Étude thermo-aéraulique externe de deux data centers : modélisation des panaches thermiques des groupes électrogènes et du bouclage des aérorefroidisseurs en toiture, pour sécuriser le refroidissement et la qualité de l'air d'admission.
EOLIOS a modélisé les échanges thermiques et aérauliques à l'extérieur de deux data centers afin de vérifier que le rejet des groupes électrogènes et des systèmes de refroidissement ne vienne ni perturber les aérorefroidisseurs en toiture, ni contaminer l'air d'admission des bureaux voisins.
L'étude approfondie d'EOLIOS a permis de compléter l'évaluation des risques, d'optimiser la conception et de réduire la consommation énergétique du data center, en mettant en évidence, dès la phase de conception, des défauts qui ont pu être corrigés avant travaux.
L'essentiel. Étude CFD externe de deux data centers : modélisation des panaches thermiques des groupes électrogènes et du bouclage des aérorefroidisseurs en toiture. Sous vent défavorable d'été, l'étude a mis en évidence une forte perturbation des aérorefroidisseurs ; la révision des puits d'extraction et du positionnement des prises d'air a supprimé le bouclage et écarté le risque de pollution de l'air d'admission.
Les data centers concentrent en toiture une forte densité d'équipements : aérorefroidisseurs, cheminées de rejet, grilles d'aspiration et de rejet, sous-stations et groupes électrogènes de secours. Dans cet espace contraint, il n'est pas évident que l'air frais, l'air chaud évacué et les fumées de combustion restent toujours séparés.
Le risque principal est le bouclage : la réaspiration, par les aérorefroidisseurs, de l'air chaud rejeté par les systèmes voisins ou du panache des groupes électrogènes. Ce phénomène provoque une perte de puissance froide, donc une hausse de température dans les data halls pouvant aller jusqu'à la défaillance d'équipements. À cela s'ajoute le risque de pollution de l'air d'admission des bureaux par les fumées d'échappement.
Réaspiration, par les aérorefroidisseurs, d'une partie de l'air chaud rejeté à proximité. Il élève la température à l'aspiration et peut dégrader le refroidissement ; sa maîtrise conditionne la fiabilité du site.
Les simulations numériques contribuent à une meilleure compréhension des phénomènes thermo-aérauliques. L'intérêt majeur de la CFD est de prévoir et de vérifier toutes les éventualités afin de développer des solutions techniques pertinentes. Grâce à ses serveurs de calcul, EOLIOS simule les modèles dans leur intégralité avec une grande précision, et analyse simultanément l'impact de nombreux phénomènes sur l'évolution thermo-aéraulique externe du data center. Cette étude a notamment permis de mettre en évidence des défauts de conception qui ont pu être rectifiés.
Lors de la modélisation CFD, la forme du profil vertical des vitesses de vent est primordiale. Elle dépend du degré de rugosité de l'environnement, c'est-à-dire la tendance des bâtiments, des arbres et des obstacles à ralentir le vent en s'opposant à son mouvement. Sur toute l'épaisseur de la couche limite atmosphérique, la vitesse augmente à mesure que l'on s'éloigne du sol.
Pour reproduire ce cisaillement, EOLIOS applique une méthodologie proche d'une soufflerie physique : l'environnement urbain est modélisé sur une périphérie d'environ 500 m autour du site, avec un profil de vitesse dépendant du terrain. On évalue ainsi l'impact des panaches selon différentes configurations de vent.
Couche d'air proche du sol où la vitesse du vent augmente avec l'altitude sous l'effet du frottement au terrain. Reproduire son profil est indispensable pour évaluer correctement la trajectoire des panaches.
Une étude météorologique du site a établi les conditions de vent dominantes et la configuration la plus défavorable : celle d'un vent susceptible de rabattre le panache thermique des groupes électrogènes vers les systèmes de toiture, combinée à une température extérieure élevée.
Le jumeau numérique reprend la géométrie simplifiée du site et de son environnement proche pour analyser finement l'évolution du panache selon les orientations de vent. Plusieurs bâtiments voisins et leurs systèmes ont été modélisés afin de vérifier l'influence des rejets thermiques des bâtiments existants et en construction.
D'après les études climatiques du site, pour un vent défavorable d'été, l'étude des panaches thermiques générés par les groupes électrogènes concluait à une très forte perturbation des aérorefroidisseurs, voire à une potentielle mise en défaut de ceux-ci. Le design des puits aérauliques d'extraction a pu être revu afin de supprimer les phénomènes thermo-aérauliques néfastes à l'origine de ces problématiques.
Dans un second temps, les études se sont concentrées sur le suivi du rejet des fumées de combustion des moteurs, en fonction du positionnement des prises d'air des CTA de bureau. L'objectif étant de supprimer le risque de pollution de l'air d'admission, une optimisation du positionnement des entrées d'air a pu être réalisée.
Enfin, les panaches thermiques d'un data center peuvent influencer les températures locales de l'air sur une centaine de mètres. À ce titre, plusieurs bâtiments et leurs systèmes ont été modélisés afin de vérifier l'influence des rejets ; les niveaux de risque de perturbation ont pu être établis en relation avec les études climatiques de site.
Volume d'air chaud rejeté par une source (groupe électrogène, aérorefroidisseur) qui s'élève et se déforme sous l'effet de sa flottabilité et du vent. Sa trajectoire conditionne le risque de réaspiration par les systèmes voisins.
Grâce aux conclusions de l'étude, EOLIOS a proposé aux équipes de conception des solutions adaptées pour régler ces problématiques. La simulation CFD permet d'analyser, prévoir, vérifier et corriger les erreurs susceptibles d'apparaître dans une conception. Cette méthode rapide et précise permet d'économiser du temps et des coûts de conception, tout en garantissant des résultats concrets et fiables.
En suivant les particules de NOx dans l'air chaud évacué, il a été déterminé que l'équipement CVC reste alimenté en air pur pour les orientations de vent les plus défavorables, une fois les optimisations de conception intégrées.
À retenir. Anticiper le bouclage en toiture et les panaches des groupes électrogènes dès la conception évite pertes de puissance froide, surchauffes et pollution des prises d'air.
Bouclage en toiture, panaches des groupes électrogènes et suivi des fumées : les réponses aux questions que se posent exploitants et équipes de conception.
Vérifier que les panaches thermiques des groupes électrogènes et le rejet des systèmes de refroidissement ne perturbent pas les aérorefroidisseurs en toiture ni ne contaminent l'air d'admission des bureaux, par simulation CFD des phénomènes extérieurs, comme sur notre projet sœur DC15.1 & DC15.2.
La réaspiration, par les aérorefroidisseurs, de l'air chaud rejeté par les systèmes voisins ou du panache des groupes électrogènes. Il provoque une perte de puissance froide et une hausse de température dans les data halls.
Pour vérifier que les gaz d'échappement ne contaminent pas l'air d'admission des CTA de bureau. En suivant les particules de NOx, le positionnement des entrées d'air a pu être optimisé.
Les panaches d'un data center peuvent modifier les températures locales de l'air sur une centaine de mètres, ce qui justifie de modéliser les bâtiments voisins et leurs rejets.
Elle permet d'analyser, prévoir, vérifier et corriger les défauts avant travaux. Ici, la revue du design des puits d'extraction a supprimé les phénomènes néfastes tout en économisant temps et coûts.
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Cette analyse a étudié le panache d'échappement d'une série de générateurs de secours pour deux data centers. L'objectif : déterminer si les gaz d'échappement contamineraient l'air d'alimentation de l'équipement de refroidissement et de l'immeuble de bureaux adjacent. En suivant les particules de NOx dans l'air chaud évacué, il a été établi que l'équipement CVC reste alimenté en air pur pour les orientations de vent les plus défavorables.
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