Estudo CFD externo e interno de um centro de dados em hiperescala de várias dezenas de megawatts: controlo dos pontos quentes, do circuito térmico fechado e da potência de frio.
A especialidade da EOLIOS em simulação CFD (Computational Fluid Dynamics) e em otimização dos sistemas de refrigeração desempenhou um papel crucial na resolução do desafio térmico de um centro de dados em hiperescala de várias dezenas de megawatts. O nosso saber-fazer permitiu melhorar a eficiência energética e garantir desempenhos ótimos, assegurando uma gestão térmica eficaz e duradoura para estas infraestruturas complexas.
A EOLIOS é líder da simulação CFD externa para os centros de dados. Os nossos estudos assentam num retorno de experiência de campanhas de medição em condições reais e de uma centena de locais simulados por todo o mundo.
O essencial. Estudo CFD interno e externo de um centro de dados em hiperescala de várias dezenas de megawatts. Em interno, a simulação localiza um sobreaquecimento do data hall (até 35 °C em vez dos 28 °C de regulação em caso de dupla avaria de frio) ligado a um circuito de ar fechado. Em externo, revela o circuito fechado entre refrigeradores de ar e o rebatimento das plumas; a solução adotada (nova implantação e cobertura) baixa as temperaturas de aspiração em 4 a 5 °C e divide por 5 a perda de potência de frio.
O impacto das plumas térmicas no exterior do edifício é difícil de prever devido às diferentes variáveis que os engenheiros de conceção e os arquitetos não conseguem controlar: velocidade do vento, temperatura e humidade do ar, direção do vento e atividades circundantes. Estes fenómenos têm um impacto direto nos desempenhos dos equipamentos posicionados no exterior.
A EOLIOS acompanha-o no estudo do impacto destas problemáticas para assegurar um funcionamento ótimo em todas as circunstâncias, mesmo as mais extremas.
Centro de dados de muito grande capacidade, concebido para crescer em carga de forma modular. A sua potência, de várias dezenas de megawatts, torna-o um desafio térmico maior, tanto no interior dos data halls como na cobertura.
Um dos principais trunfos dos centros de dados em hiperescala reside na sua eficiência energética. Integram sistemas de refrigeração de ponta e tecnologias de gestão energética que minimizam o consumo de energia enquanto maximizam os desempenhos.
A automatização desempenha um papel crucial na eficiência operacional: sistemas supervisionam quase todas as facetas das operações quotidianas (gestão dos servidores, acompanhamento do consumo, manutenção preventiva), reduzindo a necessidade de intervenções humanas e minimizando os erros humanos.
Graças à sua vasta capacidade, à sua eficiência energética, à sua flexibilidade e à sua automatização, os centros de dados em hiperescala oferecem soluções extremamente eficazes e económicas, essenciais para suportar serviços digitais mundiais robustos e fiáveis.
A realização de um estudo CFD é crucial para otimizar a circulação do ar e a refrigeração, minimizando o consumo energético enquanto maximiza a eficiência térmica.
Refrigeração: modelação dos fluxos de ar e de calor para otimizar a colocação dos servidores, a disposição dos racks e os sistemas de ventilação.
Consumo de energia: identificação das estratégias de melhoria da eficiência energética.
Gestão dos recursos: previsão dos desempenhos de climatização e antecipação das necessidades de energia e de refrigeração.
Segurança: simulação dos riscos de sobreaquecimento ou de avaria, conceção dos sistemas de emergência, de extração de fumos e de incêndio.
Ao analisar 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, otimiza a circulação do ar e reduz os custos energéticos ajustando a climatização e a disposição dos racks.
Foi identificado um problema de sobreaquecimento na secção esquerda do data hall. Quando dois sistemas de refrigeração avariam em simultâneo, os racks podem atingir 35 °C, muito acima do ponto de regulação máximo de 28 °C, comprometendo o desempenho e a fiabilidade dos equipamentos.
A instalação de grelhas anti-intrusão e a configuração da sala geram uma distribuição desigual da pressão: uma sobrepressão nos corredores quentes do lado esquerdo dificulta a evacuação do ar quente e cria um fenómeno de recirculação (circuito fechado). A distribuição desigual dos racks torna este setor particularmente vulnerável.
Situação em que o ar quente rejeitado por um equipamento é reaspirado à sua entrada em vez de ser evacuado. Em interno como em cobertura, faz subir a temperatura de aspiração e degrada a potência de frio disponível.
Para responder a este desafio, os engenheiros da EOLIOS elaboraram várias soluções inovadoras, analisadas e implementadas em acordo com todas as partes interessadas para uma resposta ótima e duradoura.
Com densidades elevadas de servidores que podem exceder 10 kW por rack, a gestão térmica torna-se um desafio maior. Um sobreaquecimento não controlado pode provocar avarias de material e uma degradação prematura dos equipamentos. A otimização térmica reduz também os custos energéticos e a pegada de carbono.
Os refrigeradores de ar (permutadores AR-ÁGUA) dissipam o calor dos servidores utilizando o ar exterior. Os grupos electrogéneos asseguram uma alimentação de emergência, arrancando automaticamente em caso de corte, garantindo uma alta disponibilidade.
A EOLIOS realiza um modelo 3D detalhado a partir das maquetas 3D, plantas e fichas técnicas, determinando os caudais de ar e potências dissipadas. A especialidade em malha e convergência garante simulações robustas: uma malha fina e estruturada capta com precisão as variações de fluxo de ar e de temperatura.
Foram simulados dois ventos dominantes. Fenómenos de circuito fechado entre sistemas aumentam as temperaturas em aspiração: as calorias evacuadas são reaspiradas. O fenómeno afeta sobretudo os primeiros refrigeradores de ar expostos ao vento, sendo amplificado pelo rebatimento das plumas térmicas. A densidade de sistemas em cobertura favorece zonas de estagnação, nomeadamente à volta dos transformadores (≈ 50 °C).
A adição de uma cobertura de proteção opaca suprime a aspiração de ar quente na parte superior: as temperaturas são reduzidas em cerca de 2 °C, diminuindo a perda de potência de frio.
Carenagem instalada por cima ou à volta dos refrigeradores de ar para impedir a aspiração direta de ar quente na parte superior. Canaliza os fluxos e reduz o circuito fechado, melhorando a temperatura de aspiração dos grupos de frio.
Uma orientação de vento particularmente desfavorável dirige as rejeições dos grupos electrogéneos para a cobertura: as plumas são aspiradas pelos grupos de frio, elevando as temperaturas de aspiração, com um circuito fechado dos grupos electrogéneos sobre si próprios. Apesar da sua baixa recorrência, este cenário é tido em conta devido aos riscos de forte subida de temperatura.
A adição de uma conduta de evacuação de 3 metros reduz parcialmente o fenómeno. Combinada com a cobertura de proteção, baixa as temperaturas médias de aspiração em cerca de 4 a 5 °C e suprime o circuito fechado entre grupos de frio.
A reter. A solução adotada (nova implantação + cobertura de proteção dos grupos de frio) divide por 5 a perda de potência de frio em relação à conceção inicial.
A EOLIOS propôs soluções adaptadas e pouco onerosas (nova implantação, cobertura de proteção) bem como opções mais pesadas (exutórios). As soluções adotadas, rigorosamente simuladas, reduziram significativamente as temperaturas de aspiração, melhorando a eficácia dos sistemas.
Esta otimização reduz os riscos de avaria e a perda de potência ligada aos fortes calores, e diminui a cada ano os custos energéticos de refrigeração.
Saber-fazer: a criação do gémeo digital do seu centro de dadosCircuito fechado, cobertura de proteção e potência de frio: as respostas às questões que exploradores e projetistas colocam antes de um estudo CFD interno e externo.
O estudo interno fiabiliza a refrigeração dos data halls (pontos quentes, recirculação, pressão nos corredores) enquanto o estudo externo trata a rejeição das calorias em cobertura e o circuito fechado entre sistemas. Os dois completam-se, como no nosso estudo interno do centro de dados DC28.
É a reaspiração, por um equipamento, do ar quente que acabou de rejeitar. Em cobertura, afeta sobretudo os primeiros refrigeradores de ar expostos ao vento e é amplificado pelo rebatimento das plumas; faz subir a temperatura de aspiração e reduz a potência de frio disponível.
A simulação mostrou que, na secção esquerda do data hall, os racks podem atingir 35 °C, muito acima do ponto de regulação de 28 °C. A CFD localiza este cenário crítico e permite dimensionar soluções antes de ele ocorrer em exploração.
A cobertura de proteção impede a aspiração de ar quente na parte superior e canaliza os fluxos. Combinada com uma nova implantação e com uma conduta de evacuação dos grupos electrogéneos, baixa as temperaturas de aspiração em 4 a 5 °C e divide por 5 a perda de potência de frio.
Um gémeo digital do local, cartografias de temperatura e de pressão em interno como em cobertura, a identificação dos circuitos fechados e dos pontos quentes (até 50 °C à volta dos transformadores), e soluções quantificadas e hierarquizadas segundo o seu custo e a sua eficácia.
Explore as nossas especialidades, projetos e dossiês técnicos para ir mais longe do que a FAQ.
Otimização térmica de um centro de dados em hiperescala por simulação CFD: melhoria da circulação do ar e da eficácia da refrigeração, redução do consumo e da pegada de carbono. Identificação dos sobreaquecimentos e circuitos fechados, e soluções (coberturas de proteção, gémeos digitais).
Gémeo digitalEstudo data center – Data Hall e Instalações UPS
Controlo de fumosEngenharia de extração de fumos num centro de dados
OtimizaçãoOtimização CFD – Centro de dados
InternoCentro de dados – DC28 – Interno
Instalações técnicasInstalações técnicas – Centro de dados
RefrigeraçãoOtimização da refrigeração – Centro de dados
ExternoCentros de dados – DC15.1 & DC15.2 – Externos
ExternoCentro de dados – PA 22 – Externo
GeradorEstudo de perda de pressão – Gerador – Centro de dados
ExternoCentro de dados – Paris
IncêndioCentro de dados – GAZ NOVEC
InternoCentro de dados – DC17 – Interno
ExternoCentro de dados – D14 – Externo
ExternoCentros de dados – DC25 & DC26 – Externo
InternoCentro de dados – DC10 – Interno
InternoCentro de dados – DC25 – Interno
ExternoDC23 – Externo
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