Optimisation CFD – Data Center
Etude thermique et aéraulique d’un Data Center : Expertise CFD
Dans un contexte où les data centers à grande échelle se multiplient, la gestion des systèmes de refroidissement devient cruciale, en raison de l’augmentation de la densité des équipements informatiques, souvent supérieure à 10 kW par rack. L’enjeu principal est d’évacuer efficacement la chaleur dégagée par ces équipements haute densité. Chez EOLIOS, nous mettons notre expertise technique à votre service en réalisant des études de dynamique des fluides numérique (CFD) afin de modéliser et optimiser les échanges thermiques et aérauliques d’un data center.
Cette analyse s’intéresse spécifiquement aux panaches externes d’échappement des aérorefroidisseurs, groupes électrogènes et autres équipements situés en toiture. L’objectif principal est de vérifier si l’évacuation des rejets thermiques de ces systèmes risque de contaminer l’air d’alimentation par des boucles de recirculation. Nous simulons ainsi le comportement thermoaéraulique de ces panaches grâce à des calculs numériques CFD, afin d’assurer une gestion optimale de la température de l’air d’entrée et de prévenir tout problème d’interférence.
L’étude vise à valider la conception du bâtiment et l’emplacement des systèmes du data center sur le toit, en vérifiant que les températures de l’air en entrée des refroidisseurs soient suffisamment basses et en identifiant les éventuels problèmes de recirculation.
Elle inclut également différents scénarios d’exploitation en cas de températures élevées et pour différents directions du vent, ainsi que lors du démarrage des groupes électrogènes de secours. En cas de problème décelé, nous identifions la cause et proposons des solutions correctives adaptées.
Optimisation CFD - Data Center
Année
2025
Client
NC
Localisation
Francfort-sur-le-Main
Typologie
Data Center
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Données climatiques ASHRAE pour la CFD
Utilisation des normes pour une simulation CFD précise et efficace
Le bon paramétrage des conditions extérieures est fondamental pour optimiser la gestion thermique des data centers par simulation CFD. L’ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) constitue une référence internationale incontournable. En établissant des normes et en fournissant des données climatiques précises, elle permet aux ingénieurs et concepteurs d’adapter leurs systèmes de chauffage, ventilation, climatisation et réfrigération (HVAC-R) aux environnements réels. L’ASHRAE récolte des données météorologiques provenant de milliers de stations à travers le monde, garantissant une fiabilité et une précision grâce à des valeurs moyennes et extrêmes mesurées sur des décennies.
Ces données sont essentielles pour le dimensionnement adéquat des systèmes extérieurs. En prenant en compte les températures moyennes et extrêmes, elles aident à prévoir des scénarios réalistes, évitant ainsi le surdimensionnement et optimisant l’efficacité énergétique. Pour notre étude, les conditions climatiques locales sont définies grâce à la station météorologique la plus proche, située à Toussus Le Noble. Elle fournit des informations cruciales, telles que les températures mensuelles et les relevés de vent, déterminants pour définir les conditions météorologiques et établir les vents dominants.
Ainsi, en s’appuyant sur des données climatiques fiables et standards, nous pouvons dimensionner des systèmes extérieurs efficaces et durables, adaptés aux exigences des différentes conditions climatiques.
Modélisation 3D d’un Data Center pour la simulation thermoaéraulique
Les scénarios simulés dans le cadre de l’étude externe sont les suivants :
- Scénario standard : Avec vent majoritaire
- Scénario standard : Avec vent défavorable
- Scénario critique : Avec vent défavorable
Pour ces 3 études, les groupes électrogènes sont activés pour prendre en compte la situation la plus défavorable en termes de rejets calorifiques.
Les unités de refroidissement, concentrées au nord-est du bâtiment, comprennent 30 refroidisseurs et 3 dry-coolers.
Une surtoiture est présente aux sorties des refroidisseurs d’air pour minimiser les phénomènes de recirculation d’air. Cette zone est délimitée par des parois équipées de panneaux acoustiques, et des ventelles sont présentes sur les parties basses ces parois.
Les 26 groupes électrogènes se trouvent majoritairement au sud-ouest du bâtiment, à la fois sur le toit et répartis sur deux étages à l’intérieur. Afin de détourner les rejets thermiques des groupes électrogènes, 5 conduits de rejet sont installés en hauteur. L’admission de l’air frais pour les groupes électrogènes se fait au niveau de la façade sud-ouest du bâtiment, équipée de ventelles.
La présence d’équipements auxiliaires sur le toit, tels que les unités de traitement d’air et les pompes à chaleur, ont également été pris en compte.
Résultats de la simulation externe du data center : Validation de la conception
L’étude a analysé la conception extérieure du data center à travers trois scénarios critiques, fondés sur les variations de la direction du vent et la gestion des systèmes de refroidissement, tout en maintenant des conditions climatiques extrêmes selon les standards de l’ASHRAE.
Scénario 1 : Vent majoritaire - Scénario standard (N)
Aucun phénomène marquant de recirculation d’air n’a été détecté pour ce scénario. Les simulations révèlent que la température mesurée à l’aspiration des unités de refroidissement reste proche de la température environnante, ce qui témoigne d’une conception optimisée de l’entrée d’air. La structure et la disposition du toit sont jugées excellentes dans ces conditions, garantissant une bonne régulation thermique.
Scénario 2 : Vent défavorable – Scénario standard (N)
L’étude a mis en lumière une légère recirculation d’air au niveau des ventelles sud-ouest, principalement causée par l’obstruction partielle due aux gaines d’extraction des groupes électrogènes. Cependant, une zone centrale dégagée d’équipements offre un accès suffisant à l’air frais, ce qui contribue à atténuer ce phénomène. La température d’aspiration montre des hausses, notamment pour les systèmes situés au sud, mais demeure contrôlée. Les gaines d’extraction des groupes électrogènes assurent une déviation efficace de l’air chargé en calories, minimisant les interactions potentielles avec les aérorefroidisseurs.
Scénario 3 : Vent défavorable – Scénario critique (N+X)
Les difficultés liées à la recirculation de l’air persistent, exacerbées par la réduction des vitesses de soufflage liée à la pleine capacité de fonctionnement. Cela accroît la propension à la recirculation d’air, particulièrement autour des ventelles en aval. Les températures d’aspiration affichent des augmentations significatives, touchant essentiellement les unités positionnées au sud. Malgré ces conditions, l’air aspiré par les groupes électrogènes reste à température ambiante, grâce à une gestion habile de la déviation des masses d’air chaudes.
La conception du toit du bâtiment démontre une résilience suffisante face à des conditions climatiques exigeantes. Même dans les scénarios les plus défavorables, comme le vent du nord-est combiné à la pleine capacité opérationnelle, la conception globale assure une fonctionnalité et une efficacité adéquates.
Optimisation énergétique des aérorefroidisseurs par simulation CFD
Chez EOLIOS, nous sommes à la pointe de l’optimisation énergétique des aérorefroidisseurs pour les data centers, en nous appuyant sur l’avance technologique que procure la simulation numérique de dynamique des fluides (CFD).
La CFD nous permet de créer des modèles tridimensionnels sophistiqués qui reproduisent fidèlement le comportement thermique et l’écoulement de l’air au sein des systèmes de refroidissement. En analysant ces modèles, nous pouvons identifier précisément les zones de surchauffe et les points de déperdition d’énergie, ainsi qu’optimiser la configuration des échangeurs de chaleur et des ventilateurs.
Cycle d'optimisation thermique d'un data center
Cette approche nous permet d’ajuster finement la vitesse de circulation de l’air et l’orientation des flux pour chaque condition climatique extérieure, améliorant ainsi l’efficacité énergétique sans compromettre les performances. En outre, nos solutions permettent de réduire le Power Usage Effectiveness (PUE), qui est un critère déterminant pour les data centers, en assurant une consommation d’énergie plus rationnelle et en minimisant les coûts opérationnels pour nos clients. Nous fournissons ainsi des recommandations stratégiques pour la mise en place de systèmes de gestion thermique robustes et efficaces.
Innovations pour la conception de toitures efficientes des data centers
Chez EOLIOS, nous comprenons le rôle crucial de la conception des toitures, communément appelées « cinquième façade », dans l’efficacité énergétique des data centers. Nos solutions incluent la création de surtoitures spécialement conçues pour améliorer passivement la ventilation et optimiser la gestion thermique. Grâce à la simulation CFD, nous pouvons modéliser différentes conceptions de surtoitures et analyser leur impact sur la circulation naturelle de l’air. Cela nous permet de concevoir des structures qui exploitent intelligemment les vents dominants et les variations de pression pour promouvoir une ventilation transversale efficace, réduisant la dépendance envers les systèmes de refroidissement mécaniques et favorisant l’évacuation de la chaleur accumulée.
En intégrant des matériaux réfléchissants et des technologies d’isolation innovantes, nos surtoitures contribuent à une réduction significative des charges thermiques. Ainsi, non seulement nous réduisons l’empreinte énergétique des data centers, mais nous ajoutons également une couche de résilience climatique, essentielle pour garantir la continuité des opérations dans des conditions météorologiques variées.
Une approche collaborative et sur mesure dans la réalisation de vos études
EOLIOS démontre une capacité particulière à intégrer les besoins spécifiques des entreprises tout au long de ses processus d’étude, établissant ainsi un partenariat véritablement collaboratif.
En s’appuyant sur une compréhension approfondie des attentes et des objectifs des clients, EOLIOS développe des solutions sur mesure, adaptées aux particularités de chaque demande.
Grâce à une communication ouverte et continue, l’entreprise s’assure que toutes les parties prenantes sont alignées sur les objectifs et les étapes des projets. Les équipes d’EOLIOS travaillent main dans la main avec les entreprises, offrant non seulement des expertises techniques mais aussi un savoir-faire relationnel. Notre approche centrée sur le client, alliée à des compétences pointues, assure que les études menées répondent aux attentes des entreprises, en maximisant l’efficacité et la pertinence des solutions proposées.
EOLIOS - Bureau d’étude expert en data center
Chez EOLIOS, notre mission est de vous accompagner dans la conception et l’évaluation de vos systèmes de refroidissement et de ventilation pour data center, garantissant une efficacité optimale et une sécurité renforcée pour vos infrastructures. Forts de notre expertise en simulation CFD, nous analysons les dynamiques thermoaérauliques pour optimiser la gestion thermique.
Grâce à nos connaissances des simulations numériques, nous identifions les flux d’air critiques et les zones susceptibles de créer des bypass non désirés. En intégrant ces analyses dans notre approche, nous assurons une distribution optimale de l’air, ce qui diminue le risque de surchauffe dans les zones sensibles et favorise l’efficacité opérationnelle de vos systèmes. Nous menons des évaluations rigoureuses pour valider et optimiser l’efficacité de vos systèmes de refroidissement en tenant compte des scénarios les plus défavorables. Cela vous permet d’assurer ainsi la pérennité et la performance de vos data centers.
Synthèse vidéo de l'étude
Résumé de l'étude
L’étude se concentre sur l’optimisation énergétique et la gestion thermique d’un data center via la simulation CFD. Elle porte sur la conception extérieure, notamment l’intégration d’une surtoiture pour améliorer passivement la ventilation. À travers plusieurs scénarios critiques, l’étude évalue l’impact des variations de direction du vent et de la capacité opérationnelle sur la recirculation d’air et l’efficacité des systèmes de refroidissement.
Des modèles tridimensionnels sophistiqués analysent le comportement thermique et l’écoulement de l’air, précisant les zones de surchauffe et optimisant les configurations des systèmes. La conception globale du data center assure une fonctionnalité et une résilience aux conditions climatiques exigeantes.
L’utilisation de surtoitures et de matériaux réfléchissants réduit les charges thermiques, tandis que les gaines d’extraction des groupes électrogènes dévient efficacement l’air chaud, minimisant les interactions avec les aérorefroidisseurs. Grâce à une approche collaborative basée sur une communication ouverte et la compréhension des besoins clients, EOLIOS propose des solutions sur mesure qui réduisent le Power Usage Effectiveness (PUE), garantissent la continuité des opérations, et ajoutent une couche de résilience climatique.
Synthèse vidéo de la mission
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