Technische ruimtes — datacenter.

CFD inzetten voor thermische optimalisatie

Waarom een CFD-studie uitvoeren?

In de wereld van de datacenters neemt het thermisch beheer een centrale plaats in. Gewoonlijk worden warme en koude gangen in de hallen aangelegd om de koeling van de servers en de apparatuur te optimaliseren. Maar bij de technische ruimtes ligt de situatie heel anders: elke installatie is uniek, met eigen randvoorwaarden en configuraties, waardoor gestandaardiseerde koeloplossingen er vaak niet passen.

In die context speelt expertise in CFD (Computational Fluid Dynamics) een sleutelrol. Bij gebrek aan bestaande metingen en kant-en-klare oplossingen is het essentieel om geavanceerde modelleringstools in te zetten om de luchtcirculatie, de warmteafvoer en de temperatuurverdeling te begrijpen en te optimaliseren. Met behulp van CFD wordt een diepgaande analyse van de infrastructuur uitgevoerd, om de warme zones aan te wijzen, de luchtstromen te optimaliseren en koeloplossingen te ontwerpen die bij deze technische ruimtes passen.

Het 3D-modelleringsproces

Voor het 3D-model van een technische ruimte voor de CFD-studie steunt de aanpak zowel op de plattegronden van de ruimtes als op bezoeken ter plaatse. Eerst leverden de architectuurplannen van de ruimte gedetailleerd de afmetingen en de opstelling van de apparatuur op. Daarna zijn tijdens het bezoek ter plaatse diepgaandere waarnemingen en nauwkeurige metingen gedaan, en zijn specifieke details zoals de koelsystemen, de ventilatieroosters en de obstakels opgemeten.

Met 3D-modelleringssoftware zijn geometrische modellen van de ruimtes gemaakt, met de apparatuur en de obstakels op hun werkelijke plaats. Door ten slotte aan elk element van het model de juiste fysische eigenschappen toe te kennen (warmtegeleiding van de materialen, warmteafgifte van de machines, prestaties van de klimaatsystemen), konden de CFD-studies worden uitgevoerd.

Resultaten van de simulaties

Thermische afwijkingen en recirculaties opsporen

Bij onze simulaties van de bestaande configuratie van de technische ruimtes zijn veel te hoge temperaturen vastgesteld aan de aanzuigingen van verse lucht van de systemen. Die hoge temperaturen worden vooral veroorzaakt door recirculatie, waarbij de warme lucht wordt gerecirculeerd in plaats van doeltreffend afgevoerd.

Daarnaast zijn er hotspots aangetroffen, zones waar de warmteafvoer tekortschiet, wat kan leiden tot oververhittingsrisico's voor de apparatuur. Een nieuw ontwerp is dan nodig om de luchtcirculatie te optimaliseren, recirculatie te voorkomen en de warmteafvoer te verbeteren.

Oplossingen op maat

Voor elke ruimte zijn nieuwe, aangepaste ontwerpen voorgesteld om recirculatie te voorkomen en de te hoge temperaturen te verlagen:

• STS

  Kanalisering van de warmte-uitstoot om de warmte beter te geleiden en af te voeren.

• UPS

  Volledige omkasting tussen het hoge en het lage deel om de warme en koude luchtmassa's te scheiden.

• TR

  Verhoging van de CRAH-aanzuigingen om de warme lucht beter op te vangen.

Deze nieuwe ontwerpen zijn onderworpen aan geavanceerde CFD-simulaties om hun doeltreffendheid te beoordelen. De resultaten zijn zeer bemoedigend: zij tonen duidelijk aan dat de nieuwe ontwerpen recirculatie voorkomen en de temperaturen aan de aanzuigingen van verse lucht verlagen. De temperaturen konden met 5 °C worden verlaagd, wat sterk bijdraagt aan optimale bedrijfsomstandigheden en aan een lager oververhittingsrisico in de technische ruimtes van het datacenter.

Redundantiestudie: CRAH buiten dienst

Een zorgvuldige analyse van redundantie is in de technische ruimtes uitgevoerd om een ongeëvenaarde betrouwbaarheid van de koelsystemen te waarborgen. Daartoe zijn twee CRAH-units in elke ruimte geplaatst; zij werken parallel voor een optimale operationele redundantie. Zo blijft er voldoende koelcapaciteit, zelfs als een van de units uitvalt.

Om de doeltreffendheid van deze redundantie te valideren zijn gedetailleerde simulaties uitgevoerd waarbij één CRAH-unit is uitgeschakeld. De resultaten toonden aan dat zelfs met één CRAH buiten dienst de temperatuur in de technische ruimtes binnen een aanvaardbare marge blijft, zonder enig oververhittingsrisico. Dat toont de doeltreffendheid van de aangebrachte redundantie aan.

Bij EOLIOS wordt het cruciale belang van redundantie in kritieke omgevingen zoals datacenters altijd meegewogen. Expertise in CFD-simulatie maakt het mogelijk robuuste en betrouwbare koeloplossingen te ontwerpen, die een ononderbroken beschikbaarheid van de apparatuur waarborgen, zelfs als een unit uitvalt.