Auslegung der Klimaanlagen eines Rechenzentrums: Einhausung der Gänge, diffundierende abgehängte Decke und Resilienz bei einem Ausfall der Stromversorgung.
EOLIOS Ingenieurbüro hat die Auslegung der Klimaanlagen eines Rechenzentrums in Partnerschaft mit IMOGIS durchgeführt. Mehrere Krisenszenarien wurden untersucht, um die Resilienz der Klimatisierungssysteme zu testen.
Das Wesentliche. CFD-Auslegungsstudie eines Rechenzentrums in Paris (Partner IMOGIS). Die Simulationen belegen die Wirksamkeit der Einhausung der Warm- und Kaltgänge: ohne Einhausung verursachen zahlreiche Rezirkulationen eine allgemeine Überhitzung von bis zu +20 °C gegenüber den zugrunde gelegten ASHRAE-Kriterien. Die Studie validiert die diffundierende abgehängte Decke und den Zusatz modulierbarer Gitter und erprobt dann den Raum bei einem Ausfall der Stromversorgung.
Im Rahmen der Auslegung eines Rechenzentrums in Partnerschaft mit IMOGIS hat EOLIOS die Auslegung der Klimaanlagen durchgeführt. Die ersten Studien konzentrierten sich auf die Auslegung der Warm- und Kaltgänge: Obwohl diese Art der Auslegung heute bekannt und beherrscht ist, wurde die Wirksamkeit dieser Einhausung erneut nachgewiesen.
Ohne Einhausung wurden zahlreiche Rezirkulationen aufgezeigt, die eine allgemeine Überhitzung verursachen (bis zu +20 °C gegenüber den zugrunde gelegten ASHRAE-Auslegungskriterien). Parallel wurde das Prinzip der Diffusion in den Kaltgängen untersucht.
Physische Abschottung der Warm- oder Kaltgänge, die die Vermischung der von den Servern abgegebenen Luft mit der kalten Zuluft verhindert. Sie beseitigt Rezirkulationen, senkt die Ansaugtemperaturen und verbessert die Energieeffizienz der Kühlung.
Die Herausforderung bestand darin, das Risiko des Auftretens von Hotspots bei verschiedenen kritischen Urbanisierungen zu untersuchen. Die Studie zeigte die Wirksamkeit der Regelungssysteme der diffundierenden abgehängten Decke, die eine große Flexibilität bei der Verteilung der Serverleistungen im Raum bieten. Mehrere Szenarien ermöglichten es, verschiedene ungünstige Betriebsmodi zu erfassen.
Globale aeraulische Bewegungen wurden beobachtet, die in der Lage sind, die Wärmeabgaben der Systeme, Schränke und Beleuchtungen an einigen ungünstigen Punkten zu konzentrieren. Diese Phänomene wurden durch den Zusatz modulierbarer Gitter in bestimmten spezifischen Zonen der Serverhalle optimiert.
Technische Decke, ausgestattet mit einstellbaren Gittern, durch die die Kaltluft in den Raum diffundiert wird. Ihre zonenweise Regelung bietet große Flexibilität, um die Kälteverteilung an die tatsächlich installierten Leistungen anzupassen.
Zu beachten. Die Einhausung der Gänge und eine diffundierende abgehängte Decke mit modulierbaren Gittern genügen oft, um Rezirkulationen zu beseitigen und sehr heterogene Urbanisierungen aufzunehmen, ohne die Kälteerzeugung zu überdimensionieren.
Die diffundierende abgehängte Decke verwandelt das obere Plenum in eine steuerbare Zuluftfläche: statt eines gleichmäßigen Volumenstroms erhält jede Zone die Kaltluft über einstellbare Gitter, deren Öffnung angepasst wird. Diese Granularität ist entscheidend in einem Raum, in dem die Leistungen je Schrank heterogen sind und sich über die Betriebsstufen ändern. Die CFD dient hier dazu, zonenweise den diffundierten Volumenstrom mit der tatsächlich unter dem Gitter abgeführten Wärmelast zu verknüpfen.
Lastkartierung: Übertragung der Serverleistungen Schrank für Schrank auf den Deckenplan.
Einstellung der Öffnungen: Modulation des Öffnungsgrads der Gitter, um den Volumenstrom auf die lokale Last abzustimmen.
Kontrolle der globalen Bewegungen: Identifizierung der aeraulischen Schleifen, die die Abgaben an einigen Punkten konzentrieren.
Beherrschte Abluft: Prüfung, dass die warme Luft die Abluft erreicht, ohne die Kaltgänge kurzzuschließen.
Pufferraum, hier im oberen Bereich, unter leichtem Überdruck gehalten, aus dem die Kaltluft über Gitter in den Raum verteilt wird. Sein Druck und der Öffnungsgrad der Gitter legen den an jedem Punkt gelieferten Volumenstrom fest.
Fähigkeit einer Anlage, die verfügbare Kälte auf die Zonen umzuleiten, die sie benötigen, ohne das Ganze zu überdimensionieren. Eine abgehängte Decke mit modulierbaren Gittern erreicht dies durch lokale Einstellung statt durch Leistungszugabe.
Zu beachten. Der Wert einer diffundierenden abgehängten Decke liegt in ihrer Steuerung: Es ist die feine, per CFD validierte Einstellung der Gitter, die heterogene Urbanisierungen aufnimmt, ohne die Kälteerzeugung zu überdimensionieren.
Die Klimaanlagen eines Rechenzentrums per Simulation auszulegen, setzt eine strenge Berechnungskette voraus, in der jede Annahme nachvollzogen wird, bevor die Ergebnisse genutzt werden. Das numerische Modell hat nur Wert, wenn es die Physik des Raums getreu wiedergibt: erzwungene Konvektion der Recycler, natürliche Konvektion der warmen Fahnen, Wärmeleitung in den Trennwänden und Strahlung zwischen Oberflächen. Die Stärke des Ansatzes besteht darin, bereits in der Auslegung quantifizierbar zu machen, was sonst eine Intuition des Ingenieurs bliebe.
Geometrische Modellierung: Übernahme des Raumvolumens, der Schränke, der Recycler und der diffundierenden abgehängten Decke im realen Maßstab.
Vernetzung: Unterteilung des Luftvolumens in Rechenzellen, verfeinert an den Gittern, den Gängen und den Schrankeintritten, wo die Gradienten am stärksten sind.
Randbedingungen: Zuluftvolumenströme und -temperaturen, je Schrank abgeführte Leistungen, Wandeigenschaften und Regelungssollwerte.
Turbulenzmodell: Schließung der gemittelten Navier-Stokes-Gleichungen, um die reale Durchmischung der Luft wiederzugeben.
Konvergenz & Auswertung: Prüfung der Stabilität der Residuen, dann Schrank für Schrank auswertbare Temperatur-, Geschwindigkeits- und Druckkarten.
Unterteilung des Luftvolumens in Elementarzellen, in denen die Strömungs- und Wärmeübertragungsgleichungen gelöst werden. Ein feines Netz gibt die Gradienten nahe den Gittern und Schränken besser wieder, um den Preis einer höheren Rechenzeit; die Kunst besteht darin, es dort zu verfeinern, wo es nützlich ist.
Satz zusätzlicher Gleichungen, die die Auswirkungen der Wirbel auf die mittlere Strömung darstellen, ohne sie einzeln zu lösen. Es bestimmt die Genauigkeit der simulierten Luftdurchmischung in den Gängen und um die Schränke.
Zu beachten. Die Zuverlässigkeit einer Auslegungsstudie hängt ebenso von der Qualität des Netzes und der Randbedingungen ab wie von der Rechenleistung: Ein gut aufgestelltes Modell verwandelt die Klimaauslegung in eine messbare Entscheidung statt in eine erlittene Sicherheitsmarge.
Nach der Optimierung der Auslegung schätzten Studien zum Ausfall der Netzstromversorgung die extremen Höchsttemperaturen und die Dauer der Schwellenüberschreitung für die ungünstigsten Server.
Empfehlungen betrafen den Einsatz von USV-Anlagen für bestimmte Regelungssysteme, um den Wiederanlauf der Notsysteme zu beschleunigen und den Temperaturanstieg des Raums zu begrenzen.
Unterbrechungsfreie Stromversorgung, die die Elektrizität während der Umschaltung auf die Notstromaggregate aufrechterhält. Die Regelungssysteme über eine USV zu versorgen, beschleunigt den Wiederanlauf der Lüftung und begrenzt den Temperaturanstieg bei einem Ausfall.
Einhausung, diffundierende abgehängte Decke und Ausfall der Stromversorgung: die Antworten auf die Fragen, die sich Planer und Betreiber vor einer CFD-Studie stellen.
Ohne Einhausung treten zahlreiche Rezirkulationen auf und verursachen eine allgemeine Überhitzung, bis zu +20 °C gegenüber den ASHRAE-Kriterien. Die Einhausung beseitigt die Vermischung der Ströme und macht die Kühlung zuverlässig, wie auch unsere interne Studie des Rechenzentrums DC28 zeigt.
Ihre einstellbaren Gitter bieten große Flexibilität, um die Kälte je nach tatsächlich installierten Serverleistungen zonenweise zu verteilen und heterogene Urbanisierungen aufzunehmen.
Die Studie simuliert verschiedene kritische Urbanisierungen, um die Konzentrationen von Wärmeabgaben zu lokalisieren, und fügt dann modulierbare Gitter in den betroffenen spezifischen Zonen hinzu, um die Diffusion neu auszugleichen.
Studien zu einem Ausfall des Versorgungsnetzes schätzen die extremen Höchsttemperaturen und die Dauer der Schwellenüberschreitung für die ungünstigsten Server, bis zum Wiederanlauf der Notsysteme.
Bestimmte Regelungssysteme über eine USV zu versorgen, beschleunigt den Wiederanlauf der Notsysteme und begrenzt den Temperaturanstieg des Raums während der Umschaltung.
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