Étude CFD externe et interne d'un centre de données hyperscale de plusieurs dizaines de mégawatts : maîtrise des points chauds, du bouclage thermique et de la puissance froide.
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 thermique d'un centre de données hyperscale de plusieurs dizaines de mégawatts. Notre savoir-faire a permis d'améliorer l'efficacité énergétique et de garantir des performances optimales, en assurant une gestion thermique efficace et durable pour ces infrastructures complexes.
EOLIOS est leader de la simulation CFD externe pour les data centers. Nos études reposent sur un retour d'expérience de campagnes de mesure en conditions réelles et d'une centaine de sites simulés autour du monde.
L'essentiel. Étude CFD interne et externe d'un data center hyperscale de plusieurs dizaines de mégawatts. En interne, la simulation localise une surchauffe du data hall (jusqu'à 35 °C au lieu de 28 °C de consigne en cas de double panne froide) liée à un bouclage d'air. En externe, elle révèle le bouclage entre aérorefroidisseurs et le rabattage des panaches ; la solution retenue (nouvelle implantation et capotage) abaisse les températures d'aspiration de 4 à 5 °C et divise par 5 la perte de puissance froide.
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 : vitesse du vent, température et humidité de l'air, direction du vent et activités environnantes. Ces phénomènes ont un impact direct sur les performances des équipements positionnés en extérieur.
EOLIOS vous accompagne dans l'étude de l'impact de ces problématiques pour assurer un fonctionnement optimal en toutes circonstances, même les plus extrêmes.
Centre de données de très grande capacité, conçu pour monter en charge de façon modulaire. Sa puissance, de plusieurs dizaines de mégawatts, en fait un défi thermique majeur, tant à l'intérieur des data halls qu'en toiture.
L’un des principaux atouts des datacenters hyperscale réside dans leur efficacité énergétique. Ils intègrent des systèmes de refroidissement de pointe et des technologies de gestion énergétique qui minimisent la consommation d’énergie tout en maximisant les performances.
L'automatisation joue un rôle crucial dans l'efficacité opérationnelle : des systèmes supervisent presque toutes les facettes des opérations quotidiennes (gestion des serveurs, suivi de la consommation, maintenance préventive), réduisant la nécessité d'interventions humaines et minimisant les erreurs humaines.
Grâce à leur vaste capacité, leur efficacité énergétique, leur flexibilité et leur automatisation, les datacenters hyperscale offrent des solutions extrêmement efficaces et économiques, essentielles pour soutenir des services numériques mondiaux robustes et fiables.
La réalisation d'une étude CFD est cruciale pour optimiser la circulation de l'air et le refroidissement, minimisant la consommation énergétique tout en maximisant l'efficacité thermique.
Refroidissement : modélisation des flux d'air et de chaleur pour optimiser le placement des serveurs, la disposition des racks et les systèmes de ventilation.
Consommation d'énergie : identification des stratégies d'amélioration de l'efficacité énergétique.
Gestion des ressources : prévision des performances de climatisation et anticipation des besoins en énergie et refroidissement.
Sécurité : simulation des risques de surchauffe ou de panne, conception des systèmes de secours, de désenfumage et incendie.
En analysant 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 efficaces. Elle identifie les points chauds, optimise la circulation de l'air et réduit les coûts énergétiques en ajustant la climatisation et la disposition des racks.
Un problème de surchauffe a été identifié dans la section gauche du data hall. Lorsque deux systèmes de refroidissement tombent simultanément en panne, les racks peuvent atteindre 35 °C, bien au-delà de la consigne maximale de 28 °C, compromettant la performance et la fiabilité des équipements.
L'installation de grilles anti-effraction et la configuration de la salle génèrent une répartition inégale de la pression : une surpression dans les allées chaudes du côté gauche entrave l'évacuation de l'air chaud et crée un phénomène de recirculation (bouclage). La répartition inégale des racks rend ce secteur particulièrement vulnérable.
Situation où l'air chaud rejeté par un équipement est réaspiré à son entrée au lieu d'être évacué. En interne comme en toiture, il fait monter la température d'aspiration et dégrade la puissance froide disponible.
Pour répondre à ce défi, les ingénieurs d'EOLIOS ont élaboré plusieurs solutions innovantes, analysées et mises en œuvre en accord avec toutes les parties prenantes pour une réponse optimale et durable.
Avec des densités élevées de serveurs pouvant excéder 10 kW par rack, la gestion thermique devient un défi majeur. Une surchauffe non contrôlée peut entraîner des pannes matérielles et une dégradation prématurée des équipements. L'optimisation thermique réduit aussi les coûts énergétiques et l'empreinte carbone.
Les aérorefroidisseurs (échangeurs AIR-EAU) dissipent la chaleur des serveurs en utilisant l'air extérieur. Les groupes électrogènes assurent une alimentation de secours, démarrant automatiquement en cas de coupure, garantissant une haute disponibilité.
EOLIOS réalise un modèle 3D détaillé à partir des maquettes 3D, plans et fiches techniques, déterminant les débits d'air et puissances dissipées. L'expertise en maillage et convergence garantit des simulations robustes : un maillage fin et structuré capture précisément les variations de flux d'air et de température.
Deux vents dominants ont été simulés. Des phénomènes de bouclage entre systèmes augmentent les températures en aspiration : les calories évacuées sont réaspirées. Le phénomène touche surtout les premiers aérorefroidisseurs exposés au vent, le rabattage des panaches thermiques l'amplifiant. La densité de systèmes en toiture favorise des zones de stagnation, notamment autour des transformateurs (≈ 50 °C).
L'ajout d'un capotage opaque supprime l'aspiration d'air chaud en partie haute : les températures sont réduites de près de 2 °C, diminuant la perte de puissance froide.
Carénage installé au-dessus ou autour des aérorefroidisseurs pour empêcher l'aspiration directe d'air chaud en partie haute. Il canalise les flux et réduit le bouclage, améliorant la température d'aspiration des groupes froids.
Une orientation de vent particulièrement défavorable dirige les rejets des groupes électrogènes vers la toiture : les panaches sont aspirés par les groupes froids, élevant les températures d'aspiration, avec un bouclage des groupes électrogènes sur eux-mêmes. Malgré sa faible récurrence, ce scénario est pris en compte vu les risques de forte hausse de température.
L'ajout d'un conduit d'évacuation de 3 mètres réduit partiellement le phénomène. Couplé au capotage, il abaisse les températures moyennes d'aspiration de près de 4 à 5 °C et supprime le bouclage entre groupes froids.
À retenir. la solution retenue (nouvelle implantation + capotage des groupes froids) divise par 5 la perte de puissance froide par rapport à la conception initiale.
EOLIOS a proposé des solutions adaptées et peu coûteuses (nouvelle implantation, capotage) ainsi que des options plus lourdes (exutoires). Les solutions retenues, rigoureusement simulées, ont réduit significativement les températures d'aspiration, améliorant l'efficacité des systèmes.
Cette optimisation réduit les risques de pannes et la perte de puissance liée aux fortes chaleurs, et diminue chaque année les coûts énergétiques de refroidissement.
Savoir-faire : la création du jumeau numérique de votre data centerBouclage, capotage et puissance froide : les réponses aux questions que se posent exploitants et concepteurs avant une étude CFD interne et externe.
L'étude interne fiabilise le refroidissement des data halls (points chauds, recirculation, pression dans les allées) tandis que l'étude externe traite le rejet des calories en toiture et le bouclage entre systèmes. Les deux se complètent, comme sur notre étude interne du data center DC28.
C'est la réaspiration, par un équipement, de l'air chaud qu'il vient de rejeter. En toiture, il touche surtout les premiers aérorefroidisseurs exposés au vent et est amplifié par le rabattage des panaches ; il fait monter la température d'aspiration et réduit la puissance froide disponible.
La simulation a montré que, dans la section gauche du data hall, les racks peuvent atteindre 35 °C, bien au-delà de la consigne de 28 °C. La CFD localise ce scénario critique et permet de dimensionner des solutions avant qu'il ne survienne en exploitation.
Le capotage empêche l'aspiration d'air chaud en partie haute et canalise les flux. Couplé à une nouvelle implantation et à un conduit d'évacuation des groupes électrogènes, il abaisse les températures d'aspiration de 4 à 5 °C et divise par 5 la perte de puissance froide.
Un jumeau numérique du site, des cartographies de température et de pression en interne comme en toiture, l'identification des bouclages et des points chauds (jusqu'à 50 °C autour des transformateurs), et des solutions chiffrées et hiérarchisées selon leur coût et leur efficacité.
Explorez nos expertises, projets et dossiers techniques pour aller plus loin que la FAQ.
Optimisation thermique d'un datacenter hyperscale par simulation CFD : amélioration de la circulation de l'air et de l'efficacité du refroidissement, réduction de la consommation et de l'empreinte carbone. Identification des surchauffes et bouclages, et solutions (capotages, jumeaux numériques).
Jumeau numériqueÉtude data center – Data Hall et Locaux UPS
DésenfumageIngénierie du désenfumage dans un data center
OptimisationOptimisation CFD – Data Center
InterneData Center – DC28 – Interne
Locaux techniquesLocaux techniques – Data Center
RefroidissementOptimisation refroidissement – Data Center
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