Ontwerp van de klimaatinstallaties van een datacenter: containment van de gangen, diffuus verlaagd plafond en robuustheid bij stroomuitval.
EOLIOS Ingénierie voerde de dimensionering van de klimaatinstallaties van een datacenter uit, samen met IMOGIS. Er zijn meerdere crisisscenario's onderzocht om de robuustheid van de klimaatinstallaties.
De kern. CFD-ontwerpstudie van een datacenter in Parijs (partner IMOGIS). De simulaties tonen de werking aan van het containment van de warme en koude gangen: zonder containment veroorzaken talrijke recirculaties een algemene oververhitting tot +20 °C ten opzichte van de gekozen ASHRAE-criteria. De studie valideert het diffuse verlaagde plafond en de toevoeging van regelbare roosters, en test daarna de ruimte bij stroomuitval.
In het kader van het ontwerp van een datacenter, samen met IMOGIS, voerde EOLIOS de dimensionering van de klimaatinstallaties uit. De eerste studies richtten zich op het ontwerp van de warme en koude gangen: ook al is dit ontwerpprincipe inmiddels bekend en beheerst, de werking van dit containment is opnieuw aangetoond.
Zonder containment zijn talrijke recirculaties aangetoond, die een algemene oververhitting veroorzaken (tot +20 °C ten opzichte van de gekozen ASHRAE-ontwerpcriteria). Daarnaast is het principe van de verdeling in de koude gangen onderzocht.
Fysieke afscheiding van de warme of koude gangen die voorkomt dat de lucht uit de servers zich mengt met de ingeblazen koude lucht. Zij neemt de recirculaties weg, verlaagt de aanzuigtemperaturen en verbetert de energie-efficiëntie van de koeling.
De opgave was het risico op het ontstaan van hotspots te onderzoeken bij verschillende kritieke indelingen. De studie toonde de werking aan van de regelsystemen van het diffuse verlaagde plafond, die veel vrijheid geven bij het verdelen van de serververmogens in de ruimte. Met meerdere scenario's zijn verschillende ongunstige bedrijfssituaties in beeld gebracht.
Er zijn globale luchtbewegingen vastgesteld die de warmte-uitstoot van de installaties, kasten en verlichting in enkele ongunstige punten kunnen samenbrengen. Die verschijnselen zijn geoptimaliseerd door regelbare roosters in bepaalde zones van de data hall toe te voegen.
Technisch plafond met regelbare roosters waardoor de koude lucht de ruimte in wordt verdeeld. De regeling per zone geeft veel vrijheid om de verdeling van de koude af te stemmen op de werkelijk geïnstalleerde vermogens.
Onthoud dit. Containment van de gangen en een diffuus verlaagd plafond met regelbare roosters volstaan vaak om de recirculaties weg te nemen en zeer ongelijke indelingen op te vangen, zonder de koudeproductie te overdimensioneren.
De diffuse verlaagde plafond verandert het bovenplenum in een regelbaar inblaasvlak: in plaats van een gelijkmatig debiet krijgt elke zone de koude lucht via regelbare roosters waarvan de opening wordt bijgesteld. Die fijnmazigheid is beslissend in een ruimte waar de vermogens per rack ongelijk zijn en per exploitatiefase veranderen. De CFD dient hier om per zone het verdeelde debiet te verbinden met de warmtelast die werkelijk onder het rooster vrijkomt.
Kartering van de lasten: de serververmogens rack per rack overbrengen op het plafondplan.
Instellen van de openingen: de openingsgraad van de roosters aanpassen om het debiet op de plaatselijke last af te stemmen.
Beheersing van de globale bewegingen: de luchtkringlopen aanwijzen die de uitstoot in enkele punten samenbrengen.
Beheerste retourlucht: controleren of de warme lucht de retour bereikt zonder de koude gangen kort te sluiten.
Buffervolume, hier aan de bovenzijde, dat licht op overdruk wordt gebracht en waaruit de koude lucht via roosters de ruimte in wordt verdeeld. De druk en de openingsgraad van de roosters bepalen het debiet op elk punt.
Het vermogen van een installatie om de beschikbare koude te verleggen naar de zones die haar nodig hebben, zonder het geheel te overdimensioneren. Een verlaagd plafond met regelbare roosters bereikt dat door plaatselijk te regelen in plaats van vermogen toe te voegen.
Onthoud dit. De waarde van een diffuus verlaagd plafond zit in de besturing: het fijn instellen van de roosters, gevalideerd met CFD, vangt ongelijke indelingen op zonder de koudeproductie te overdimensioneren.
De klimaatinstallaties van een datacenter met simulatie ontwerpen vraagt een strikte rekenketen, waarin elke aanname is vastgelegd voordat de resultaten worden gebruikt. Het rekenmodel heeft alleen waarde als het de fysica van de ruimte getrouw weergeeft: gedwongen convectie van de recirculatie-units, natuurlijke convectie van de warme pluimen, geleiding in de scheidingswanden en straling tussen oppervlakken. De kracht van de aanpak is dat zij al in de ontwerpfase meetbaar maakt wat anders een ingenieursintuïtie zou blijven.
Geometrische modellering: het volume van de ruimte, de racks, de recirculatie-units en het diffuse verlaagde plafond op werkelijke schaal overnemen.
Mesh: het luchtvolume opdelen in rekencellen, verfijnd ter hoogte van de roosters, de gangen en de rackinlaten waar de gradiënten het grootst zijn.
Randvoorwaarden: inblaasdebieten en -temperaturen, afgegeven vermogens per rack, eigenschappen van de wanden en regelinstellingen.
Turbulentiemodel: sluiting van de gemiddelde Navier-Stokes-vergelijkingen om de werkelijke luchtmenging weer te geven.
Convergentie & gebruik: controle van de stabiliteit van de residuen, daarna kaarten van temperatuur, snelheid en druk die rack per rack te gebruiken zijn.
Opdeling van het luchtvolume in elementaire cellen waarin de stromings- en warmteoverdrachtsvergelijkingen worden opgelost. Een fijne mesh geeft de gradiënten bij de roosters en de racks beter weer, ten koste van meer rekentijd; de kunst is haar te verfijnen waar dat nuttig is.
Aanvullende vergelijkingen die de invloed van wervels op de gemiddelde stroming weergeven zonder ze één voor één op te lossen. Zij bepalen hoe juist de gesimuleerde luchtmenging in de gangen en rond de racks is.
Onthoud dit. De betrouwbaarheid van een ontwerpstudie hangt even sterk af van de kwaliteit van de mesh en de randvoorwaarden als van de rekenkracht: een goed opgezet model verandert de klimaatdimensionering in een meetbare beslissing in plaats van een opgelegde veiligheidsmarge.
Zodra het ontwerp was geoptimaliseerd, hebben studies van uitval van de netvoeding de extreme maximumtemperaturen en de duur van de drempeloverschrijding bepaald voor de meest ongunstig geplaatste servers.
De aanbevelingen betroffen het plaatsen van UPS-systemen op bepaalde regelsystemen, om het herstarten van de noodvoorzieningen te versnellen en de temperatuurstijging in de ruimte te beperken.
Ononderbroken stroomvoorziening die de elektriciteit in stand houdt tijdens de overgang naar de noodstroomaggregaten. De regelsystemen via een UPS voeden versnelt het herstarten van de ventilatie en beperkt de temperatuurstijging bij een stroomstoring.
Containment, diffuus verlaagd plafond en stroomuitval: antwoorden op de vragen van ontwerpers en beheerders vóór een CFD-studie.
Zonder containment ontstaan talrijke recirculaties die een algemene oververhitting veroorzaken, tot +20 °C ten opzichte van de ASHRAE-criteria. Containment neemt het mengen van de stromen weg en maakt de koeling betrouwbaar, zoals ook onze interne studie van datacenter DC28.
De regelbare roosters geven veel vrijheid om de koude per zone te verdelen volgens de werkelijk geïnstalleerde serververmogens en om ongelijke indelingen op te vangen.
De studie simuleert verschillende kritieke indelingen om de concentraties warmte-uitstoot te lokaliseren en voegt daarna regelbare roosters toe in de betrokken zones om de verdeling opnieuw in balans te brengen.
Studies van netuitval bepalen de extreme maximumtemperaturen en de duur van de drempeloverschrijding voor de meest ongunstig geplaatste servers, tot het herstarten van de noodvoorzieningen.
Bepaalde regelsystemen via een UPS voeden versnelt het herstarten van de noodvoorzieningen en beperkt de temperatuurstijging in de ruimte tijdens de overgang.
Verken onze expertise, projecten en technische dossiers om verder te komen dan deze vragenlijst.
Weergave van de recirculaties in het datacenter en van het effect van het containment van de gangen.
Digital twinDatacenteranalyse — data hall en UPS-ruimtes
Rook- en warmteafvoerRWA-engineering in een datacenter
HyperscaleExterne & interne CFD — hyperscale datacenter
OptimalisatieCFD-optimalisatie — datacenter
InternDatacenter — DC28 — intern
Technische ruimtesTechnische ruimtes — datacenter
KoelingOptimalisatie van de koeling — datacenter
ExternDatacenters — DC15.1 & DC15.2 — extern
ExternDatacenter — PA 22 — extern
NoodstroomaggregaatDrukverliesanalyse — noodstroomaggregaat — datacenter
ExternDatacenter — Parijs
BrandDatacenter — NOVEC-gas
InternDatacenter — DC17 — intern
ExternDatacenter — D14 — extern
ExternDatacenter — DC25 & DC26 — extern
InternDatacenter — DC10 — intern
ExternDC23 — extern
CFD-expertise, opgeleverde projecten en technische dossiers: het hele vakgebied datacenter op één plek.