Simulation CFD externe pour Data center

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Simulation CFD externe pour centre de données

EOLIOS est expert de la dissipation des calories pour les data centers

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 conditions réelles et d'une centaine de sites simulés autour du monde.

Pourquoi réaliser une simulation CFD externe d’un data center ?

Un modèle détaillé s'adaptant aux différents scénarios

Nous créons un modèle informatique détaillé comprenant les bâtiments environnants, tous les dispositifs de refroidissement sur les toits des data centers, tous les échappements, les prises d’air neuf et des détails tels que les pare-vents, les lamelles et les toits…

Nous utilisons ensuite ce modèle pour étudier le débit d’air, la distribution de la température et de la vapeur d’eau (humidité relative) dans plusieurs scénarios. Ces scénarios varient selon le mode opérationnel (normal, maintenance, urgence) et les conditions météorologiques (température haute ou basse, vitesse et direction du vent).

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Étudier la dissipation des calories au niveau des toitures des centres de données

Que ce soit dans la cour, sur le toit, les systèmes mécaniques de rejet de chaleur tels que les tours de refroidissement et les DRY partagent l’espace avec les groupes électrogènes de secours. Une disposition compacte à haute densité des baies de serveurs à l’intérieur du bâtiment se traduit par une disposition compacte des équipements extérieurs. Cela entraîne d’importants défis et des problématiques de gestion de flux d’air à l’extérieur du bâtiment. 

Les études CFD externes sont utilisées pour compléter l’évaluation des risques, optimiser la conception et réduire la consommation énergétique du centre de données. 

Schéma de principe de fonctionnement d'un aérorefroidisseur adiabatique

Exemple d'identification de points chaud liés à des recirculations thermiques entre aérorefroidisseurs

Influence du vent et de la météo sur les performances d’un data center

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 et l’humidité de l’air, la direction du vent et d’autres activités entourant le bâtiment. Cependant, ces phénomènes ont un impact 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.

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Étude des data centers en conditions extrêmes

Validation de la conception en condition extrêmes

Ces simulations fournissent des résultats qui aident les propriétaires et les concepteurs de centres de données dans le processus de prise de décision en déterminant des dispositions et des performances rentables. L’analyse CFD, lorsqu’elle est effectuée avant la finalisation et la mise en œuvre de la conception, permet d’atténuer les risques associés aux erreurs de conception, ce qui peut entraîner des besoins de modifications importantes et coûteuses, des retards de construction voire une perte de la capacité de calcul en cas de défaillance critique durant une canicule.

" Votre data center est-il protégé contre les défaillances de ses systèmes climatiques durant une canicule ? "

Définir les pertes de puissances en conditions extrêmes

La mutualisation des systèmes, la superposition de halls serveurs, l’augmentation de puissance continue des racks de serveurs conduit à une dissipation extrêmement élevée des calories en toiture. La surface de dissipation étant contrainte par les dimensions du bâtiment, il en résulte une concentration très élevée de systèmes de climatisation en toiture entraînant un risque important de pertes de puissance, voire de mise en défaut en cascade des systèmes lors d’évènements climatique extrêmes.

Etude des recirculation d'air chaud sur la toiture d'un data center - étude CFD
Identification des phénomènes de bouclage entre aérorefroidisseurs - Echelle température

Par très forte chaleur, ou lors de scénarios de coupure de courant électrique sur le site, des panaches d’air surchauffés générés par les systèmes de refroidissement peuvent générer une forte baisse de puissance de refroidissement, voire une un arrêt en cascade des systèmes de toiture conduisant à une mise en défaut généralisé du site.

Les études CFD extérieures de data center permettent d’étudier les risques de pertes de puissances et d’optimiser la disposition des systèmes de refroidissement en toiture.

Des systèmes adaptés jusqu’à un certain niveau de température

La plupart des documents d’équipement du fabricant fournissent des exigences de dégagement minimum pour les équipements de climatisation positionnés généralement sur le toit. Bien que ces informations soient fournies à titre indicatif, on s’attend à ce que les concepteurs tiennent compte de ces paramètres pour la disposition des machines.

On retrouve généralement des recommandations du fabricant quant à l’installation de ses équipements : distance minimale entre systèmes, température maximale d’usage…

Identification d'un phénomène de recirculation d'air pour un rooftop
Identification d'un phénomène de recirculation d'air pour un rooftop

Cependant, ces directives ne tiennent pas compte des conditions d’air ambiant, de la vitesse du vent ou de l’environnement bâti à proximité.

La figure ci-dessous montre comment le respect des distances minimales recommandées par le fabricant peut tout de même entraîner des performances indésirables.

Les applications diverses de la CFD en data center

Etude de l’interaction des systèmes de climatisation en toiture en fonction du vent

L’air chaud évacué par les conduits de cheminée est composé des fumées de groupe électrogène et de l’air surchauffé par les batteries d’échange thermique. Ces flux d’air sont rabattus par le vent vers le bâtiment ce qui provoque des recirculations de calories via les systèmes en toiture.

En raison de ces conditions, la plage de température de l’air ambiant à l’entrée de l’équipement mécanique de climatisation peut se retrouver en dehors de la plage de fonctionnement recommandée par le fabricant. Ces phénomènes peuvent entraîner une perte de puissance voire l’arrêt de certains équipements.

Identification des phénomènes de bouclage entre aérorefroidisseurs

L’analyse CFD permet de comprendre comment plusieurs systèmes interagiront les uns avec les autres. La vidéo ci-dessous montre l’impact de l’air d’échappement (panache thermique) de groupes électrogènes en relation avec les équipements de climatisation sur le toit.

Etude des rejets de polluants – Nox en provenance des groupes électrogènes

En parallèle, il est possible de vérifier que les rejets de fumées (Nox) des groupes électrogènes ne sont pas repris par des CTA en toiture, ce qui entraînerait une pollution de l’air des bureaux.

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Utilisation de la simulation CFD pour l'intérieur de vos data centers

La modélisation CFD intérieure est généralement utilisée au stade de la conception pour l’analyse du dimensionnement des installations. La simulation informatique fournit des informations sur la relation entre le fonctionnement des systèmes de climatisation et les variations de la charge thermique des équipements informatiques. Grâce à ces informations, le personnel informatique et le personnel du site peuvent optimiser l’efficacité des flux d’airsupprimer les points chauds et maximiser la capacité de refroidissement.

Visualisation d'une simulation CFD (dynamique des fluides numérique) pour une étude interne d'un Data Center. Cette image présente une analyse des flux d'air, des températures et de la distribution thermique à l'intérieur des installations. Les zones colorées illustrent les variations de température autour des serveurs et des équipements, mettant en lumière les zones à risque de surchauffe. Cette simulation permet d'optimiser la gestion du refroidissement, d'améliorer l'efficacité énergétique et de garantir un environnement opérationnel stable pour les systèmes informatiques. L'étude contribue également à la planification de l'agencement du Data Center pour minimiser les points chauds et maximiser la circulation de l'air.
Simulation CFD pour un data hall

La simulation CDF en appui à l'étude des îlots de chaleur induits par les data centers

Les datacenters constituent une source importante de chaleur en milieu urbain, participant à l’accentuation de l’effet d’îlot de chaleur. Leurs rejets thermiques peuvent influencer les températures locales, influencer le confort extérieur et affecter la qualité de l’air. L’utilisation de la simulation CFD permet de caractériser la dispersion des panaches de chaleur en tenant compte de la configuration des équipements, de la morphologie urbaine, des matériaux environnants et des conditions météorologiques réelles. Ces analyses intègrent également la variabilité saisonnière et horaire, montrant que certains contextes, comme les épisodes caniculaires ou les nuits sans vent, sont particulièrement critiques. Les résultats servent à comparer différentes stratégies d’atténuation, qu’il s’agisse de l’implantation des équipements, de l’ajout de dispositifs de guidage de flux, d’écrans végétaux ou de solutions techniques comme les aéroréfrigérants à vitesse variable. Selon les configurations, ces mesures peuvent réduire l’impact thermique local. Enfin, les simulations facilitent l’intégration des datacenters dans les politiques urbaines et environnementales, en fournissant des éléments objectifs pour la planification, la réglementation et la concertation avec les riverains.

Etude impact - ilot de chaleur data center - cartographie thermique- avant Etude impact - ilot de chaleur data center - cartographie thermique- après

Cartographie des températures à 1 m du sol avant et après implantation d'un data center

Vous concevez ou exploitez un data center ?

La maîtrise des flux d’air et de chaleur est essentielle pour garantir la fiabilité de vos infrastructures, éviter les pertes de puissance et sécuriser vos investissements face aux conditions climatiques extrêmes.

Grâce à la simulation CFD, nos ingénieurs vous aident à anticiper les risques thermiques, optimiser la disposition de vos équipements et assurer une continuité de service sans compromis.

> Contactez nos ingénieurs dès aujourd’hui et échangeons sur votre projet pour définir ensemble la solution la plus adaptée à vos enjeux.

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Initialement crée en France, EOLIOS Ingénierie est le bureau d’études de référence en simulation thermique et aéraulique pour les data centers en Europe et dans le monde. L’entreprise accompagne les exploitants, concepteurs et maîtres d’ouvrage dans toutes les étapes de la vie d’un data center : conception, optimisation, rénovation ou extension.

En combinant une expertise scientifique pointue, des outils de simulation à la pointe et une connaissance fine de l’écosystème data center, EOLIOS Ingénierie est un partenaire de confiance pour assurer la disponibilité, la sécurité et la performance énergétique des infrastructures IT, tout en anticipant les enjeux de durabilité.

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