Data Center – PA 22 – Externe
Etude des panaches thermiques d'un data center
Eolios a utilisé la modélisation CFD pour étudier les échanges thermiques et aérauliques d’un data center à Meudon. L’étude a permis de comprendre et d’optimiser le refroidissement des équipements informatiques haute densité. Des recommandations ont été faites pour améliorer l’aéraulique en cas de vent spécifique. Grâce à cette étude, des solutions adaptées ont été proposées pour garantir des résultats fiables et économiser du temps et des coûts de conception.
Data Center - PA 22 - Externe
Année
2024
Client
NC
Localisation
France
Typologie
Data Center
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Etude CFD sur les Echanges Thermiques et Aérauliques d'un Data Center à Meudon
Expertise technologique d'Eolios : Modélisation des échanges thermiques d'un data center
EOLIOS ingénierie, l’un des leaders européens dans la modélisation CFD de data center (centre de données) a apporté son expertise technique dans la compréhension et la modélisation des échanges thermiques et aérauliques extérieurs d’un data center en France en relation avec le dégagement calorifique de groupe électrogène et de systèmes en toiture via la réalisation d’étude CFD.
Dans l’environnement des data centers à très grande échelle, des normes de système de refroidissement capables de répondre aux évolutions des industries informatiques sont nécessaires en raison de l’augmentation de la densité des équipements informatiques (plus de 10 kW / rack). Le refroidissement pour évacuer la chaleur des équipements informatiques haute densité est une considération clé pour les centres de données. Ces calories sont évacuées par une série de systèmes disposés en forte concentration en toiture.
Cette étude examine le panache d’échappement d’une série de générateurs pour un centre de données. Le but est d’analyser le système permettant d’améliorer le brassage d’air des aérorefroidisseurs situés en toiture de locaux techniques occupés par des groupes électrogènes afin de s’assurer que l’échappement thermique de ces systèmes ne peuvent contaminer l’air d’alimentation par phénomène de bouclage. Le bouclage des systèmes peut entraîner une perte de puissance des aérorefroidisseurs. Cette perte de puissance provoque une augmentation de la température au sein des data halls, ce qui peut causer des défaillances au sein des data halls.
Pour cela, nos ingénieurs EOLIOS ont simulé par le calcul numérique CFD le comportement thermo-aéraulique des différents phénomènes qui ont lieu à l’extérieur du modèle.
Une multitude de paramètre fut pris en compte par nos experts ; les températures radiantes des parois, le tirage thermique issu des procédés de fabrication, la pression du vent, la résistance interne à l’écoulement d’air vertical ; l’emplacement et les caractéristiques de résistance à l’écoulement des ouvertures de l’enveloppe ; le terrain local et l’impact immédiat de la structure du bâtiment au vent ; ainsi que la présence de systèmes mécaniques brassant de l’air autour des process.
Une étude météorologique a été effectuée afin de déterminer les conditions climatiques usuelles autour du site. Elle a révélé que le vent est constant durant l’année avec une dominante Sud-Ouest et des phénomènes temporaires d’origine Nord-Est. L’étude a été réalisée pour une température extérieure de 40°C et des vents de vitesse 4 m/s, vitesse de vent la plus prépondérante sur site et défavorable car susceptible de rabattre le panache thermique des groupes électrogènes vers les systèmes de toiture.
Création d'un Jumeau Numérique pour un Data Center Étudié en CFD
Le jumeau numérique du data center, créé par Eolios pour une étude en CFD, reprend la géométrie simplifiée du site et de son environnement dans un rayon de 400m pour une analyse plus précise de l’évolution du panache thermique selon les orientations des vents. Cette étude s’inscrit dans un processus d’amélioration de la conception du bâtiment, en raison des zones de sur-température en aspiration, menant à une mise à jour réalisée par les ingénieurs d’Eolios pour un nouveau modèle. Le jumeau numérique inclut les groupes électrogènes, la sous-station, les cheminées ainsi que les aérorefroidisseurs en toiture. Autour de la toiture et des groupes électrogènes sont installés des ventelles mécaniques. Les informations nécessaires à l’étude relatives à l’ensemble des systèmes sont issues des fiches techniques de ceux-ci.
Les groupes électrogènes sont installés dans des locaux en béton sur mesure qui intègrent tous les équipements techniques nécessaires. Des cheminées ont été modélisé en toiture et permettent d’évacuer les gazs nocifs des moteurs des groupes électrogènes. Ces gaz nocifs peuvent être nocifs pour l’environnement et la santé humaine, ce qui rend nécessaire leur échappement à travers une cheminée ou un tuyau. La cheminée de rejet de moteur peut être installée à l’extérieur du bâtiment ou à l’intérieur.
Les aérorefroidisseurs installés en toiture permettent de dissipées la chaleur dégagé dans les salles data halls. Ils sont équipés de silencieux.
Captation des phénomènes thermo-aérauliques externes
La simulation CFD a montré que la température reste généralement inférieure à 45°C. Des zones de températures plus élevées ont été identifiées, attribuables au bouclage des aérorefroidisseurs côté Nord sur ceux côté Sud lorsque le vent vient du Nord-Est, et vice versa en cas de vent du Sud-Ouest. En effet, une partie de l’air rejeté par une rangée d’aérorefroidisseurs s’infiltre sous la couverture par les extrémités ouvertes et est ensuite re-aspirée par les aérorefroidisseurs de la même rangée, entraînant ainsi une température plus élevée au niveau de l’aspiration des systèmes.
Toutefois, cette augmentation de la température est très localisée, uniquement présente au niveau de l’aérorefroidisseur le plus proche des groupes électrogènes et reste inférieure à l’objectif de température.
De plus, la simulation numérique a confirmé que les panaches thermiques des groupes électrogènes, cheminées de rejet, grilles d’aspiration/rejet et sous-station transformateur électrique ne représentent pas de problème pour les systèmes en toiture.
Cette étude a mis en lumière que la densité élevée d’installations sur le toit entraîne des phénomènes de bouclage, provoquant une augmentation locale de la température de l’air. Toutefois, ce phénomène ne met pas en danger la durabilité des installations.
Les ingénieurs d’Eolios ont également réalisé un modèle approximatif de PA13. Les principales caractéristiques thermo-aérauliques ont révélé des problèmes de bouclage significatifs pouvant compromettre la pérennité des installations. Il a été observé que les panaches thermiques des groupes électrogènes sont réaspirés de manière significative par les aérorefroidisseurs de toiture.
Recommandation suite à l'étude CFD
Nous recommandons fortement de réaliser un contrôle de l’aéraulique de ce data center pour un vent de Nord-Est.
Les conclusions de notre étude, menée par nos ingénieurs, ont permis d’identifier ces problématiques et de proposer des solutions adaptées aux équipes de conception. L’utilisation de la simulation CFD permet d’analyser, de vérifier et de corriger toutes les erreurs éventuelles dans la conception. Cette méthode, à la fois rapide et précise, permet d’économiser du temps et des coûts de conception, tout en assurant des résultats concrets et fiables. Intégrer la CFD dès la phase de conception est une garantie d’éviter tout problème futur en faisant appel à des experts pour veiller à la viabilité du projet.
