Étude CFD des échanges thermiques et aérauliques externes d'un data center à Meudon : panaches des groupes électrogènes et maîtrise du bouclage des aérorefroidisseurs en toiture.
EOLIOS a utilisé la modélisation CFD pour étudier les échanges thermiques et aérauliques externes d'un data center à Meudon. L'étude a permis de comprendre et d'optimiser le refroidissement des équipements informatiques haute densité, avec des recommandations pour améliorer l'aéraulique en cas de vent spécifique.
L'essentiel. Étude CFD externe d'un data center à Meudon, appuyée sur un jumeau numérique reprenant le site et son environnement dans un rayon de 400 m. Les conditions les plus défavorables retenues sont une température extérieure de 40 °C et un vent de 4 m/s. À l'aspiration des systèmes en toiture, la température reste généralement inférieure à 45 °C. Un phénomène de bouclage des aérorefroidisseurs a été identifié, mais il demeure très localisé et ne compromet pas la durabilité des installations. Un contrôle de l'aéraulique est recommandé pour un vent de Nord-Est.
EOLIOS Ingénierie, l'un des leaders européens de la modélisation CFD de data center, a apporté son expertise dans la compréhension et la modélisation des échanges thermiques et aérauliques extérieurs, en lien avec le dégagement calorifique des groupes électrogènes et des systèmes en toiture.
Dans l'environnement des data centers à très grande échelle, des systèmes de refroidissement capables de suivre l'évolution de l'IT sont nécessaires du fait de la densité croissante des équipements (plus de 10 kW par baie). Ces calories sont évacuées par une série de systèmes de refroidissement disposés en forte concentration en toiture.
Cette étude examine le panache d'échappement d'une série de générateurs. L'objectif : améliorer le brassage d'air des aérorefroidisseurs en toiture des locaux techniques occupés par des groupes électrogènes, afin de s'assurer que l'échappement thermique ne contamine pas l'air d'alimentation par bouclage. Un bouclage entraîne une perte de puissance des aérorefroidisseurs, donc une hausse de température dans les data halls et un risque de défaillance.
Pour cela, nos ingénieurs ont simulé par calcul numérique CFD le comportement thermo-aéraulique des différents phénomènes qui se produisent à l'extérieur du modèle.
Volume d'air chaud rejeté par une source (groupe électrogène, cheminée, 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.
Une multitude de paramètres a été prise en compte par nos experts :
les températures radiantes des parois et le tirage thermique issu des procédés ;
la pression du vent et la résistance interne à l'écoulement d'air vertical ;
l'emplacement et la résistance à l'écoulement des ouvertures d'enveloppe ;
le terrain local, l'impact du bâti au vent et les systèmes mécaniques brassant l'air autour des process.
Une étude météorologique a été menée pour déterminer les conditions climatiques usuelles autour du site. Elle a révélé que le vent est constant sur 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 4 m/s, vitesse la plus prépondérante sur site et la plus défavorable : elle est susceptible de rabattre le panache thermique des groupes électrogènes vers les systèmes de toiture.
Le jumeau numérique reprend la géométrie simplifiée du site et de son environnement dans un rayon de 400 m, pour analyser plus finement l'évolution du panache thermique selon l'orientation des vents. Il s'inscrit dans un processus d'amélioration de la conception : les zones de sur-température en aspiration ont conduit à une mise à jour du modèle par les ingénieurs d'EOLIOS.
Réplique virtuelle du data center et de son environnement, alimentée par les fiches techniques des équipements. Elle permet de rejouer différents scénarios de vent et de charge sans intervenir sur l'installation réelle.
Le jumeau numérique inclut les groupes électrogènes, la sous-station, les cheminées et les aérorefroidisseurs en toiture. Des ventelles mécaniques sont installées autour de la toiture et des groupes électrogènes.
Les groupes électrogènes sont installés dans des locaux en béton sur mesure intégrant les équipements techniques. Des cheminées modélisées en toiture évacuent les gaz d'échappement des moteurs, nocifs pour l'environnement et la santé.
Les aérorefroidisseurs installés en toiture dissipent la chaleur dégagée dans les data halls. Ils sont équipés de silencieux, dont la couverture a été prise en compte dans la modélisation aéraulique.
La simulation CFD montre que la température reste généralement inférieure à 45 °C. Des zones plus élevées ont été identifiées, attribuables au bouclage des aérorefroidisseurs du côté Nord sur ceux du côté Sud lorsque le vent vient du Nord-Est, et inversement par vent de Sud-Ouest.
Réaspiration, par les aérorefroidisseurs, d'une partie de l'air chaud qu'ils viennent de rejeter. L'air s'infiltre sous la couverture par les extrémités ouvertes de la rangée, ce qui élève la température à l'aspiration et réduit la puissance de refroidissement.
Cette augmentation reste toutefois très localisée : elle n'apparaît qu'au niveau de l'aérorefroidisseur le plus proche des groupes électrogènes et demeure inférieure à l'objectif de température.
La simulation numérique a par ailleurs confirmé que les panaches thermiques des groupes électrogènes, des cheminées de rejet, des grilles d'aspiration et de rejet et de la sous-station transformateur ne représentent pas de problème pour les systèmes en toiture.
L'étude met en lumière que la densité élevée d'installations en toiture entraîne des phénomènes de bouclage, provoquant une augmentation locale de la température de l'air. Ce phénomène ne met toutefois pas en danger la durabilité des installations.
Les ingénieurs d'EOLIOS ont également réalisé un modèle approximatif de PA13. Ses principales caractéristiques thermo-aérauliques ont révélé des problèmes de bouclage significatifs, susceptibles de compromettre la pérennité des installations : les panaches des groupes électrogènes y sont réaspirés de manière importante par les aérorefroidisseurs de toiture.
À retenir. Sur PA 22, le bouclage reste localisé et sans conséquence sur la pérennité. Le modèle plus dense PA13 montre à l'inverse des recirculations critiques. La densité d'équipements en toiture est donc le facteur déterminant, et un air ambiant pouvant atteindre 40 °C impose d'anticiper ces phénomènes dès la conception.
Nous recommandons de réaliser un contrôle de l'aéraulique de ce data center pour un vent de Nord-Est.
Les conclusions de l'étude ont permis d'identifier ces problématiques et de proposer des solutions adaptées aux équipes de conception. La simulation CFD permet d'analyser, vérifier et corriger les erreurs éventuelles dès la conception : une méthode rapide et précise, qui économise du temps et des coûts tout en garantissant des résultats concrets et fiables. Intégrer la CFD dès la phase de conception est la garantie d'éviter les problèmes futurs.
Savoir-faire : la simulation CFD externe pour les data centersBouclage, conditions météo et apport de la simulation : les réponses aux questions que se posent exploitants et équipes de conception.
Une partie de l'air chaud rejeté par une rangée d'aérorefroidisseurs s'infiltre sous la couverture par les extrémités ouvertes puis est réaspirée par les systèmes de la même rangée. La température à l'aspiration augmente et la puissance de refroidissement diminue, un enjeu proche de celui étudié sur notre projet de perte de charge de groupe électrogène.
Le vent est constant sur l'année avec une dominante Sud-Ouest et des phénomènes temporaires d'origine Nord-Est. L'étude a été menée pour une température extérieure de 40 °C et un vent de 4 m/s, la vitesse la plus prépondérante et la plus défavorable car elle rabat le panache des groupes électrogènes vers les systèmes de toiture.
Non. Sur PA 22 la surchauffe reste très localisée, limitée à l'aérorefroidisseur le plus proche des groupes électrogènes, et la température demeure inférieure à l'objectif. Un modèle plus dense comme PA13 montre en revanche des bouclages significatifs susceptibles de compromettre la pérennité des installations.
Le jumeau numérique reprend la géométrie du site et de son environnement dans un rayon de 400 m afin de restituer l'influence du terrain, du bâti et des vents dominants sur l'évolution des panaches thermiques selon leur orientation.
La simulation CFD permet d'analyser, de vérifier et de corriger les erreurs potentielles dès la conception. Rapide et précise, elle économise du temps et des coûts tout en garantissant des résultats fiables avant la réalisation.
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Étude CFD externe du data center PA 22 à Meudon : impact des générateurs et des systèmes de refroidissement en toiture. La simulation numérique a modélisé les phénomènes thermo-aérauliques pour analyser et améliorer la ventilation des aérorefroidisseurs. L'analyse météorologique montre un vent dominant de Sud-Ouest avec des épisodes temporaires de Nord-Est. La température reste généralement sous l'objectif, avec des zones de sur-température locales dues au bouclage entre aérorefroidisseurs, sans affecter gravement la pérennité des installations.
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