Estudo data center –
Data Hall e Instalações UPS.

Centros de dados: uma revolução no alojamento e na gestão dos dados

O objetivo dos centros de dados: otimização e resiliência térmica

O impacto dos penachos térmicos no exterior do edifício é difícil de prever devido às diferentes variáveis que os engenheiros de conceção e os arquitetos não conseguem controlar. Estas variáveis incluem a velocidade do vento, a temperatura do ar, a direção do vento (analisada através da rosa dos ventos local) e a topologia das estruturas envolventes.

No entanto, estes fenómenos de recirculação térmica têm um impacto direto no desempenho dos equipamentos de refrigeração posicionados em cobertura.

A EOLIOS acompanha-o no estudo do impacto destas problemáticas aeráulicas para assegurar um funcionamento ótimo em todas as circunstâncias, mesmo as mais extremas (cenários de ventos desfavoráveis ou avarias).

Propriedades-chave: alta densidade, resiliência e eficiência energética

Neste local, isto inclui a utilização de amplas redes de aerorrefrigeradores e a otimização da engenharia hidráulica (depósitos tampão), visando garantir a evacuação duradoura do calor e otimizar os custos de exploração. A flexibilidade e a segurança estão no centro da conceção.

Estes centros de dados são concebidos com uma infraestrutura redundante (modos N+1 e N) para manter a refrigeração face aos imprevistos. Este quadro altamente seguro permite não só uma manutenção simplificada mas também um funcionamento contínuo, mesmo em caso de corte de energia (Blackout), graças à ativação dos geradores de emergência e das instalações UPS.

A antecipação numérica desempenha um papel crucial na eficiência operacional destes centros de dados. O gémeo digital ultra-detalhado modela os fluxos e gere virtualmente as operações críticas, reduzindo assim os riscos de disfunções térmicas ligadas ao ambiente exterior. Esta modelação inclui a análise das chaminés de rejeição, a dispersão dos fumos e o impacto da envolvente construída.

Em suma, graças à sua vasta capacidade, à sua eficiência de refrigeração em cobertura, à sua redundância elétrica e ao uso intensivo da simulação CFD, os centros de dados oferecem soluções extremamente robustas. Ao prevenir os sobreaquecimentos localizados, estas instalações tornam-se essenciais para as empresas que procuram sustentar serviços digitais mundiais contínuos e fiáveis.

O desafio dos estudos CFD: a otimização dos centros de dados

A realização de um estudo CFD (Computational Fluid Dynamics) é crucial para os centros de dados a fim de otimizar a aeráulica externa e a refrigeração, minimizando assim os riscos de recirculação do ar quente e maximizando a eficiência térmica.

• 01

  Refrigeração: as simulações CFD modelam os penachos térmicos e os fluxos de ar exteriores em torno do centro de dados. Isto ajuda a validar a implantação dos sistemas em cobertura, a disposição das chaminés de rejeição e dos aerorrefrigeradores para garantir uma refrigeração eficaz e evitar a recirculação térmica.

• 02

  Consumo de energia: ao analisar os ventos e a dispersão térmica externa, os estudos CFD identificam pontos de vigilância para preservar a eficiência energética: rebatimento do calor face aos obstáculos do edificado, prevenção dos sobreaquecimentos localizados em cobertura.

• 03

  Gestão da resiliência: os modelos CFD validam o comportamento das instalações durante fases críticas: otimização dos depósitos tampão e análise transitória durante um Blackout, facilitando a continuidade de serviço dos recursos de refrigeração.

• 04

  Segurança e emergência: a CFD simula o modo degradado em caso de avaria da rede elétrica, verificando a robustez dos sistemas de emergência (modos N+1 e N). Valida nomeadamente a boa dispersão dos fumos provenientes dos geradores.

Ao integrar estas análises CFD desde a conceção, os centros de dados podem melhorar a sua eficiência operacional, antecipar o impacto do seu ambiente meteorológico direto e reforçar a sua segurança, apoiando-se num gémeo digital preciso para consolidar as decisões de ordenamento.

Na EOLIOS Engenharia, compreendemos plenamente a importância destas simulações externas para fiabilizar sistemas de refrigeração massivos. Graças à nossa especialização em CFD, validamos o funcionamento global do local, reduzindo os riscos a longo prazo e contribuindo para a durabilidade dos centros de dados.

Estudo interno: redução dos riscos de sobreaquecimento graças à CFD

A CFD, um trunfo para a eficiência energética dos data halls

A otimização dos data halls nos centros de dados é essencial, e a simulação numérica CFD desempenha aí um papel maior. Ao modelar os fluxos de ar, a distribuição da temperatura e a interação entre os equipamentos, a CFD permite conceber sistemas de refrigeração mais eficazes. Identifica os pontos quentes, melhora a circulação do ar e reduz os custos energéticos ao ajustar com precisão o ar condicionado e a disposição das baias. Uma utilização estratégica da CFD assegura não só um melhor desempenho operacional e uma fiabilidade acrescida dos equipamentos, mas contribui também para reduzir a pegada de carbono dos centros de dados.

Composição e funcionamento de um data hall: baias, refrigeração e distribuição de energia

Um data hall é uma zona dedicada ao alojamento dos equipamentos informáticos essenciais ao tratamento e ao armazenamento dos dados. Compõe-se principalmente de baias que contêm servidores, unidades de armazenamento e comutadores de rede. Para otimizar a refrigeração, as baias são muitas vezes dispostas em corredores quentes e frios, separando o ar quente expelido do ar fresco destinado a arrefecer os equipamentos.

Os sistemas de refrigeração incluem climatizadores de precisão ou refrigeradores a água, concebidos para manter temperaturas estáveis apesar do calor gerado pelos servidores. A distribuição elétrica assenta em sistemas redundantes, apoiados por UPS (fontes de alimentação ininterrupta) e geradores de emergência, garantindo uma alimentação contínua em caso de corte. Por fim, sensores inteligentes monitorizam permanentemente a temperatura, a humidade e o desempenho dos equipamentos.

Otimização térmica interna: desafios e soluções da EOLIOS Engenharia

Neste estudo, foi identificado um problema de sobreaquecimento na parte esquerda do data hall, zona crucial para o bom funcionamento do centro de dados. Este sobreaquecimento ocorre quando dois sistemas de refrigeração avariam em simultâneo, e as baias em causa podem atingir 35 °C, ultrapassando largamente o limite máximo de 28 °C. Estas condições comprometem o desempenho e a fiabilidade dos equipamentos, aumentando o risco de falhas suscetíveis de afetar a integridade dos dados e a continuidade dos serviços.

A configuração da sala e a instalação de grelhas antiarrombamento acentuam o problema ao criar uma distribuição desigual da pressão. Forma-se uma sobrepressão nos corredores quentes do lado esquerdo, impedindo a evacuação eficaz do ar quente e provocando um fenómeno de recirculação, em que o ar quente regressa ao sistema, acelerando a subida das temperaturas.

A distribuição desigual das baias contribui igualmente para o problema, pois os sistemas de refrigeração avariados têm de gerir a carga térmica de um ilhéu de baias afastado, tornando este setor particularmente vulnerável. Para resolver este desafio, os engenheiros da EOLIOS conceberam várias soluções inovadoras. Graças a um diálogo aprofundado com o cliente, avaliaram as opções e selecionaram a estratégia mais eficaz, implementada em colaboração com todas as partes interessadas.

Estudo externo: fiabilizar a refrigeração em cobertura

Otimização dos sistemas de refrigeração: eficiência e durabilidade

A otimização dos sistemas de refrigeração, como os grupos de frio e os geradores, é essencial para assegurar o desempenho e a fiabilidade dos centros de dados. Com densidades elevadas de servidores, que podem ultrapassar 10 kW por baia, a gestão térmica torna-se um desafio maior. Um sobreaquecimento não controlado pode provocar avarias de material, diminuir a disponibilidade dos serviços e acelerar o desgaste dos equipamentos.

Assim, a otimização térmica não consiste apenas em manter uma temperatura estável: contribui para reduzir os custos energéticos e a pegada de carbono das instalações. As simulações numéricas oferecem uma visão detalhada das temperaturas e dos fluxos térmicos para diferentes cenários operacionais.

Modelação 3D e gestão térmica dos centros de dados

Uma modelação 3D precisa das infraestruturas, como a cobertura de um centro de dados em hiperescala equipada com capotagens de ventilação, permite visualizar o conjunto dos sistemas críticos e a sua interação. A estrutura modelada inclui os módulos de capotagem, as redes de ventilação, os passadiços de acesso e a disposição otimizada das unidades de refrigeração. Estes modelos constituem a base das simulações CFD, essenciais para analisar e otimizar o desempenho térmico.

Funcionamento dos sistemas críticos: aerorrefrigeradores e geradores

Os aerorrefrigeradores desempenham um papel central na dissipação do calor gerado pelos servidores. Permutadores AR-ÁGUA que utilizam o ar exterior, extraem o calor dos sistemas de refrigeração e asseguram um fluxo constante de ar fresco. A sua implantação em cobertura e o seu dimensionamento devem ser cuidadosamente estudados a fim de evitar qualquer fenómeno de recirculação de ar quente, suscetível de degradar os desempenhos térmicos.

Os geradores fornecem uma alimentação elétrica de emergência em caso de corte da rede principal. Graças a um arranque automático, assumem a carga elétrica dos equipamentos e dos sistemas de refrigeração, assegurando a continuidade dos serviços e a proteção dos dados. O seu funcionamento coordenado com os UPS garante um abastecimento estável e uma alta disponibilidade do centro de dados.

Criação do gémeo digital e precisão das simulações

Para cada projeto, a EOLIOS Engenharia desenvolve um modelo 3D detalhado que integra todos os sistemas que influenciam a aeráulica, como os aerorrefrigeradores e os geradores. As plantas do local, as maquetes 3D e as fichas técnicas dos equipamentos permitem determinar as características essenciais como os caudais de ar e as potências dissipadas.

Este gémeo digital permite analisar com precisão o funcionamento dos sistemas de refrigeração e identificar os pontos de melhoria potenciais. Graças à sua especialização em malhagem e em convergência, os engenheiros da EOLIOS garantem simulações CFD fiáveis e robustas. Uma malha fina e estruturada capta com precisão as variações de fluxo de ar e de temperatura, assegurando resultados estáveis e representativos das condições reais.

Análise CFD e integração das condições meteorológicas

Para simular condições realistas, foi integrada nas simulações uma análise meteorológica baseada nos registos da estação mais próxima. A temperatura exterior, a velocidade do vento e a orientação do vento são variáveis críticas que influenciam o comportamento térmico das instalações. Os cenários estudados incluem diferentes orientações de vento principal e o impacto nos geradores. Foram comparados dois modelos de extração:

• 1

  Rejeição à altura do gerador.

• 2

  Rejeição através de uma chaminé de 3 metros para limitar a recirculação do ar quente e melhorar a eficiência da refrigeração.

Resultados: validação e recomendações

Ventos dominantes: controlar os fenómenos de recirculação entre aerorrefrigeradores

A análise meteorológica integrada no modelo numérico permitiu estudar a dispersão térmica segundo diversas orientações de vento, apoiando-se numa rosa dos ventos anual para identificar as configurações mais representativas e mais exigentes. Os resultados mostram que a dispersão do calor se efetua de forma satisfatória na maioria das situações estudadas.

Contudo, a análise evidenciou zonas localizadas onde podem surgir fenómenos de recirculação térmica, principalmente ligados à forte densidade dos equipamentos técnicos em cobertura. Sob certas configurações, o vento favorece o regresso do ar quente às tomadas de ar dos sistemas de refrigeração. Embora estas subidas de temperatura permaneçam limitadas, localizadas e sem impacto crítico no funcionamento global do local, constituem pontos de vigilância importantes numa lógica de otimização.

Modo degradado: impacto controlado dos geradores

O estudo permitiu igualmente analisar o impacto dos geradores, das chaminés de rejeição e das instalações elétricas associadas em cenários críticos. A verificação da robustez das instalações em modos degradados (N+1 e N) é essencial, particularmente durante uma análise transitória do tipo Blackout ou Ride-Through.

Ao contrário de locais que exigem pesadas modificações físicas, as simulações 3D mostram que os penachos térmicos provenientes dos geradores não perturbam significativamente o funcionamento dos sistemas de refrigeração em cobertura. A implantação das chaminés e a conceção global permitem uma evacuação eficaz dos fluxos quentes. Os resultados confirmam que não há contaminação notável do ar aspirado pelos equipamentos sensíveis.

Potência de frio disponível e recomendações de exploração

Nos centros de dados modernos, os sistemas de refrigeração desempenham um papel central, e o ar aspirado deve permanecer suficientemente fresco para garantir a sua eficiência. Para otimizar estes desempenhos, o estudo termo-aeráulico externo debruçou-se também sobre a engenharia hidráulica, nomeadamente a otimização dos depósitos tampão e os fenómenos de estratificação.

A análise confirma que o comportamento térmico global do local está controlado. No entanto, devido aos fenómenos de recirculação identificados em cobertura, os engenheiros da EOLIOS recomendam uma vigilância particular relativamente a certas configurações de vento. Apoiando-se na cartografia dos pontos quentes e no gémeo digital (Cloud Viewer), o projeto beneficia de uma abordagem antecipativa que fiabiliza a fiabilidade, o desempenho e a durabilidade das instalações.

A expertise da EOLIOS face aos desafios termo-aeráulicos externos

Recomendações estratégicas e adaptadas à densidade do projeto

Forte da sua especialização em simulação numérica, e mais particularmente em aeráulica externa de centros de dados, a EOLIOS pôde validar as escolhas de conceção e propor recomendações adaptadas para vigiar os fenómenos de recirculação térmica em cobertura. Em vez de impor modificações estruturais dispendiosas, o estudo confirmou a pertinência e a coerência global da implantação atual, incluindo para os geradores.

A análise das diferentes configurações de vento permitiu identificar as condições específicas que favorecem o rebatimento do ar quente para as tomadas de ar. As soluções escolhidas orientam-se para uma vigilância acrescida durante estes cenários meteorológicos, rigorosamente simulados no modelo 3D. Estas observações confirmam que as subidas de temperatura permanecem limitadas, localizadas e sem impacto crítico no funcionamento dos sistemas.

Graças a este estudo, a EOLIOS fiabilizou a conceção dos sistemas aeráulicos em cobertura desde a fase de conceção. Esta otimização antecipativa reduz os riscos de disfunções térmicas e as perdas de desempenho ligadas às condições exteriores desfavoráveis. A utilização contínua do gémeo digital, nomeadamente através do Cloud Viewer, acompanhará os decisores ao longo de todo o ciclo de vida do local.