Datacenter — PA 22 — extern.

Modellering van de externe warmte-uitwisseling

EOLIOS Ingénierie, een van de Europese marktleiders in CFD-modellering datacenter, bracht haar expertise in bij het doorgronden en modelleren van de externe warmte- en luchtuitwisseling, in samenhang met de warmteafgifte van de noodstroomaggregaten en van de daksystemen.

In de wereld van de zeer grootschalige datacenters zijn koelsystemen nodig die de evolutie van de IT kunnen volgen, door de toenemende dichtheid van de apparatuur (meer dan 10 kW per rack). Die warmte wordt afgevoerd door een reeks koelsystemen die dicht op elkaar op het dak staan.

Deze studie onderzoekt de uitlaatpluim van een reeks generatoren. Het doel: de luchtmenging verbeteren van de droge koelers op het dak van de technische ruimtes met noodstroomaggregaten, om zeker te stellen dat de warme uitlaat de toevoerlucht niet verontreinigt door recirculatie. Recirculatie leidt tot een vermogensverlies van de droge koelers, dus tot een temperatuurstijging in de data halls en een risico op uitval.

Daartoe simuleerden onze ingenieurs met numerieke CFD-berekening het thermische en stromingsgedrag van de verschillende verschijnselen buiten het model.

Onze experts hebben tal van parameters meegenomen:

• de stralingstemperaturen van de wanden en de natuurlijke trek van de processen;

• de winddruk en de interne weerstand tegen de verticale luchtstroming;

• de plaats en de stromingsweerstand van de openingen in de gebouwomhulling;

• het lokale terrein, de invloed van de bebouwing op de wind en de mechanische systemen die de lucht rond de processen mengen.

Meteorologische studie van de locatie

Een meteorologische studie bepaalde de gebruikelijke klimaatcondities rond de locatie. Daaruit blijkt dat de wind het hele jaar door constant is, met een overheersende zuidwestenwind en tijdelijke verschijnselen uit het noordoosten.

De studie is uitgevoerd voor een buitentemperatuur van 40 °C en wind van 4 m/s, de meest voorkomende snelheid op de locatie en de meest ongunstige: zij kan de thermische pluim van de noodstroomaggregaten naar de daksystemen drukken.

De digital twin van de locatie

De digital twin neemt de vereenvoudigde geometrie van de locatie en haar omgeving over in een straal van 400 m, om het verloop van de thermische pluim per windrichting nauwkeuriger te analyseren. Hij past in een proces van ontwerpverbetering: de zones met te hoge aanzuigtemperatuur leidden tot een bijwerking van het model door de ingenieurs van EOLIOS.

De digital twin omvat de noodstroomaggregaten, het onderstation, de schoorstenen en de droge koelers op het dak. Er zijn mechanische lamellen rond het dak en de noodstroomaggregaten geplaatst.

De noodstroomaggregaten staan opgesteld in op maat gemaakte betonnen ruimtes met de technische apparatuur. Gemodelleerde schoorstenen op het dak voeren de uitlaatgassen van de motoren af, die schadelijk zijn voor milieu en gezondheid.

De droge koelers op het dak voeren de warmte af die in de data halls vrijkomt. Zij zijn uitgerust met geluiddempers, waarvan de afdekking in de stromingsmodellering is meegenomen.

De externe thermische en stromingsverschijnselen vastleggen

Het CFD-simulatie toont aan dat de temperatuur doorgaans onder 45 °C blijft. Er zijn warmere zones vastgesteld, toe te schrijven aan recirculatie van de droge koelers aan de noordzijde op die aan de zuidzijde bij noordoostenwind, en omgekeerd bij zuidwestenwind.

Die stijging blijft evenwel zeer plaatselijk: zij treedt alleen op bij de droge koeler die het dichtst bij de noodstroomaggregaten staat en blijft onder de temperatuurdoelstelling.

De numerieke simulatie bevestigde bovendien dat de thermische pluimen van de noodstroomaggregaten, de uitlaatschoorstenen, de aanzuig- en uitblaasroosters en het transformatoronderstation geen probleem vormen voor de daksystemen.

De studie brengt aan het licht dat de hoge dichtheid aan installaties op het dak tot recirculatie leidt, met een plaatselijke stijging van de luchttemperatuur. Dat verschijnsel brengt de duurzaamheid van de installaties evenwel niet in gevaar.

De ingenieurs van EOLIOS maakten ook een benaderend model van PA13. De belangrijkste thermische kenmerken ervan legden aanzienlijke recirculatieproblemen bloot, die de levensduur van de installaties in gevaar kunnen brengen: de pluimen van de noodstroomaggregaten worden er in belangrijke mate opnieuw aangezogen door de droge koelers op het dak.

Advies & meerwaarde van CFD

Wij bevelen aan een controle van de luchtstroming van dit datacenter uit te voeren bij wind uit het noordoosten.

De conclusies van de studie brachten deze problemen aan het licht en leidden tot passende oplossingen voor de ontwerpteams. De CFD-simulatie maakt het mogelijk te analyseren, te controleren en te corrigeren: eventuele fouten al vanaf het ontwerp — een snelle en nauwkeurige methode die tijd en kosten bespaart en tegelijk concrete, betrouwbare resultaten waarborgt. CFD al vanaf de ontwerpfase integreren is de garantie dat latere problemen uitblijven.