EOLIOS Ingenieurbüro hat die Konzeption eines Systems überprüft und optimiert, das die Luftumwälzung der am Dach technischer Räume mit Stromaggregaten gelegenen Rückkühler verbessert.
Der Auftrag hatte zum Gegenstand, das Kühlsystem eines Rechenzentrums zu untersuchen, das aus einem Komplex von 4 Stromaggregaten besteht. Im Auftrag von ENERIA hat EOLIOS die Konzeption einer Vorrichtung überprüft und optimiert, die die Luftumwälzung der Rückkühler verbessern soll, die am Dach des technischen Raums installiert sind, der diese Aggregate beherbergt.
Das Wesentliche. Um die Notkühlung eines Rechenzentrums zu sichern, hat EOLIOS in CFD einen Raum mit 4 Stromaggregaten und seine Rückkühler am Dach modelliert, innen und außen gekoppelt. Die Simulation enthüllte eine durch einen opaken Giebel begünstigte Rückkopplung der Warmluft und leitete dann die Korrekturen der Konzeption, um eine wirksame Kalorienabfuhr wiederherzustellen.
Die Herausforderung eines solchen Projekts liegt in der Beherrschung der durch den Betrieb der Motoren bei sehr hoher Temperatur induzierten besonderen thermo-aeraulischen Phänomene. Es geht darum, per thermo-aeraulischer CFD-Simulation die verschiedenen aeraulischen und thermischen Prinzipien zu untersuchen, die den Standort je nach der für die Kühlsysteme gewählten Konfiguration bestimmen.
Diese Analyse untersucht die Abgasfahne einer Reihe von Generatoren in Bezug auf die Dachsysteme des Rechenzentrums. Das Ziel ist zu bestimmen, ob die Abgase der Systeme die Zuluft der verschiedenen Anlagen kontaminieren können, und ihre Auswirkung auf die benachbarten Gebäude zu bewerten.
Dazu gilt es, per numerischer CFD-Berechnung das thermo-aeraulische Verhalten der verschiedenen Phänomene zu simulieren, die sich zugleich außerhalb des Modells und innerhalb der technischen Räume der Stromaggregate abspielen.
Ein Rückkühler führt die Wärme eines Fluids mithilfe von Ventilatoren an die Außenluft ab. Am Dach hängt seine Leistung unmittelbar von der Temperatur der angesaugten Luft ab: Sobald diese durch die eigene Abgabe erwärmt wird, sinkt die Kühlleistung.
Die Simulation hat die Gesamtheit der für die Zuverlässigkeit der Kühlung bestimmenden physikalischen Phänomene integriert:
Der thermische Auftrieb ist die aufsteigende Bewegung der wärmeren, leichteren Luft, die durch die oberen Öffnungen entweicht und unten frische Luft ansaugt. In einem Stromaggregatraum bestimmt er den tatsächlich durch die Motoren strömenden Volumenstrom. Siehe den thermischen Stack-Effekt.
Die Ergebnisse der ersten Studien haben das Vorhandensein einer Rückkopplung und einer nicht optimalen Kalorienabfuhr für die Dachsysteme aufgezeigt. Das Vorhandensein eines opaken Giebels begünstigte die Rezirkulation der aus den Rückkühlern abgesaugten Luft zu den Ansaugzonen.
Dieses Phänomen der Rückkopplung führt zu einer Erhöhung der Abgabetemperatur der Systeme, die durch den Schleifeneffekt ihrerseits eine Erhöhung der Rücklauftemperatur verursacht, wodurch die Kühlleistung und die Zuverlässigkeit der Anlage fortschreitend verschlechtert werden.
Die Rückkopplung bezeichnet das Wiederansaugen eines Teils der warmen Luft, die die Rückkühler gerade abgegeben haben, durch diese selbst. Jede Schleife hebt die Rücklauftemperatur an und lässt den Betriebspunkt divergieren: ein Mechanismus, der der Entstehung von Hotspots in Rechenzentren nahekommt.
Ausgehend von dieser Diagnose konnten der Konzeption Optimierungslösungen hinzugefügt werden, um die Rezirkulationsschleife zu brechen, eine wirksame Kalorienabfuhr wiederherzustellen und den Betrieb der Stromaggregate am Dach zu sichern.
Diese Studie veranschaulicht den ganzen Beitrag der numerischen Modellierung in der Konzeptionsphase: Indem sie ein vor der Inbetriebnahme unsichtbares Rückkopplungsphänomen enthüllt, ermöglicht die CFD-Simulation, die technischen Entscheidungen anzupassen, um die Zuverlässigkeit der Notkühlung zu gewährleisten, wesentliche Bedingung der Verfügbarkeit eines Rechenzentrums.
Know-how: die thermische Studie der StromaggregateRückkopplung am Dach, Kopplung innen/außen und der Beitrag der CFD in einem Stromaggregatraum.
Die Rückkopplung bezeichnet das Wiederansaugen eines Teils der warmen Luft, die die Rückkühler gerade abgegeben haben, durch diese selbst. Die Rücklauftemperatur steigt, was den Wirkungsgrad der Kühlung und die Zuverlässigkeit der Anlage fortschreitend verschlechtert. Ein vergleichbares Phänomen wurde in unserem Projekt Kompressoren auf einem Offshore-Schiff behandelt.
Der Giebel schirmt den Wind ab und erzeugt stromab eine Rezirkulationszone, in der die abgesaugte warme Luft eingeschlossen bleibt, statt abgeführt zu werden. Sie wird dann von den nahe gelegenen Luftansaugungen wieder angesaugt.
Die Kühlung hängt von der Kopplung beider ab: Wind und Topografie außen setzen die Randbedingungen, während der thermische Auftrieb und die inneren Druckverluste den tatsächlich durch die Aggregate strömenden Volumenstrom bestimmen. Sie zusammen zu behandeln vermeidet ein verfälschtes Ergebnis.
Sie enthüllt auf dem Plan unsichtbare Phänomene wie eine Rückkopplung vor der Inbetriebnahme. Anordnung und Öffnungen können dann korrigiert werden, um die Notkühlung zu sichern, ohne kostspielige nachträgliche Korrekturarbeiten.
Die Stromaggregate übernehmen bei einem Netzausfall. Fällt ihre Kühlung durch Rückkopplung ab, können sie in den sicheren Zustand gehen, was die Verfügbarkeit des Rechenzentrums im schlechtesten Moment unmittelbar bedroht.
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Diese von EOLIOS durchgeführte thermo-aeraulische Studie betrifft die Notkühlung eines mit 4 Stromaggregaten ausgestatteten Rechenzentrums. Die CFD-Simulation des Windes vor Ort und der Wärmeströme ermöglichte, die Abgasfahne zu analysieren, eine durch einen opaken Giebel begünstigte Rückkopplung der Warmluft am Dach zu identifizieren und die Umwälzung der Rückkühler zu optimieren, um die Kalorienabfuhr zuverlässiger zu machen.
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