Studio CFD interno di un data hall: analisi dei flussi d'aria, della distribuzione delle temperature e individuazione dei punti caldi per ottimizzare il raffreddamento dei server.
EOLIOS Ingegneria ha fornito una panoramica delle condizioni termo-aerauliche dei diversi fenomeni che avvengono nella sala data center, in relazione ai processi informatici e ai sistemi di controllo climatico.
L'essenziale. Studio CFD interno di una sala data center in Spagna. La sfida: padroneggiare i fenomeni termo-aeraulici indotti dai corridoi caldi e freddi e valutare l'efficacia del rimescolamento dell'aria che raffredda i server. EOLIOS costruisce un gemello digitale molto dettagliato (volumi d'aria, linee di server, illuminazione, conducibilità dei materiali, insieme dei sistemi HVAC e griglie di diffusione), simula diversi casi di arresto dei ricircolatori e conduce uno studio transitorio durante un'interruzione elettrica per mettere in sicurezza il materiale.
La sfida di un progetto simile è la padronanza dei particolari fenomeni termo-aeraulici indotti dalla presenza di corridoi caldi e freddi, nonché la valutazione dell'efficacia del rimescolamento dell'aria destinato a raffreddare i server. Gli studi CFD hanno permesso di visualizzare questi fenomeni per diversi casi di arresto dei ricircolatori, portando all'ottimizzazione dei sistemi di trattamento HVAC.
Il gemello digitale del data center riprende i volumi d'aria, tutte le linee di server, le illuminazioni e la conducibilità dei materiali. L'insieme dei sistemi HVAC è modellato, e le griglie di diffusione lo sono con precisione per restituire fedelmente il flusso dell'aria nei diversi corridoi. Un modello così dettagliato consente calcoli di grande precisione e l'identificazione rapida dei potenziali problemi termici.
Unità di trattamento dell'aria di un data center che aspira l'aria calda espulsa dai server, la raffredda e la rinvia verso i corridoi freddi. Lo studio dei suoi diversi casi di arresto condiziona la resilienza del raffreddamento.
L'intero insieme dei server ha potuto essere modellato in CFD. I ricircolatori, le illuminazioni, i ventilatori di estrazione del calore, i sistemi di equipaggiamento e gli armadi di potenza elettrica sono integrati con precisione nello studio.
La finezza di risoluzione della CFD restituisce una distribuzione di temperature complessa ma molto vicina alle condizioni reali d'uso. Le velocità e le distribuzioni di temperatura all'uscita dei ricircolatori, così come gli scambi termici nei corridoi caldi e freddi, sono captati con grande precisione. I primi calcoli hanno verificato l'assenza di problematiche di flusso e permesso di valutare il consumo energetico dei ricircolatori e di dimensionarne gli apporti.
Una volta calibrato il gemello digitale, la CFD funge da banco di prova per dimensionare gli apporti dei ricircolatori: collega la portata immessa e la temperatura di ripresa di ciascuna unità al carico termico realmente visto dai corridoi. Si verifica così che la potenza frigorifera installata copra la dissipazione dei server senza sovraventilare, e che la ridondanza mantenga le sue promesse quando una o più unità si arrestano.
Bilancio di carico per corridoio: potenza dissipata delle linee di server confrontata con la portata e la temperatura di ripresa dei ricircolatori.
Casi di arresto dei ricircolatori: trasferimento del carico sulle unità restanti e verifica delle temperature di aspirazione.
Omogeneità del rimescolamento: individuazione dei corridoi sottoalimentati e delle zone di ricircolo residuo.
Margine di sicurezza: validazione della tenuta in regime degradato prima del passaggio agli scenari estremi.
Principio consistente nel prevedere ricircolatori di riserva (N+1 o più) affinché l'arresto di un'unità, in guasto o in manutenzione, non comprometta il raffreddamento. La CFD verifica che le unità restanti mantengano le temperature di aspirazione sotto le soglie.
Da ricordare. Dimensionare i ricircolatori al più giusto e collaudare la ridondanza tramite il calcolo evita sia la sovraventilazione costosa sia il sotto-raffreddamento in regime degradato.
La modellazione numerica aiuta i progettisti a prevedere le prestazioni e il comportamento dei sistemi, a testare diverse configurazioni e a decidere con cognizione di causa. È uno strumento potente per individuare i punti caldi durante uno scenario estremo (ondata di calore, guasto dei sistemi di climatizzazione), tenendo conto della posizione degli ingressi e delle uscite dell'aria, della temperatura e della velocità dell'aria ambiente e della configurazione delle apparecchiature.
Infine, uno studio transitorio ha valutato le temperature vicino ai server durante un'interruzione elettrica, nel lasso di tempo che separa l'arresto dal riavvio dei sistemi di ventilazione da parte del gruppo elettrogeno, al fine di verificare che il materiale elettronico non venga danneggiato.
Simulazione instazionaria che segue l'evoluzione delle temperature secondo dopo secondo durante un evento, come un'interruzione elettrica. Quantifica il tempo prima di raggiungere le soglie critiche e lo confronta con il tempo di riavvio dei sistemi di emergenza.
Da ricordare. Il gemello digitale dettagliato rende visibili i ricircoli e i punti caldi invisibili a occhio nudo, e lo studio transitorio dimostra la tenuta della sala prima dell'incidente reale.
Gemello digitale, ricircolatori e studio transitorio: le risposte alle domande che si pongono gestori e progettisti prima di uno studio CFD interno.
Padroneggiare i fenomeni termo-aeraulici indotti dai corridoi caldi e freddi e valutare l'efficacia del rimescolamento dell'aria che raffredda i server, visualizzando diversi casi di arresto dei ricircolatori per ottimizzare i sistemi HVAC, come nel nostro studio interno del data center DC28.
Riprende i volumi d'aria, le linee di server, le illuminazioni, la conducibilità dei materiali e l'insieme dei sistemi HVAC, con griglie di diffusione modellate con precisione. Questo livello di dettaglio consente calcoli di grande precisione e l'identificazione rapida dei problemi termici.
Tramite la simulazione di scenari estremi (ondata di calore, guasto dei sistemi di climatizzazione), tenendo conto della posizione degli ingressi e delle uscite dell'aria, della temperatura e della velocità dell'aria ambiente e della configurazione delle apparecchiature, al fine di identificare i punti caldi, le loro fonti e le loro conseguenze.
Valuta le temperature vicino ai server durante un'interruzione elettrica, nel lasso di tempo che separa l'arresto dal riavvio dei sistemi di ventilazione da parte del gruppo elettrogeno, per verificare che il materiale non venga danneggiato.
Perché le loro velocità e temperature di uscita governano gli scambi nei corridoi. Captarle finemente permette di valutarne il consumo energetico e di dimensionarne correttamente gli apporti.
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