Engineering van rook- en warmteafvoer in een datacenter.

Brand & RWA: de juiste strategie voor IT-zalen

Brand in een geventileerde technische omgeving: een specifieke aanpak

EOLIOS kreeg de opdracht voor een studie naar rook- en warmteafvoer van een datacenter met hoge dichtheid, waar de risico's van brand niet met een conventionele aanpak konden worden behandeld. De onderzochte hal, representatief voor de andere zalen van het gebouw, is ontworpen voor circa 400 IT-racks, ofwel een totale warmtelast van meer dan 4 MW, volledig gedissipeerd door een systeem van koeling met ingeblazen lucht in de technische galerij.

Dit niveau van vermogen, gecombineerd met de dichtheid van de opstelling, betekent een sterke concentratie van brandbare materialen, warmtebronnen en circulerende lucht, in een ruimte die zowel gecompartimenteerd als zeer technisch.

De veiligheid van de brandweer garanderen: leefbaarheidsstudie

Anders dan een voor publiek toegankelijk gebouw is dit gebouw niet bedoeld voor permanente bezetting. De geldende veiligheidsregelgeving eist echter leefbare omstandigheden voor de brandbestrijding, met name wat betreft zicht, temperatuur en warmtestraling.

Deze eis geldt bij afwezigheid van rook- en warmteafvoer met automatische activering: de activering blijft vrijwillig, ter plaatse uitgevoerd na beoordeling door de hulpdiensten. Het systeem moet dus in staat zijn gunstige omstandigheden te herstellen, zelfs als de brand al is begonnen.

Het op te lossen vraagstuk bestond erin de kritieke configuraties van een plaatselijke of uitbreidende brand te identificeren, en te beoordelen of het RWA-systeem de rook kan afvoeren zonder de verbranding te verergeren. Er moest worden begrepen wanneer en onder welke omstandigheden een interventie kon worden overwogen, rekening houdend met het gedrag van de technische installaties — in het bijzonder de luchtrecirculatie door de fanwalls, de rol van het inblaasplenum en de geometrie van het gebouw.

De simulatie moest ook het effect van de sprinklers meenemen, die — hoewel doeltreffend om de branduitbreiding te beperken — mogelijk niet volstaan om voldoende zicht te garanderen of de omgevingstemperatuur snel te verlagen.

Kortom, het doel was niet alleen de dimensionering van de RWA en de systemen van de hulpdiensten te valideren, maar vooral hun werkelijke dynamiek te begrijpen in een complexe omgeving, om de klant en de controle-instanties een precies en onderbouwd beeld te geven van de veiligheid van de locatie.

CFD-simulatie van een brand in een datahal

Een realistisch model op maat van datacenterconfiguraties

Om de studiedoelen te halen en een realistisch, voorspellend beeld te geven van de verschijnselen bij brand in de datahal, EOLIOS zette een aanpak in op basis van numerieke stromingssimulatie. De gebruikte tool, Fire Dynamics Simulator (FDS), is een internationale referentie in brandmodellering. Ontwikkeld door het National Institute of Standards and Technology (NIST), simuleert hij nauwkeurig de rookverspreiding, de evolutie van de temperaturen en het gedrag van de lucht in complexe omgevingen.

De eerste stap was het bouwen van een 3D-model getrouw aan de werkelijke geometrie van de zaal, met alle elementen die de stroming beïnvloeden: compartimentering van de gangen, precieze opstelling van de IT-racks, plafondhoogtes, technische galerijen, inblaasplenums en systemen voor luchtretour.

Bijzondere aandacht ging naar de weergave van de luchtbehandelingsvoorzieningen, in dit geval de fanwalls, en naar de verschillende luchtuitwisselingspunten tussen volumes. De RWA-kleppen, de inblaasroosters en de verseluchttoevoeren zijn eveneens weergegeven om hun rol te beoordelen in de mechanismen van rook- en warmteafvoer eenmaal geactiveerd.

De voor deze studie gekozen mesh bereikte een fijne resolutie, met meer dan honderd miljoen actieve cellen, voor een getrouwe weergave van de gradiënten van temperatuur, rook en snelheid.

Identificatie van potentiële brandhaarden

Drie brandscenario's zijn gedefinieerd om de belangrijkste kritieke configuraties af te dekken, naargelang de positie van de brandhaard:

• A

  Scenario A — brand aan het begin van een gang.

• B

  Scenario B — brand aan het einde van een gang, dicht bij de luchtbehandelingsunits.

• C

  Scenario C — brand midden in een gang.

Voor elk van deze gevallen zijn twee varianten onderzocht: brand zonder uitbreiding (één rack in brand) en brand met uitbreiding (uitbreiding naar aangrenzende racks om de twee minuten, met modellering van de sprinkleractivering).

Dimensionering van de brand en rol van de sprinklers

Het gedrag van de brand is realistisch weergegeven, op basis van gegevens uit de wetenschappelijke literatuur over de ontbranding van IT-racks. Het gedefinieerde thermisch vermogen komt overeen met een representatief geval van een geventileerde brand in een datacenteromgeving.

Elke simulatie liep over een periode van enkele tientallen minuten, om de vertraagde effecten van de brand op de omgeving te observeren en de impact te beoordelen van een activering van de rook- en warmteafvoer halverwege. Deze keuze van tijdvenster maakte het mogelijk zowel de groeifase van de brand als de fase van stabilisatie na sprinkleractivering te analyseren, met of zonder RWA-interventie.

Tot slot heeft, voor elk scenario, EOLIOS de relevante fysische grootheden op manshoogte geëxtraheerd: temperatuur, zicht, warmtestraling en luchtstroomsnelheid. Deze gegevens zijn geanalyseerd volgens de drempels voor leefbaarheid die de Franse regelgeving en internationale normen erkennen, voor een objectieve beoordeling van de haalbaarheid van menselijke interventie in een rokerige omgeving.

Analyse van de brandbestrijdingsomstandigheden

Effecten van een beperkte brand (1 rack)

De simulaties in de scenario's met plaatselijke brand toonden aan dat de binnenomgeving beheerst bleef. Wanneer slechts één rack bij de brand betrokken is, blijft de warmtelast beperkt en blijven de thermische effecten beperkt tot de directe omgeving van de brandhaard. Op manshoogte overschrijden de temperaturen de kritieke interventiedrempels niet, en blijven de warmtestralingsfluxen onder de toegestane grenzen om de veiligheid van de hulpverleners te garanderen.

De rookverspreiding blijft in dit type configuratie eveneens beperkt. Dankzij de doeltreffendheid van de verticale compartimentering en de inblaas via de verhoogde vloer concentreert de rook zich in de bovenste lagen en vormt een stratificatie die stabiel is en de circulatiezones nauwelijks beïnvloedt. Het systeem van mechanische ventilatie, dat altijd actief is, helpt de horizontale verspreiding van deze rook te beperken zonder ongunstige overdruk te creëren. Zo is het zicht globaal bevredigend in het grootste deel van de installatie, ook in de aangrenzende gangen.

Dit gedrag valideert de strategie die als basis is gekozen voor de organisatie van de datahal: kanalisering van de luchtstromen, compartimentering van inblaas- en retourzones, en duidelijke scheiding tussen afvoercircuits en zones met potentiële uitbreiding. In die omstandigheden kunnen de hulpdiensten dan snel ingrijpen zonder de activering van het RWA-systeem af te wachten — een groot voordeel wanneer de brand in een vroeg stadium wordt gedetecteerd.

De impact van uitbreiding op zicht en temperaturen

Wanneer de brand zich uitbreidt naar meerdere racks, door het thermische effect of bij gebrek aan vroege detectie, verslechteren de omstandigheden voor interventie merkbaar en aanzienlijk. De resultaten tonen een snelle stijging van de temperaturen in de gangen in kwestie, tot boven 100 °C op manshoogte in de meest ongunstige gevallen. De uitbreiding wijzigt plaatselijk de luchtstromen, met name nabij de luchtbehandelingsunits, wat kan leiden tot recirculatie van hete gassen naar de retourzones.

Dit verschijnsel van recirculatie creëert zakken oververhitte lucht in bepaalde zones van de hal, zelfs op afstand van de brand, waardoor verplaatsing van de hulpdiensten zonder versterkte bescherming moeilijk of tijdelijk zelfs onmogelijk wordt. Bovendien heeft de langdurige verbranding van meerdere racks rijk aan kunststoffen een grote productie van roet veroorzaakt, met een snelle daling van het zicht onder de vereiste drempels tot gevolg. Vanaf de tiende minuut werden bepaalde zones van de hal volledig ondoorzichtig, waardoor veilige navigatie zonder aangepaste uitrusting onmogelijk werd.

De technische galerijen, verbonden met de hoofdvolumes via kabelgoten of ventilatiekanalen, ondergaan eveneens een stijging van de temperatuur en een geleidelijke verontreiniging door de rook, wat de mogelijkheden voor indirecte toegang tot de brandhaard beperkt. In zulke scenario's moet de rook- en warmteafvoer worden geactiveerd om weer minimaal zicht te herstellen en de belasting te beperken — ook thermisch van het gebouw.

Effect van RWA-systemen op de brandveiligheid

De simulaties bevestigen de doeltreffendheid van het systeem van rook- en warmteafvoer zoals ontworpen, op voorwaarde dat het op het juiste moment handmatig wordt geactiveerd. In de geteste scenario's brengt de activering van de kleppen van de RWA vanaf de veertiende minuut een gunstige dynamiek van luchtverversing op gang: de stilstaande rook wordt afgevoerd en geleidelijk daalt de temperatuur in de zones voor doorgang en circulatie.

Dit mechanisme werkt met een zekere traagheid, maar de effecten worden merkbaar binnen vijf à zes minuten na activering. De lagen hete gassen worden afgezogen via de afvoeropeningen en vervangen door verse lucht aangevoerd vanuit de lagere niveaus of de bufferzones, wat bijdraagt aan het herstel van toegankelijke volumes op vloerniveau. Dat verbetert het zicht maar vermindert ook de thermische druk op gevoelige structuren en materialen die nog niet door de brand zijn aangetast.

Gekoppeld aan het systeem van sprinklers, dat de warmte-intensiteit van de brand beperkt, zorgt de rook- en warmteafvoer voor stabilisatie van de situatie en opent een interventievenster voor de hulpdiensten. De simulaties tonen dat de combinatie van deze twee technische systemen een leefbare atmosfeer kan herstellen in het grootste deel van de datahal binnen enkele minuten, zelfs bij initiële uitbreiding — wat het belang bevestigt van een fijne coördinatie tussen detectie, blussing en afzuiging om een doeltreffende beheersing van de brand in dit type technische omgeving te garanderen.

De bijdrage van EOLIOS: expertise in brandveiligheidsprestaties

Numerieke tools in dienst van de brandprestaties

In omgevingen zo specifiek als serverruimtes met hoge energiedichtheid tonen conventionele tools voor brandanalyse snel hun beperkingen. Voor dit project zette EOLIOS een geavanceerde modellering in om nauwkeurig de werkelijke effecten van een brand in een moderne datahal weer te geven. Het gebruik van de software FDS, gekoppeld aan een 3D-modellering van de volledige site, maakte het mogelijk om realistische simulaties van scenario's uit te voeren die zowel representatief als bruikbaar zijn, met inbegrip van de complexe interacties tussen inblaasvoorzieningen, compartimentering, luchtrecirculatie en RWA.

Naast de modellering, EOLIOS structureerde de studie zo dat ze duidelijke indicatoren oplevert: temperatuur, zicht, warmtestraling, leefbaarheidscondities… Elke parameter is geanalyseerd op manshoogte, met bijzondere aandacht voor de toelaatbare drempels voor langdurige menselijke interventie. Deze pragmatische aanpak, gericht op de operationele behoeften, beoordeelt niet alleen de intrinsieke prestaties van de installaties maar ook hun doeltreffendheid in reële omstandigheden.

Een heldere, betrouwbare aanpak met waarde richting de autoriteiten

De studie onderscheidde zich ook door haar vermogen om de betrokkenen — de belanghebbenden van het project — samen te brengen rond een gedeeld begrip van de uitdagingen. De resultaten zijn gepresenteerd in de vorm van geïllustreerde rapporten, videofragmenten van simulaties en ruimtelijk-temporele kaarten, wat de toe-eigening vergemakkelijkt door de opdrachtgever, de exploitanten, de keuringsinstanties en de brandweer- en hulpdiensten. Deze technische pedagogiek is een van de sterke punten van EOLIOS, en combineert methodologische strengheid met het vermogen om informatie begrijpelijk en direct bruikbaar te maken.

Ten slotte vormt deze studie een waardevol instrument voor de dialoog met de administratieve autoriteiten. Ze toont aan dat de site niet alleen aan de regelgevende eisen voldoet, maar ook het voorwerp was van een vrijwillige aanpak van anticipatie en optimalisatie van de brandrisico. In die zin overstijgt ze de loutere validatie van het ontwerp en weerspiegelt ze veerkracht, prestaties en technische verantwoordelijkheid.