnice powietrzne ustawione na dachu odprowadzają ciepło wydzielane w halach serwerowych. Są wyposażone w tłumiki, których obudowę uwzględniono w modelu przepływowym.

Chłodnica powietrzna na dachu wyposażona w tłumiki, obudowa ukryta — Chłodnica powietrzna na dachu wyposażona w tłumiki — obudowa ukryta

Uchwycenie zewnętrznych zjawisk termiczno-przepływowych

Symulacja CFD pokazuje, że temperatura pozostaje zwykle poniżej 45 °C. Wskazano strefy o wyższych wartościach, wynikające z obiegu zamkniętego między chłodnicami powietrznymi po stronie północnej i tymi po stronie południowej przy wietrze z północnego wschodu, i odwrotnie przy wietrze południowo-zachodnim.

Definicja · obieg zamknięty (recyrkulacja)

Ponowne zassanie przez chłodnice powietrzne części ciepłego powietrza, które właśnie wyrzuciły. Powietrze przedostaje się pod obudowę otwartymi końcami rzędu, co podnosi temperaturę na ssaniu i obniża moc chłodniczą.

Linie prądu powietrza przy wietrze południowo-zachodnim na dachu data center — Linie prądu — wiatr południowo-zachodni

Ten wzrost pozostaje jednak bardzo miejscowy: występuje wyłącznie przy chłodnicy powietrznej najbliższej agregatom prądotwórczym i pozostaje poniżej zakładanej temperatury.

Mapa temperatury na wysokości ssania urządzeń, wiatr południowo-zachodni — Mapa temperatury na wysokości ssania urządzeń — wiatr południowo-zachodni

Symulacja numeryczna potwierdziła ponadto, że plum termicznych agregatów prądotwórczych, kominów wyrzutowych, krat czerpnych i wyrzutowych oraz stacji transformatorowej nie stanowią problemu dla urządzeń na dachu.

Analiza pokazuje, że duża gęstość zabudowy technicznej na dachu powoduje zjawiska obiegu zamkniętego i miejscowy wzrost temperatury powietrza. Zjawisko to nie zagraża jednak trwałości instalacji.

Inżynierowie EOLIOS wykonali również przybliżony model PA13. Jego główne cechy termiczno-przepływowe ujawniły znaczące problemy z obiegiem zamkniętym, mogące zagrozić trwałości instalacji: plumy agregatów prądotwórczych są tam w znacznym stopniu ponownie zasysane przez chłodnice powietrzne na dachu.

Izopowierzchnia temperatury przy wietrze północno-wschodnim na dachu data center — Izopowierzchnia temperatury — wiatr północno-wschodni

Do zapamiętania. Na PA 22 obieg zamknięty pozostaje miejscowy i bez wpływu na trwałość. Gęstszy model PA13 pokazuje natomiast recyrkulacje krytyczne. Gęstość urządzeń na dachu jest więc czynnikiem rozstrzygającym, a powietrze otoczenia sięgające 40 °C wymusza przewidywanie tych zjawisk już na etapie projektu.

Zalecenia i wkład CFD

Zalecamy wykonanie kontroli przepływów tego data center dla kierunku wiatru północno-wschodniego.

Wnioski z analizy pozwoliły wskazać te zagadnienia i zaproponować rozwiązania właściwe zespołom projektowym. symulacja CFD pozwala analizować, sprawdzać i poprawiać ewentualne błędy już na etapie projektu: metoda szybka i dokładna, która oszczędza czas i koszty, zapewniając wyniki konkretne i wiarygodne. Wprowadzenie CFD już w fazie projektu to gwarancja uniknięcia przyszłych problemów.

Doświadczenie: zewnętrzna symulacja CFD dla centrów danych

FAQ

Zewnętrzne CFD data center — Twoje pytania

Obieg zamknięty, warunki meteorologiczne i wkład symulacji: odpowiedzi na pytania operatorów i zespołów projektowych.

Czym jest obieg zamknięty (recyrkulacja) chłodnic powietrznych?

Część ciepłego powietrza wyrzucanego przez rząd chłodnic powietrznych przedostaje się pod obudowę otwartymi końcami, a następnie jest ponownie zasysana przez urządzenia tego samego rzędu. Temperatura na ssaniu rośnie, a moc chłodnicza spada; to zagadnienie bliskie badanemu w naszym projekcie strat ciśnienia agregatu prądotwórczego.

Jakie warunki meteorologiczne przyjęto?

Wiatr jest stały w ciągu roku, z przewagą kierunku południowo-zachodniego i ze zjawiskami przejściowymi z kierunku północno-wschodniego. Analizę wykonano dla temperatury zewnętrznej 40 °C i wiatru 4 m/s, czyli prędkości najczęstszej i najbardziej niekorzystnej, ponieważ zbija ona plumę agregatów prądotwórczych ku urządzeniom na dachu.

Czy zaobserwowany obieg zamknięty zagraża trwałości data center?

Nie. Na PA 22 przegrzanie pozostaje bardzo miejscowe, ograniczone do chłodnicy powietrznej najbliższej agregatom prądotwórczym, a temperatura utrzymuje się poniżej wartości zakładanej. Gęstszy model, taki jak PA13, pokazuje natomiast znaczące obiegi zamknięte mogące zagrozić trwałości instalacji.

Dlaczego modeluje się promień 400 m wokół obiektu?

Cyfrowy bliźniak odwzorowuje geometrię obiektu i jego otoczenia w promieniu 400 m, aby oddać wpływ terenu, zabudowy i wiatrów przeważających na przebieg plum termicznych zależnie od kierunku.

Co wnosi CFD na tym etapie projektu?

Symulacja CFD pozwala analizować, sprawdzać i poprawiać możliwe błędy już na etapie projektu. Szybka i dokładna, oszczędza czas i koszty, zapewniając wiarygodne wyniki przed realizacją.

Nie znalazłeś odpowiedzi?

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

Data center — PA 22 — zewnętrzne.