Étude data center – Data Hall et Locaux UPS

L’expertise d’EOLIOS en simulation CFD (Computational Fluid Dynamics) et en optimisation des systèmes de refroidissement a joué un rôle crucial dans la résolution du défi thermo-aéraulique externe des centres de données PAR5 et PAR6.

Notre savoir-faire a permis d’anticiper les phénomènes de bouclage thermique en toiture et de valider l’impact des groupes électrogènes, garantissant ainsi des performances optimales et une gestion thermique efficace et durable pour ces infrastructures complexes.

EOLIOS est leader de la simulation CFD externe pour les Data Center. Nos études reposent sur un retour d'expérience de campagnes de mesure en condition réelles et d'une centaine de site sites simulés autour du monde.

Datacenters PAR5 & PAR6 : une révolution dans l'hébergement et la gestion des des données

L'objectif des datacenters : optimisation et résilience thermique

L’impact des panaches thermiques à l’extérieur du bâtiment est difficile à prévoir en raison des différentes variables que les ingénieurs de conception et les architectes ne sont pas en mesure de contrôler. Ces variables comprennent la vitesse du vent, la température de l’air, la direction du vent (analysée via la rose des vents locale) et la topologie des structures environnantes.

Cependant, ces phénomènes de recirculation (ou bouclage thermique) ont un impact direct sur les performances des équipements de refroidissement positionnés en toiture.

EOLIOS vous accompagne dans l’étude de l’impact de ces problématiques aérauliques pour assurer un fonctionnement optimal en toutes circonstances, même les plus extrêmes (scénarios de vents défavorables ou pannes).

> Projet : exemple de simulation CFD externe pour un data center hyperscale

Propriétés clés de PAR5 & PAR6 : haute densité, résilience et efficacité énergétique

Sur ce site, cela comprend l’utilisation de larges réseaux d’aérorefroidisseurs et l’optimisation de l’ingénierie hydraulique (ballons tampons), visant à garantir l’évacuation durable de la chaleur et à optimiser les coûts d’exploitation. La flexibilité et la sécurité sont au cœur de la conception de PAR5 et PAR6.

Ces datacenters sont conçus avec une infrastructure redondante (modes N+1 et N) pour maintenir le refroidissementface aux aléas. Ce cadre hautement sécurisé permet non seulement une maintenance simplifiée mais aussi un fonctionnement continu, même en cas de coupure de courant (Blackout), grâce à l’activation des groupes électrogènes de secours et des locaux UPS.

L’anticipation numérique joue un rôle crucial dans l’efficacité opérationnelle de ces datacenters. Le jumeau numérique ultra-détaillé modélise les flux et gère virtuellement les opérations critiques, réduisant ainsi les risques de dysfonctionnements thermiques liés à l’environnement extérieur. Cette modélisation inclut l’analyse des cheminées de rejet, la dispersion des fumées et l’impact du bâti.

En somme, grâce à leur vaste capacité, leur efficacité de refroidissement en toiture, leur redondance électrique et l’utilisation intensive de la simulation CFD, les datacenters PAR5 et PAR6 offrent des solutions extrêmement robustes. En prévenant les surchauffes localisées, ces installations deviennent essentielles pour les entreprises cherchant à soutenir des services numériques mondiaux continus et fiables.

L'enjeu des études CFD l’optimisation des datacenters PAR 5&6

La réalisation d’une étude CFD (Computational Fluid Dynamics) est cruciale pour les datacenters PAR5 et PAR6 afin d’optimiser l’aéraulique externe et le refroidissement, minimisant ainsi les risques de recirculation de l’air chaud tout en maximisant l’efficacité thermique.

Refroidissement : Les simulations CFD permettent de modéliser les panaches thermiques et les flux d’air extérieurs autour du datacenter. Cela aide à valider l’implantation des systèmes en toiture, la disposition des cheminées de rejet et des aérorefroidisseurs pour garantir un refroidissement efficace et éviter le bouclage thermique.
Consommation d’énergie : En analysant les vents et la dispersion thermique externe, les études CFD peuvent identifier des points de vigilance pour préserver l’efficacité énergétique. Cela inclut l’analyse du rabattement de la chaleur face aux obstacles du bâti ou la prévention des surchauffes localisées en toiture.
Gestion de la résilience : Les modèles CFD participent à valider le comportement des installations lors de phases critiques, comme l’optimisation des ballons tampons et l’analyse transitoire lors d’un Blackout, facilitant ainsi la continuité de service des ressources de refroidissement.
Sécurité et secours : La CFD est utilisée pour simuler le mode dégradé en cas de panne de réseau électrique, en vérifiant la robustesse des systèmes de secours (modes N+1 et N). Elle valide notamment la bonne dispersion des fumées issues des groupes électrogènes.

> En savoir plus : Les simulations d'incendie dans les data centers

En intégrant ces analyses CFD dès la conception, les datacenters PAR5 et PAR6 peuvent améliorer leur efficacité opérationnelle, anticiper l’impact de leur environnement météorologique direct et renforcer leur sécurité, en s’appuyant sur un jumeau numérique précis pour consolider les décisions d’aménagement.

Chez EOLIOS Ingénierie, nous avons pleinement saisi l’importance de ces simulations externes pour sécuriser des systèmes de refroidissement massifs. Grâce à notre expertise CFD, nous validons le fonctionnement global du site, réduisant les risques à long terme et contribuant à la durabilité des datacenters.

Étude interne : réduction des risques de surchauffe grâce à la CFD

La CFD, un atout pour l’efficacité énergétique des data halls

L’optimisation des data halls dans les datacenters est essentielle, et la simulation numérique CFD (Computational Fluid Dynamics) y joue un rôle majeur. En modélisant les flux d’air, la répartition de la température et l’interaction entre les équipements, la CFD permet de concevoir des systèmes de refroidissement plus performants. Elle identifie les points chauds, améliore la circulation de l’air et réduit les coûts énergétiques en ajustant précisément la climatisation et l’agencement des racks. Une utilisation stratégique de la CFD assure non seulement une meilleure performance opérationnelle et une fiabilité accrue des équipements, mais contribue également à réduire l’empreinte carbone des datacenters, répondant aux exigences environnementales croissantes.

Composition et fonctionnement d’un data hall : racks, systèmes de refroidissement et distribution d’énergie

Un data hall est une zone dédiée à l’hébergement des équipements informatiques essentiels au traitement et au stockage des données. Il se compose principalement de racks contenant serveurs, unités de stockage et commutateurs réseau.

Pour optimiser le refroidissement, les racks sont souvent disposés en allées chaudes et froides, séparant l’air chaud expulsé de l’air frais destiné à refroidir les équipements.

Les systèmes de refroidissement incluent des climatiseurs de précision ou des refroidisseurs à eau, conçus pour maintenir des températures stables malgré la chaleur générée par les serveurs.

La distribution électrique repose sur des systèmes redondants, soutenus par des onduleurs (UPS) et des générateurs de secours, garantissant une alimentation continue en cas de coupure.

Enfin, des capteurs intelligents surveillent en permanence la température, l’humidité et les performances des équipements, permettant aux administrateurs d’anticiper les anomalies et de maintenir un fonctionnement optimal.

Optimisation thermique interne des data centers : défis et solutions par EOLIOS Ingénierie

Dans cette étude, un problème de surchauffe a été identifié dans la partie gauche du data hall, zone cruciale pour le bon fonctionnement du datacenter. Cette surchauffe survient lorsque deux systèmes de refroidissement tombent simultanément en panne, et les racks concernés peuvent atteindre 35 °C, dépassant largement la limite maximale de 28 °C. Ces conditions compromettent la performance et la fiabilité des équipements, augmentant le risque de défaillancespouvant impacter l’intégrité des données et la continuité des services.

La configuration de la salle et l’installation de grilles anti-effraction accentuent le problème en créant une répartition inégale de la pression. Une surpression se forme dans les allées chaudes du côté gauche, empêchant l’évacuation efficace de l’air chaud et provoquant un phénomène de recirculation, où l’air chaud retourne dans le système, accélérant la montée des températures.

La répartition inégale des racks contribue également au problème, car les systèmes de refroidissement défaillantsdoivent gérer la charge thermique d’un îlot de racks éloigné, rendant ce secteur particulièrement vulnérable.

Pour résoudre ce défi complexe, les ingénieurs d’EOLIOS ont conçu plusieurs solutions innovantes. Grâce à un dialogue approfondi avec le client, ils ont évalué les options et sélectionné la stratégie la plus efficace. La solution retenue a été mise en œuvre en collaboration avec toutes les parties prenantes, assurant une réponse durable et optimisée aux enjeux identifiés dans le data hall.

Étude externe : réduction des risques de surchauffe grâce à la CFD

Optimisation des systèmes de refroidissement : renforcer l’efficacité et la durabilité des datacenters

L’optimisation des systèmes de refroidissement, tels que les groupes froids et les groupes électrogènes, est essentielle pour assurer la performance et la fiabilité des centres de données. Avec des densités élevées de serveurs, pouvant dépasser 10 kW par rack, la gestion thermique devient un défi majeur. Une surchauffe non maîtrisée peut provoquer des pannes matérielles, diminuer la disponibilité des services et accélérer l’usure des équipements.

Ainsi, l’optimisation thermique ne consiste pas seulement à maintenir une température stable, elle contribue également à réduire les coûts énergétiques, qui représentent une part significative des dépenses opérationnelles. En minimisant la consommation d’énergie, cette optimisation participe aussi à réduire l’empreinte carbone des installations, conformément aux exigences de durabilité environnementale. Les simulations numériques offrent une vision détailléedes températures et des flux thermiques pour différents scénarios opérationnels.

Modélisation 3D et gestion thermique des data centers

Une modélisation 3D précise des infrastructures, comme la toiture d’un datacenter hyperscale équipée de capots de ventilation, permet de visualiser l’ensemble des systèmes critiques et leur interaction. La structure modélisée inclut les modules de capotage, les réseaux de ventilation, les passerelles d’accès et la disposition optimisée des unités de refroidissement.
Ces modèles constituent la base des simulations CFD, essentielles pour analyser et optimiser la performance thermique.

> En savoir plus : Quelles sont les causes et les effets d'un point chaud dans un data center ?

Fonctionnement des systèmes critiques : aérorefroidisseurs et groupes électrogènes

Les aérorefroidisseurs jouent un rôle central dans la dissipation de la chaleur générée par les serveurs. Échangeurs AIR-EAU utilisant l’air extérieur, ils extraient la chaleur des systèmes de refroidissement et assurent un flux constant d’air frais, garantissant la stabilité thermique des installations tout en réduisant les coûts énergétiques liés à la climatisation.
Leur implantation en toiture et leur dimensionnement doivent être soigneusement étudiés afin d’éviter tout phénomène de recirculation d’air chaud, susceptible de dégrader les performances thermiques. Les simulations CFD permettent ainsi de vérifier que le fonctionnement des aérorefroidisseurs reste optimal quelles que soient les conditions extérieures et les configurations de vent.

Les groupes électrogènes, quant à eux, fournissent une alimentation électrique de secours en cas de coupure du réseau principal. Grâce à un démarrage automatique, ils prennent en charge la charge électrique des équipements et des systèmes de refroidissement, assurant la continuité des services et la protection des données. Leur fonctionnement coordonné avec les onduleurs (UPS) garantit un approvisionnement électrique stable et une haute disponibilité du datacenter.

Création du jumeau numérique et précision des simulations

Pour chaque projet, EOLIOS Ingénierie développe un modèle 3D détaillé intégrant tous les systèmes influençant l’aéraulique, comme les aérorefroidisseurs et les groupes électrogènes. Les plans du site, les maquettes 3D et les fiches techniques des équipements permettent de déterminer les caractéristiques essentielles telles que les débits d’airet les puissances dissipées.

Ce jumeau numérique permet d’analyser avec précision le fonctionnement des systèmes de refroidissement et d’identifier les points d’amélioration potentiels. Grâce à leur expertise en maillage et en convergence, les ingénieurs d’EOLIOS garantissent des simulations CFD fiables et robustes.

Un maillage fin et structuré capture précisément les variations de flux d’air et de température, assurant des résultats stables et représentatifs des conditions réelles, essentiels pour optimiser le refroidissement des datacenters.

Analyse CFD et intégration des conditions météorologiques

Pour simuler des conditions réalistes, une analyse météorologique basée sur les relevés de la station la plus proche a été intégrée aux simulations. La température extérieure, la vitesse du vent et l’orientation du vent sont des variables critiques qui influencent le comportement thermique des installations.

Les scénarios étudiés incluent différentes orientations de vent principal et l’impact sur les groupes électrogènes. Deux modèles d’extraction ont été comparés :

Rejet à hauteur du groupe électrogène.
Rejet via une cheminée de 3 mètres pour limiter le bouclage de l’air chaud et améliorer l’efficacité du refroidissement.

Cette approche permet de concevoir des solutions adaptées aux conditions spécifiques du site, garantissant performance, sécurité et durabilité des datacenters.

Résultats des études CFD : validation et recommandations pour l’optimisation de l'aéraulique externe des datacenters PAR5 & PAR6

Étude des vents dominants : stratégie pour maîtriser les phénomènes de bouclage entre les aérorefroidisseurs

L’analyse météorologique intégrée au modèle numérique a permis d’étudier la dispersion thermique selon diverses orientations de vent. L’étude s’appuie sur une rose des vents annuelle pour identifier les configurations les plus représentatives et les plus contraignantes. Les résultats de ces simulations montrent que la dispersion de la chaleurs’effectue de manière satisfaisante dans la majorité des situations étudiées, permettant aux systèmes de fonctionner dans des conditions adaptées.

Toutefois, l’analyse a mis en évidence des zones localisées où des phénomènes de bouclage thermique peuvent apparaître. Ces situations sont principalement liées à la forte densité des équipements techniques en toiture. En effet, sous certaines configurations, le vent favorise le retour de l’air chaud vers les prises d’air des systèmes de refroidissement. L’air chaud rejeté est réaspiré, créant une élévation de température locale. Le vent joue un rôle déterminant dans la manière dont ces panaches thermiques se développent et se déplacent autour du bâtiment.

Bien que ces élévations de température restent limitées, localisées, et sans impact critique sur le fonctionnement global du site, elles constituent des points de vigilance importants à considérer dans une logique d’optimisation.

Analyse du mode dégradé : impact maîtrisé des groupes électrogènes

L’étude a également permis d’analyser l’impact des groupes électrogènes, des cheminées de rejet et des installations électriques associées lors de scénarios critiques. La vérification de la robustesse des installations en modes dégradés (N+1 et N) est essentielle, particulièrement lors d’une analyse transitoire de type Blackout ou Ride-Through.

Contrairement à des sites nécessitant de lourdes modifications physiques, les simulations 3D de PAR5 et PAR6montrent que les panaches thermiques issus des groupes électrogènes ne perturbent pas significativement le fonctionnement des systèmes de refroidissement en toiture. L’implantation des cheminées et la conception globalepermettent une évacuation efficace des flux chauds.

Les résultats confirment qu’il n’y a pas de contamination notable de l’air aspiré par les équipements sensibles. Cette analyse valide la cohérence globale des choix d’implantation réalisés pour ces installations critiques.

Analyse de la puissance froide disponible et recommandations d'exploitation

Dans les data centers modernes, les systèmes de refroidissement jouent un rôle central, et l’air aspiré doit rester suffisamment frais pour garantir leur efficacité. Pour optimiser ces performances globales, l’étude thermo-aéraulique externe s’est également penchée sur l’ingénierie hydraulique, notamment l’optimisation des ballons tampons et les phénomènes de stratification.

L’analyse confirme que le comportement thermique global du site est maîtrisé. Cependant, en raison des phénomènes de recirculation identifiés en toiture, les ingénieurs d’EOLIOS recommandent une vigilance particulière vis-à-vis de certaines configurations de vent. Cette approche permet de s’assurer que les conditions de fonctionnement restent optimales en toutes circonstances.

En s’appuyant sur la cartographie des points chauds et le Jumeau Numérique (Cloud Viewer), le projet bénéficie d’une approche anticipative. Cette intégration de la CFD permet de sécuriser le projet et de garantir la fiabilité, la performance et la durabilité des installations

Expertise d’EOLIOS Ingénierie dans la résolution des enjeux thermo-aérauliques externes des datacenters PAR5 & PAR6

Des recommandations stratégiques et adaptées à la densité du projet

Fort de son expertise en simulation numérique, et plus particulièrement en aéraulique externe de data centers, EOLIOS a pu valider les choix de conception et proposer des recommandations adaptées au projet PAR5 et PAR6pour surveiller les phénomènes de bouclage thermique en toiture. Au lieu d’imposer des modifications structurelles coûteuses, l’étude a permis de confirmer la pertinence et la cohérence globale de l’implantation actuelle, y compris pour les groupes électrogènes.

L’analyse des différentes configurations de vent a permis d’identifier les conditions spécifiques favorisant le rabattement de l’air chaud vers les prises d’air. Les solutions retenues s’orientent vers une vigilance accrue lors de ces scénarios météorologiques, rigoureusement simulés dans le modèle 3D. Ces observations ont permis de confirmer que les élévations de température restent limitées, localisées, et sans impact critique sur le fonctionnement des systèmes.

L’analyse détaillée de la dispersion de la chaleur et des régimes dégradés (comme les rejets des groupes électrogènes) a également permis de quantifier précisément les interactions externes, offrant une évaluation claireconfirmant que les panaches ne perturbent pas l’efficacité des systèmes de refroidissement en toiture.

Grâce à cette étude, EOLIOS a permis de sécuriser la conception des systèmes aérauliques en toiture dès la phase de conception. Cette optimisation anticipative va permettre de réduire les risques de dysfonctionnements thermiques et les pertes de performances liées aux conditions extérieures défavorables.

De plus, la validation du fonctionnement global du site garantit la durabilité des installations et la pérennité de l’évacuation de la chaleur. L’utilisation continue du Jumeau Numérique, notamment via le Cloud Viewer, permettra également d’accompagner les décideurs tout au long du cycle de vie du site.

En savoir plus sur ce sujet :

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> Article : La simulation CFD externe pour les data centers

Synthèse vidéo de l'étude

Résumé de l'étude

L’étude menée par EOLIOS ingénierie se concentre sur l’optimisation thermique des datacenters hyperscale, en utilisant des simulations CFD (Computational Fluid Dynamics). Cette approche permet d’améliorer la circulation de l’air et l’efficacité des systèmes de refroidissement, ce qui réduit la consommation d’énergie et l’empreinte carbone. Les datacenters hyperscale, utilisés par des géants technologiques comme Amazon et Google, nécessitent des solutions modulaires, automatisées et durables. EOLIOS a identifié des problèmes comme la surchauffe et les bouclages, et a proposé des solutions telles que l’installation de capotages pour atténuer ces phénomènes. L’intégration de jumeaux numériques pour des simulations précises a permis d’envisager des améliorations significatives. En collaborant étroitement avec les clients, EOLIOS a optimisé la configuration des systèmes de refroidissement, augmentant leur efficacité tout en diminuant les coûts énergétiques. Cette étude démontre l’impact crucial des simulations CFD sur la performance et la durabilité des datacenters modernes.