Simulation CFD externe pour Data center

Que ce soit dans la cour, sur le toit, les systèmes mécaniques de rejet de chaleur tels que les tours de refroidissement et les DRY partagent l’espace avec les groupes électrogènes de secours. Une disposition compacte à haute densité des baies de serveurs à l’intérieur du bâtiment se traduit par une disposition compacte des équipements extérieurs. Cela entraîne d’importants défis et des problématiques de gestion de flux d’ air à l’ extérieur du bâtiment. Les études CFD externes sont utilisées pour compléter l’évaluation des risques, optimiser la conception et réduire la consommation énergétique du centre de données.

Conception sur-mesure de systèmes d’extraction calorifique pour les data center

L’impact des panaches thermiques à l’extérieur du bâtiment sont difficiles à prévoir en raison des différentes variables que les ingénieurs de conception et les architectes ne sont pas en mesure de contrôler. Ces variables comprennent la vitesse du vent, la température et l’humidité de l’air, la direction du vent et d’autres activités entourant le bâtiment. Cependant, ces phénomènes ont un impact sur les performances des équipements positionnés en extérieur.

EOLIOS vous accompagne dans l’étude de l’impact de ces problématiques pour assurer un fonctionnement optimale en toutes circonstances, même les plus extrêmes.

Ces simulations fournissent des résultats qui aident les propriétaires et les concepteurs de centres de données dans le processus de prise de décision en déterminant des dispositions et des performances rentables. L’analyse CFD, lorsqu’elle est effectuée avant la finalisation et la mise en œuvre de la conception, permet d’atténuer les risques associés aux erreurs de conception, ce qui peut entrainer des besoins de modifications importantes et coûteux, des retards de construction voir une perte de la capacité de calcul en cas de défaillance critique durant une canicule.

La plupart des documents d’équipement du fabricant fournissent des exigences de dégagement minimum pour les équipements de climatisation positionnée généralement sur le toit . Bien que ces informations soient fournies à titre indicatif, on s’attend à ce que les concepteurs tiennent compte de ces paramètres pour la disposition des machines.

On retrouve généralement des recommandations du fabricant quant à l’installation de ses équipements : distance minimal entre systèmes, température maximal d’usage… Cependant, ces directives ne tiennent pas compte des conditions d’air ambiant, de la vitesse du vent ou de la hauteur de l’obstruction.

La figure ci-dessous montre comment le respect des distances minimales recommandées par le fabricant peut tout de même entraîner des performances indésirables.

Grâce à l’utilisation de l’analyse et de la simulation CFD, les effets de recirculation identifiés ci-dessus ont pu être corrigés avant que la conception ne soit finalisée et que la construction ne soit terminée.

Nous créons un modèle informatique détaillé comprenant les bâtiments environnants, tous les dispositifs de refroidissement sur les toits des data centers, tous les échappements, les prises d’air neuf et des détails tels que les pare vents, les lamelles et les toits…

Nous utilisons ensuite ce modèle pour étudier le débit d’air, la distribution de la température et de la vapeur d’eau (humidité relative) dans plusieurs scénarios. Ces scénarios varient selon le mode opérationnel (normal, maintenance, urgence) et les conditions météorologiques (température haute ou basse, vitesse et direction du vent).

L’analyse CFD permet de comprendre comment plusieurs systèmes interagiront les uns avec les autres. La vidéo ci-dessous montre l’impact de l’air d’échappement (panache thermique) de groupes électrogènes en relation avec les équipement de climatisation sur le toit.

L’air chaud évacué par les conduits de cheminée est composé des fumées de groupe électrogène et de l’air surchauffé par les batteries d’échange thermique. Ces flux d’air sont rabattus par le vent vers le bâtiment ce qui provoque des recirculations de calorie via les systèmes en toiture. En raison de ces conditions, la plage de température de l’air ambiant à l’entrée de l’équipement mécanique de climatisation peut se retrouver en dehors de la plage de fonctionnement recommandée par le fabricant. Ces phénomènes peuvent entrainer une pertes de puissance voir l’arrêt de certain équipements.

La mutualisation des systèmes, la superposition de halls serveurs, l’augmentation de puissance continu des racks de serveurs conduit à une dissipation extrêmement élevée des calories en toiture. La surface de dissipation étant contrainte par les dimensions du bâtiment, il en résulte une concentration très élevée de systèmes de climatisation en toiture entraînant un risque important de pertes de puissance, voir de mise en défaut en cascade des systèmes lors de condition climatique extrêmes.

Par très forte chaleur, ou lors de scénarios de coupure de courant électrique sur le site, des panaches d’air surchauffés générés par les systèmes de refroidissement peuvent générer une forte baisse de puissance de refroidissement, voir une un arrêt en cascade des systèmes de toiture conduisant à une mise en défaut généralisé du site.

Les études CFD extérieures de data center permettent d’étudier les risques de pertes de puissances et d’optimiser la disposition des systèmes de refroidissement en toiture.

En parallèle, il est possible de vérifier que le rejet de fumées (Nox) des groupes électrogènes ne sont pas repris par des CTA en toiture, ce qui entrainerait une pollution de l’air des bureaux.

La modélisation CFD intérieur est généralement utilisée au stade de la conception pour l’analyse du dimensionnement des installations. La simulation informatique fournit des informations sur la relation entre le fonctionnement des systèmes de climatisation et les variations de la charge thermique des équipements informatiques. Grâce à ces informations, le personnel informatique et le personnel du site peuvent optimiser l’efficacité des flux d’air, supprimer les points chauds et maximiser la capacité de refroidissement.