EOLIOS Ingénierie a vérifié et optimisé la conception d'un système permettant d'améliorer le brassage d'air des aéroréfrigérants situés en toiture de locaux techniques occupés par des groupes électrogènes.
La mission avait pour objet d'étudier le système de refroidissement d'un data center composé d'un complexe de 4 groupes électrogènes. Pour le compte d'ENERIA, EOLIOS a vérifié et optimisé la conception d'un dispositif destiné à améliorer le brassage d'air des aéroréfrigérants installés en toiture du local technique abritant ces groupes.
L'essentiel. Pour sécuriser le refroidissement de secours d'un data center, EOLIOS a modélisé en CFD un local de 4 groupes électrogènes et ses aéroréfrigérants en toiture, intérieur et extérieur couplés. La simulation a révélé un bouclage de l'air chaud favorisé par un pignon opaque, puis guidé les corrections de conception pour rétablir une extraction efficace des calories.
L'enjeu d'un tel projet réside dans la maîtrise des phénomènes thermo-aérauliques particuliers induits par le fonctionnement des moteurs à très haute température. Il s'agit d'étudier, par simulation CFD thermo-aéraulique, les différents principes aérauliques et thermiques qui régissent le site selon la configuration retenue pour les systèmes de refroidissement.
Cette analyse examine le panache d'échappement d'une série de générateurs en relation avec les systèmes de toiture du centre de données. Le but est de déterminer si l'échappement des systèmes peut contaminer l'air d'alimentation des différents équipements, et d'évaluer leur impact sur les bâtiments adjacents.
Il s'agit pour cela de simuler par le calcul numérique CFD le comportement thermo-aéraulique des différents phénomènes qui ont lieu à la fois à l'extérieur du modèle et à l'intérieur des locaux techniques des groupes électrogènes.
Un aéroréfrigérant évacue la chaleur d'un fluide vers l'air extérieur à l'aide de ventilateurs. En toiture, sa performance dépend directement de la température de l'air qu'il aspire : dès que cet air est réchauffé par son propre rejet, la capacité de refroidissement chute. Le sujet rejoint les systèmes de refroidissement des centres de données.
La simulation a intégré l'ensemble des phénomènes physiques déterminants pour la fiabilité du refroidissement :
Le tirage thermique est le mouvement ascendant de l'air chaud, plus léger, qui s'échappe par les ouvertures hautes en aspirant de l'air frais par le bas. Dans un local de groupes électrogènes, il conditionne le débit d'air traversant réellement les moteurs. Voir l'effet de tirage thermique.
Les résultats des premières études ont mis en évidence la présence d'un bouclage et d'une extraction des calories non optimale pour les systèmes de toiture. La présence d'un pignon opaque favorisait la recirculation de l'air extrait des aéroréfrigérants vers les zones d'aspiration.
Ce phénomène de bouclage entraîne une augmentation de la température de rejet des systèmes, qui, par effet de boucle, provoque à son tour une augmentation de la température de reprise, ce qui dégrade progressivement les performances de refroidissement et la fiabilité de l'installation.
Le bouclage désigne la réaspiration, par les aéroréfrigérants, d'une partie de l'air chaud qu'ils viennent de rejeter. Chaque tour de boucle élève la température de reprise et fait diverger le point de fonctionnement : c'est un mécanisme voisin de l'origine des surchauffes dans les centres de données.
À partir de ce diagnostic, des solutions d'optimisation ont pu être apportées à la conception pour casser la boucle de recirculation, rétablir une extraction efficace des calories et sécuriser le fonctionnement des groupes électrogènes en toiture.
Cette étude illustre tout l'apport de la modélisation numérique en phase de conception : en révélant un phénomène de bouclage invisible avant la mise en service, la simulation CFD permet d'ajuster les choix techniques pour garantir la fiabilité du refroidissement de secours, condition essentielle de la disponibilité d'un data center.
À retenir. Un local de groupes électrogènes bien dimensionné sur le papier peut malgré tout boucler une fois construit : c'est la géométrie réelle (pignon, implantation, ouvertures) confrontée au vent et au tirage qui décide, et seule une étude couplée intérieur/extérieur le montre avant travaux.
Bouclage en toiture, couplage intérieur/extérieur et apport de la CFD sur un local de groupes électrogènes.
Le bouclage désigne la réaspiration, par les aéroréfrigérants, d'une partie de l'air chaud qu'ils viennent de rejeter. La température de reprise augmente, ce qui dégrade progressivement le rendement du refroidissement et la fiabilité de l'installation. Un phénomène comparable a été traité sur notre projet compresseurs sur un navire offshore.
Le pignon fait écran au vent et crée une zone de recirculation à l'aval, dans laquelle l'air chaud extrait reste piégé au lieu d'être évacué. Il est alors réaspiré par les prises d'air situées à proximité.
Le refroidissement dépend du couplage des deux : le vent et la topographie extérieurs fixent les conditions aux frontières, tandis que le tirage thermique et les pertes de charge internes gouvernent le débit réel traversant les groupes. Les traiter ensemble évite de fausser le résultat.
Elle révèle des phénomènes invisibles sur plan, comme un bouclage, avant la mise en service. On peut alors corriger l'implantation et les ouvertures pour sécuriser le refroidissement de secours sans travaux correctifs coûteux après coup.
Les groupes électrogènes prennent le relais en cas de coupure réseau. Si leur refroidissement décroche par bouclage, ils peuvent se mettre en sécurité, ce qui menace directement la disponibilité du data center au pire moment.
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Cette étude thermo-aéraulique réalisée par EOLIOS porte sur le refroidissement de secours d'un data center équipé de 4 groupes électrogènes. La simulation CFD du vent sur site et des flux thermiques a permis d'analyser le panache d'échappement, d'identifier un bouclage de l'air chaud en toiture favorisé par un pignon opaque, et d'optimiser le brassage des aéroréfrigérants afin de fiabiliser l'extraction des calories.
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