Conceção das instalações climáticas de um centro de dados: confinamento dos corredores, teto falso difusor e resiliência em caso de falha de alimentação.
A EOLIOS Engenharia realizou o dimensionamento das instalações climáticas de um centro de dados, em parceria com a IMOGIS. Foram estudados vários cenários de crise para testar a resiliência dos sistemas de climatização.
O essencial. Estudo CFD de conceção de um centro de dados em Paris (parceiro IMOGIS). As simulações demonstram a eficácia do confinamento dos corredores quentes e frios: sem confinamento, numerosas recirculações provocam um sobreaquecimento generalizado até +20 °C em relação aos critérios ASHRAE adotados. O estudo valida o teto falso difusor e a adição de grelhas moduláveis, e depois testa a sala em caso de falha de alimentação elétrica.
No âmbito da conceção de um centro de dados em parceria com a IMOGIS, a EOLIOS realizou o dimensionamento das instalações climáticas. Os primeiros estudos concentraram-se na conceção dos corredores quentes e corredores frios: embora este tipo de conceção seja já conhecido e dominado, a eficácia deste confinamento foi mais uma vez demonstrada.
Sem confinamento, foram evidenciadas numerosas recirculações, provocando um sobreaquecimento generalizado (até +20 °C em relação aos critérios de conceção ASHRAE adotados). Em paralelo, o princípio de difusão nos corredores frios foi estudado.
Confinamento físico dos corredores quentes ou frios que impede a mistura do ar rejeitado pelos servidores com o ar frio insuflado. Suprime as recirculações, baixa as temperaturas de aspiração e melhora a eficiência energética da refrigeração.
O desafio foi estudar o risco de aparecimento de pontos quentes segundo diferentes urbanizações críticas. O estudo evidenciou a eficácia dos sistemas de regulação do teto falso difusor, que trazem uma grande flexibilidade na distribuição das potências de servidor da sala. Vários cenários permitiram apreender diversos modos de funcionamento desfavorável.
Foram observados movimentos aeráulicos globais, capazes de concentrar as rejeições caloríficas dos sistemas, armários e iluminação em alguns pontos desfavoráveis. Estes fenómenos foram otimizados pela adição de grelhas moduláveis em certas zonas específicas do hall de servidores.
Teto técnico equipado com grelhas reguláveis pelas quais o ar frio é difundido para a sala. A sua regulação zona a zona oferece uma grande flexibilidade para adaptar a distribuição do frio às potências realmente instaladas.
A reter. O confinamento dos corredores e um teto falso difusor com grelhas moduláveis bastam muitas vezes para suprimir as recirculações e absorver urbanizações muito heterogéneas, sem sobredimensionar a produção de frio.
O teto falso difusor transforma o plénum superior numa superfície de insuflação pilotável: em vez de um caudal uniforme, cada zona recebe o ar frio por grelhas reguláveis cuja abertura se ajusta. Esta granularidade é decisiva numa sala onde as potências por baia são heterogéneas e evoluem ao longo das fases de exploração. A CFD serve aqui para ligar, zona a zona, o caudal difundido à carga térmica realmente dissipada sob a grelha.
Cartografia das cargas: transferência das potências de servidor baia a baia para a planta do teto.
Regulação das aberturas: modulação da taxa de abertura das grelhas para alinhar o caudal com a carga local.
Controlo dos movimentos globais: identificação das ansas aeráulicas que concentram as rejeições em alguns pontos.
Retorno de ar controlado: verificação de que o ar quente atinge o retorno sem curto-circuitar os corredores frios.
Volume tampão, aqui na parte superior, posto em ligeira sobrepressão e a partir do qual o ar frio é distribuído para a sala por grelhas. A sua pressão e a taxa de abertura das grelhas fixam o caudal entregue em cada ponto.
Capacidade de uma instalação para reafetar o frio disponível às zonas que dele precisam, sem sobredimensionar o conjunto. Um teto falso com grelhas moduláveis obtém-na por regulação local em vez de acréscimo de potência.
A reter. O valor de um teto falso difusor reside no seu pilotagem: é a regulação fina das grelhas, validada pela CFD, que absorve as urbanizações heterogéneas sem sobredimensionar a produção de frio.
Conceber as instalações climáticas de um centro de dados pela simulação pressupõe uma cadeia de cálculo rigorosa, onde cada hipótese é rastreada antes de explorar os resultados. O modelo numérico só tem valor se reproduzir fielmente a física da sala: convecção forçada dos recicladores, convecção natural das plumas quentes, condução nas divisórias e radiação entre superfícies. A força da abordagem é tornar quantificável, desde a conceção, o que de outro modo permaneceria uma intuição de engenheiro.
Modelação geométrica: reprodução do volume da sala, das baias, dos recicladores e do teto falso difusor à escala real.
Malha: divisão do volume de ar em células de cálculo, refinada junto às grelhas, aos corredores e às entradas das baias onde os gradientes são mais fortes.
Condições de fronteira: caudais e temperaturas de insuflação, potências dissipadas por baia, propriedades das paredes e pontos de regulação.
Modelo de turbulência: fecho das equações de Navier-Stokes médias para restituir a circulação real do ar.
Convergência & exploração: verificação da estabilidade dos resíduos, e depois cartografias de temperatura, de velocidade e de pressão exploráveis baia a baia.
Divisão do volume de ar em células elementares onde são resolvidas as equações de escoamento e de transferência de calor. Uma malha fina restitui melhor os gradientes junto às grelhas e às baias, ao preço de um tempo de cálculo mais elevado; toda a arte consiste em refiná-la onde é útil.
Conjunto de equações complementares que representam os efeitos dos turbilhões sobre o escoamento médio sem os resolver um a um. Condiciona a justeza da circulação de ar simulada nos corredores e à volta das baias.
A reter. A fiabilidade de um estudo de conceção depende tanto da qualidade da malha e das condições de fronteira como da potência de cálculo: um modelo bem posto transforma o dimensionamento climático numa decisão mensurável em vez de uma margem de segurança sofrida.
Uma vez otimizada a conceção, estudos de falha de alimentação elétrica concessionária estimaram as temperaturas máximas extremas e a duração da ultrapassagem dos limiares para os servidores mais desfavoráveis.
As recomendações incidiram na instalação de UPS para certos sistemas de regulação, a fim de acelerar a reativação dos sistemas de emergência e limitar a subida de temperatura do local.
Alimentação sem interrupção que mantém a eletricidade durante a comutação para os grupos de emergência. Alimentar os sistemas de regulação através de uma UPS acelera a reposição da ventilação e limita a subida de temperatura durante um corte.
Confinamento, teto falso difusor e falha de alimentação: as respostas às questões que projetistas e exploradores colocam antes de um estudo CFD.
Sem confinamento, surgem numerosas recirculações que provocam um sobreaquecimento generalizado, até +20 °C em relação aos critérios ASHRAE. O confinamento suprime a mistura dos fluxos e fiabiliza a refrigeração, como mostra também o nosso estudo interno do centro de dados DC28.
As suas grelhas reguláveis oferecem uma grande flexibilidade para distribuir o frio segundo as potências de servidor realmente instaladas, zona a zona, e absorver urbanizações heterogéneas.
O estudo simula diferentes urbanizações críticas para localizar as concentrações de rejeições caloríficas, e depois adiciona grelhas moduláveis nas zonas específicas em causa a fim de reequilibrar a difusão.
Estudos de corte da rede concessionária estimam as temperaturas máximas extremas e a duração da ultrapassagem dos limiares para os servidores mais desfavoráveis, até à reativação dos sistemas de emergência.
Alimentar certos sistemas de regulação através de uma UPS acelera a reativação das emergências e limita a subida de temperatura do local durante a comutação.
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Visualização das recirculações no centro de dados e do efeito do confinamento dos corredores.
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