Druckverluststudie – Generator – Datenzentrum
Druckverluststudie - Generator - Data Center
Jahr
2024
Kunde
NC
Lokalisierung
Marcoussis
Typologie
Data Center - Industrieller Prozess
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Druckverluste in den Generatorräumen eines Datenzentrums
Die Bedeutung von Generatoren in Rechenzentren
In einem Datenzentrum sind die Generatoren der letzte Schutz für den Fall, dass die Hauptstromversorgung ausfällt.
Ihr optimaler Betrieb stellt sicher, dass der Betrieb auch bei einem Stromausfall weiterläuft.
Die Leistung dieser Generatoren kann jedoch durch verschiedene Faktoren beeinträchtigt werden, darunter auch durch den Druckverlust in den Räumen, in denen sie installiert sind.
Eine gründliche Untersuchung des Druckverlustes in diesen Räumen ist daher von entscheidender Bedeutung, um die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit der Generatoren und damit des gesamten Rechenzentrums zu gewährleisten.
Wie charakterisiert man den Druckverlust in einem Raum?
DieEnergie eines Luftvolumens kann als Summe der Drücke ausgedrückt werden, die den Gesamtdruck des Luftvolumens bilden:
- Der Druck, der mit dem Gewicht der Luftsäule verbunden ist: ρgh,
- Der dynamische Druck, der mit der Luftgeschwindigkeit verbunden ist: ρv²/2,
- Der statische Druck, der mit dem inneren Druck der Luft verbunden ist: P.
Der Druckverlust einer Komponente ist die Differenz der Gesamtdrücke (Summe aus statischem Druck, dynamischem Druck und Gewichtsdruck) zwischen dem Einlass und dem Auslass der Komponente.
Der Druckverlust in einem Raum ist auf den Widerstand zurückzuführen, dem das Medium (Luft) ausgesetzt ist, wenn es durch die verschiedenen Elemente des Verteilungssystems (wie Leitungen, Bögen, Ventile, Gitter usw.) strömt.
Diese Widerstände führen dazu, dass der Druck der Flüssigkeit auf ihrem Weg sinkt.
Bei Generatoren werden Schalldämpfer vor und hinter den Generatoren angebracht, um die Lärmbelästigung durch die Generatoren zu begrenzen, was zu erheblichen zusätzlichen Druckverlusten führt.
Das Verständnis und der Umgang mit diesen Druckverlusten ist entscheidend für die Effizienz und den Betrieb von Lüftungs-, Klima-, Heizungs- und Sanitärsystemen.
Die Minimierung von Druckverlusten in Flüssigkeitsverteilungssystemen ist entscheidend für die Maximierung der Energieeffizienz, die Senkung der Kosten und die Gewährleistung einer optimalen Systemleistung.
Dies ist ein Schlüsselaspekt bei der Gestaltung und Verwaltung der technischen Räume für die Generatoren von Rechenzentren.
Warum eine CFD-Studie zum Druckverlust?
Die Durchführung einer CFD-Studie zum Druckverlust ist in vielen Bereichen des Ingenieurwesens von entscheidender Bedeutung, so auch bei der Untersuchung von Rechenzentren.
Durch die detaillierte numerische Modellierung der Flüssigkeitsströme innerhalb eines Systems liefert dieser Ansatz entscheidende Informationen über Bereiche mit Druckverlusten, Turbulenzen und Stagnation.
Das Verständnis dieser Phänomene ermöglicht es,Schwachstellen in der Anlage zuidentifizieren,das Design zu optimieren, um Energieverluste zu minimieren,die Effizienz des Systems zuverbessern undeine optimale Leistung unter verschiedenen Betriebsbedingungen zugewährleisten.
Darüber hinaus ermöglicht eine CFD-Studie die Vorhersage und Simulation der Auswirkungen potenzieller Änderungen, bevor diese physisch umgesetzt werden, und bietet so eine kostengünstige Methode zur Bewertung verschiedener Verbesserungs- und Problemlösungsstrategien.
Im Falle von Generatoren kann diese Art von Studie dazu beitragen, dass dieseunter allen Umständen einwandfrei funktionieren.
Die Verringerung des Druckverlustes ermöglicht auch höhere Ausstoßgeschwindigkeiten auf dem Dach, wodurch die Gefahr von Rückkopplungen mit Luftkühlern verringert wird.
Woher kommen die Lastverluste?
Der Großteil der Druckverluste, die in den Abluftleitungen von Generatoren in Datenzentren entstehen, sind singuläre Druckverluste. Singuläre Druckverluste werden durch plötzliche Änderungen der Geometrie in den Leitungen verursacht, wie z.B. Bögen, Verengungen oder plötzliche Erweiterungen.
Diese Druckverluste sind auf mehrere Faktoren zurückzuführen:
- Bildung von Wirbeln und Turbulenzen: Abrupte Änderungen der Geometrie führen zu Störungen in der Flüssigkeitsströmung, was die Bildung von Wirbeln und Turbulenzen zur Folge hat.
Diese Wirbelstrukturen führen zu Energieverlusten, was wiederum zu zusätzlichen Druckverlusten führt. - Beschleunigung und Verlangsamung der Strömung: Wenn eine Flüssigkeit von einem breiteren zu einem engeren Leitungsabschnitt (Verengung) oder umgekehrt (Erweiterung) strömt, erfährt sie eine Geschwindigkeitsänderung.
Die plötzliche Beschleunigung oder Verlangsamung der Strömung führt zu Druckverlusten, da kinetische Energie in Druckenergie umgewandelt wird. - Wandreibung: Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche der Innenwände von Rohrleitungen, insbesondere an Stellen, an denen sich die Geometrie ändert, können zu einem erhöhten Widerstand gegen den Fluss der Flüssigkeit führen.
Dieser Widerstand führt zu einem zusätzlichen Druckverlust.
Es ist wichtig anzumerken, dass diese singulären Druckverluste durch ein geeignetes Leitungsdesign, die Verwendung glatter Verbindungen und einen sanften Übergang zwischen den verschiedenen Abschnitten der Leitung reduziert werden können.
Ein gutes hydraulisches Design kann diese singulären Druckverluste minimieren und die Effizienz des Flusses durch das System optimieren.
Numerische Simulation von Druckverlusten
Modellierungsprozess für die CFD-Studie
Um das 3D-Modell eines Technikraums für die CFD-Studie zu erstellen, wurde ein Ansatz verfolgt, der auf den Plänen und dem 3D-Modell des Prozesses basiert.
Der gesamte Prozess mit Generatoren, Schallfallen, Schornsteinen, Elementen im Raum, Kanälen und Deckenplatten wurde genau dargestellt.
Mit Hilfe von 3D-Modellierungssoftware wurden geometrische Modelle der Räume erstellt, die die Ausrüstung und Hindernisse des Prozesses einbeziehen und deren tatsächliche Lage berücksichtigen.
Studien zu Luftgeschwindigkeit und Druck
Nachdem die Ergebnisse der numerischen Simulationen vorliegen, werden die Geschwindigkeiten und Drücke analysiert, um die Druckverluste für jeden Raum innerhalb eines Rechenzentrumsgebäudes zu identifizieren und zu berechnen.
Die Druckverluste werden aus der CFD-Studie berechnet, indem die Änderungen des Gesamtdrucks entlang des Luftstroms durch die Räume, in denen die Generatoren untergebracht sind, bewertet werden.
In dieser Analyse liefern numerische Simulationen detaillierte Daten über die Verteilung von Strömungsgeschwindigkeiten, Druckgradienten, Wärmeflüssen und Stromlinien innerhalb dieser Räume.
Diese Daten ermöglichen es,die Verteilung der Druckverluste entlang der Rohrleitung zu ermitteln.
Auswirkungen von Klangfallen
Schallfallen können den Dezibel-Pegel am Ausgang des Kanals erheblich reduzieren.
Wenn die Luft jedoch durch Register oder Schallfallen in einem Kanal strömt, erhöht sich der Druckverlust aufgrund der Behinderung des Luftstroms und der plötzlichen Richtungsänderungen, was Turbulenzen fördert und den Strömungswiderstand erhöht.
Die spezifische Geometrie dieser Geräte kann auch zu lokalen Geschwindigkeits- und Druckschwankungen führen, die zu hohen Druckverlusten beitragen.
Es ist daher notwendig, ein gutes Gleichgewicht zwischen der Reduzierung von Dezibel und der Reduzierung von Druckverlusten zu finden .
Optimierung des Designs von GE-Kanälen zur Begrenzung von Druckverlusten
Die Konfiguration der Räume führte zu einem zu hohen Druckverlust.
Sie wurden modifiziert, um den Strömungswiderstand zu verringern, insbesondere im Bereich der Schallfallen und des Ableitungskanals.
Außerdem wurden Leitbleche installiert, um die Richtungsänderungen weniger abrupt zu machen.
Durch die Änderungen wurden die Druckverluste um mehr als 50% reduziert.
Diese Verringerung des Druckverlustes ermöglicht einen effizienten Betrieb der Generatoren und erlaubt höhere Luftgeschwindigkeiten am Ausgang des Kanals.
