EOLIOS Ingénierie heeft het ontwerp getoetst en geoptimaliseerd van een systeem dat de luchtmenging verbetert bij droge koelers op het dak van technische ruimtes met noodstroomaggregaten.
De opdracht bestond erin de koelsysteem van een datacenter te onderzoeken, met een complex van 4 noodstroomaggregaten. In opdracht van ENERIA heeft EOLIOS het ontwerp getoetst en geoptimaliseerd van een voorziening die de luchtmenging van de droge koelers op het dak van de technische ruimte met deze aggregaten moet verbeteren.
De kern. Om de noodkoeling van een datacenter veilig te stellen heeft EOLIOS een ruimte met 4 noodstroomaggregaten en de droge koelers op het dak in CFD gemodelleerd, met binnen en buiten gekoppeld. De simulatie legde een recirculatie van de warme lucht bloot, in de hand gewerkt door een blinde puntgevel, en stuurde vervolgens de ontwerpcorrecties die de warmteafvoer weer doeltreffend maken.
De uitdaging van zo'n project ligt in de beheersing van de bijzondere thermisch-luchtzijdige verschijnselen die ontstaan door de werking van de motoren bij zeer hoge temperatuur. Met thermisch-luchtzijdige CFD-simulatie worden de verschillende luchtzijdige en thermische principes onderzocht die de locatie bepalen, afhankelijk van de gekozen configuratie van de koelsystemen.
Deze analyse onderzoekt de uitlaatpluim van een reeks generatoren in samenhang met de daksystemen van het datacenter. Het doel is te bepalen of de uitlaat van de systemen de toevoerlucht kan verontreinigen van de verschillende installaties, en om het effect ervan op de aangrenzende gebouwen.
Daarvoor wordt met numerieke CFD-berekening het thermisch-luchtzijdige gedrag gesimuleerd van de verschillende verschijnselen die zich zowel buiten het model als binnen de technische ruimtes van de noodstroomaggregaten voordoen.
Een droge koeler voert de warmte van een fluïdum met ventilatoren af naar de buitenlucht. Op het dak hangt zijn prestatie rechtstreeks af van de temperatuur van de lucht die hij aanzuigt: zodra die lucht door zijn eigen uitblaas is opgewarmd, zakt het koelvermogen in. Het onderwerp sluit aan bij de koelsystemen voor datacenters.
De simulatie nam alle fysische verschijnselen mee die bepalend zijn voor de betrouwbaarheid van de koeling:
De thermische trek is de opwaartse beweging van de warmere, lichtere lucht die via de hoge openingen ontsnapt en onderin verse lucht aanzuigt. In een aggregaatruimte bepaalt hij het luchtdebiet dat werkelijk langs de motoren stroomt. Zie de schoorsteeneffect.
De resultaten van de eerste onderzoeken brachten recirculatie aan het licht, evenals een niet-optimale warmteafvoer bij de daksystemen. Een blinde puntgevel werkte de terugstroming van de door de droge koelers uitgeblazen lucht naar de aanzuigzones in de hand.
Deze recirculatie leidt tot een stijging van de uitblaastemperatuur van de systemen, die via het lus-effect op haar beurt een stijging van de aanzuigtemperatuur veroorzaakt, waardoor de koelprestaties en de betrouwbaarheid van de installatie geleidelijk verslechteren.
Recirculatie is het opnieuw aanzuigen door de droge koelers van een deel van de warme lucht die zij zojuist hebben uitgeblazen. Elke ronde van de lus verhoogt de aanzuigtemperatuur en doet het werkpunt afdrijven: het mechanisme ligt dicht bij de oorzaken van hotspots in datacenters.
Op basis van deze diagnose konden optimalisatieoplossingen in het ontwerp worden doorgevoerd om de recirculatielus te doorbreken, de warmteafvoer weer doeltreffend te maken en de werking van de noodstroomaggregaten op het dak veilig te stellen.
Dit onderzoek illustreert de volle waarde van numerieke modellering in de ontwerpfase: door een recirculatie bloot te leggen die vóór de inbedrijfstelling onzichtbaar is, maakt CFD-simulatie het mogelijk de technische keuzes bij te sturen en de betrouwbaarheid van de noodkoeling te waarborgen, een essentiële voorwaarde voor de beschikbaarheid van een datacenter.
Onthoud dit. Een aggregaatruimte die op papier goed is gedimensioneerd, kan na de bouw toch gaan recirculeren: de werkelijke geometrie (puntgevel, opstelling, openingen) tegenover wind en thermische trek geeft de doorslag, en alleen een gekoppeld onderzoek binnen/buiten toont dat vóór de uitvoering aan.
Recirculatie op het dak, koppeling binnen/buiten en de bijdrage van CFD bij een aggregaatruimte.
Recirculatie is het opnieuw aanzuigen door de droge koelers van een deel van de warme lucht die zij zojuist hebben uitgeblazen. De aanzuigtemperatuur stijgt, waardoor het koelrendement en de betrouwbaarheid van de installatie geleidelijk verslechteren. Een vergelijkbaar verschijnsel kwam aan bod in ons project compressoren op een offshoreschip.
De puntgevel schermt de wind af en creëert stroomafwaarts een recirculatiezone waarin de uitgeblazen warme lucht gevangen blijft in plaats van te worden afgevoerd. Zij wordt dan opnieuw aangezogen door de nabijgelegen luchtinlaten.
De koeling hangt af van de koppeling tussen beide: wind en topografie buiten leggen de randvoorwaarden vast, terwijl de thermische trek en het inwendige drukverlies het werkelijke debiet langs de aggregaten bepalen. Ze samen behandelen voorkomt een vertekend resultaat.
Zij legt verschijnselen bloot die op tekening onzichtbaar zijn, zoals recirculatie, nog vóór de inbedrijfstelling. De opstelling en de openingen kunnen dan worden bijgestuurd om de noodkoeling veilig te stellen, zonder dure herstelwerken achteraf.
De noodstroomaggregaten nemen het over bij een netstoring. Als hun koeling door recirculatie wegvalt, kunnen zij in veiligheidsstand gaan, wat de beschikbaarheid van het datacenter op het slechtst denkbare moment rechtstreeks bedreigt.
Verken onze expertise, projecten en technische dossiers om verder te komen dan deze vragenlijst.
Dit thermisch-luchtzijdige onderzoek van EOLIOS betreft de noodkoeling van een datacenter met 4 noodstroomaggregaten. De CFD-simulatiesoftware van de wind op de locatie en van de warmtestromen maakte het mogelijk de uitlaatpluim te analyseren, een recirculatie van de warme lucht op het dak vast te stellen die door een blinde puntgevel werd bevorderd, en de luchtmenging van de droge koelers te optimaliseren om de warmteafvoer betrouwbaar te maken.
CFD-vakgebieden, opgeleverde projecten en technische dossiers: het hele domein Industriële processen, op één plek verzameld.
Het eenvoudigst is om er samen over te praten. Onze ingenieurs antwoorden met een eerste technische analyse.
