Rechenzentrumsstudie – Datenhalle und UPS-Räume
Rechenzentrumsstudie - Datenhalle und UPS-Räume
Jahr
2025
Kunde
NC
Lokalisierung
Italien
Typologie
Rechenzentrum
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Der Auftrag von EOLIOS Engineering: Expertise in CFD-Simulation und Kühlung
Die Ingenieure von Eolios sind Experten für die Wärmeableitung in Datenzentren.
Die Ingenieure vonEolios sind Experten für die Wärmeableitung in Rechenzentren.
EOLIOS‘ Expertise in derComputational Fluid Dynamics ( CFD) Simulation und der Optimierung von Kühlsystemen spielte eine entscheidende Rolle bei der Lösung der externen thermo-lufttechnischen Herausforderung der PAR5 und PAR6 Datenzentren.
Unser Know-how ermöglichte es, die Phänomene der thermischen Rückkopplung im Dach zu antizipieren und die Auswirkungen der Generatoren zu validieren, wodurch eine optimale Leistung und ein effizientes und nachhaltiges Wärmemanagement für diese komplexen Infrastrukturen gewährleistet wurden.
EOLIOS ist ein führender Anbieter von externen CFD-Simulationen für Rechenzentren. Unsere Studien basieren auf der Erfahrung von Messkampagnen unter realen Bedingungen und von mehr als 100 simulierten Standorten weltweit.
PAR5 & PAR6 Datenzentren: eine Revolution in der Unterbringung und Verwaltung von Daten
Das Ziel von Rechenzentren: thermische Optimierung und Ausfallsicherheit
Die Auswirkungen von Wärmefahnen außerhalb des Gebäudes sind aufgrund der verschiedenen Variablen, die Planungsingenieure und Architekten nicht kontrollieren können, schwer vorherzusagen. Zu diesen Variablen gehören die Windgeschwindigkeit, die Lufttemperatur, die Windrichtung (analysiert durch die lokale Windrose ) und die Topologie der umgebenden Strukturen.
Diese Rezirkulationsphänomene haben jedoch einen direkten Einfluss auf die Leistung der Kühlgeräte auf dem Dach.
EOLIOS unterstützt Sie bei der Untersuchung der Auswirkungen dieser lufttechnischen Probleme, um einen optimalen Betrieb unter allen Umständen zu gewährleisten, selbst unter den extremsten(ungünstige Windszenarien oder Ausfälle).
Schlüsseleigenschaften von PAR5 & PAR6: hohe Dichte, Elastizität und Energieeffizienz
An diesem Standort beinhaltet dies die Nutzung großer Netzwerke vonLuftkühlern und die Optimierung derWassertechnik(Pufferspeicher), um einenachhaltige Wärmeabfuhr zu gewährleisten und die Betriebskosten zu optimieren. Flexibilität und Sicherheit stehen im Mittelpunkt des Designs von PAR5 und PAR6.
An diesem Standort beinhaltet dies die Nutzung großer Netzwerke vonLuftkühlern und die Optimierung derWassertechnik(Pufferspeicher), um einenachhaltige Wärmeabfuhr zu gewährleisten und die Betriebskosten zu optimieren. Flexibilität und Sicherheit stehen im Mittelpunkt des Designs von PAR5 und PAR6.
Diese Rechenzentren sind mit einer redundanten Infrastruktur(N+1 und N-Modus) konzipiert, um die Kühlungauch bei unvorhergesehenen Ereignissen aufrechtzuerhalten. Dieser hochsichere Rahmen ermöglicht nicht nur eine einfache Wartung, sondern auch einen kontinuierlichen Betrieb, selbst bei einem Stromausfall(Blackout), durch die Aktivierung der Notstromaggregate und der USV-Räume.
Diedigitale Antizipation spielt eine entscheidende Rolle für dieBetriebseffizienz dieser Rechenzentren. Der hochdetaillierte digitale Zwilling modelliert die Abläufe und steuert die kritischen Operationen virtuell, wodurch das Risiko von thermischen Fehlfunktionen, die durch dieäußere Umgebung verursacht werden, reduziert wird. Die Modellierung umfasst dieAnalyse der Abluftkamine, der Rauchverteilung und derAuswirkungen der Gebäude.
Insgesamt bieten die PAR5 und PAR6 Rechenzentren dank ihrer großen Kapazität, der effizienten Dachkühlung, der elektrischen Redundanz und der intensiven Nutzung von CFD-Simulationen äußerst robuste Lösungen. Durch die Vermeidung von lokalen Überhitzungen werden diese Anlagen für Unternehmen, die kontinuierliche und zuverlässige globale digitale Dienste unterstützen wollen, unerlässlich.
Die Bedeutung von CFD-Studien für die Optimierung von Rechenzentren PAR 5&6
Die Durchführung einer CFD-Studie(Computational Fluid Dynamics) ist für die PAR5- und PAR6-Rechenzentren von entscheidender Bedeutung, um die externe Luftführung und Kühlung zu optimieren und so das Risiko einer Rezirkulation der heißen Luft zu minimieren und gleichzeitig diethermische Effizienz zu maximieren.
- Kühlung: CFD-Simulationen ermöglichen die Modellierung der Wärmefahnen und der Außenluftströme um das Rechenzentrum. Dies hilft, die Anordnung derDachsysteme, die Anordnung der Abluftkamine und der Luftkühler zu validieren, um eine effiziente Kühlung zu gewährleisten und thermische Rückkopplungen zu vermeiden.
- Energieverbrauch: Durch die Analyse der Winde und der externen Wärmeverteilung können CFD-Studien Schwachstellen identifizieren, um dieEnergieeffizienz zu erhalten. Dies beinhaltet die Analyse der Wärmeabfuhr von Hindernissen in der Bausubstanz oder die Vermeidung von lokaler Überhitzung im Dachbereich.
- Ausfallsicherheitsmanagement: CFD-Modelle helfen bei der Validierung des Verhaltens von Anlagen in kritischen Phasen, wie z.B. bei der Optimierung von Pufferspeichern und der Übergangsanalyse während eines Blackouts, und erleichtern so die Kontinuität der Kühlressourcen.
- Sicherheit und Notfälle: CFD wird verwendet, um den Notbetrieb bei einem Stromausfall zu simulieren, indem die Robustheit der Notfallsysteme(Modus N+1 und N) überprüft wird. Sie bestätigt insbesondere die gute Verteilung der Rauchgase der Generatoren.
Durch die Integration dieser CFD-Analysen in den Entwurf können die PAR5- und PAR6-Rechenzentren ihre Betriebseffizienz verbessern, die Auswirkungen ihrer direkten Wetterumgebung vorhersehen und ihre Sicherheit erhöhen.
Bei EOLIOS Ingénierie haben wir die Bedeutung dieser externen Simulationen für die Absicherung von massiven Kühlsystemen voll erkannt. Mit unserem CFD-Know-how validieren wir den Gesamtbetrieb der Anlage, reduzieren langfristige Risiken und tragen zur Nachhaltigkeit von Rechenzentren bei.
Interne Studie: Reduzierung des Überhitzungsrisikos durch CFD
CFD für die Energieeffizienz von Datenhallen
DieOptimierung von Datenhallen in Rechenzentren ist von entscheidender Bedeutung, und die numerische Simulation CFD(Computational Fluid Dynamics) spielt dabei eine wichtige Rolle. Durch die Modellierung der Luftströme, der Temperaturverteilung und derInteraktion zwischen den Geräten ermöglicht CFD die Entwicklung effizienterer Kühlsysteme. Sie identifiziert Hotspots, verbessert die Luftzirkulation und reduziert die Energiekosten durch die genaue Anpassung der Klimatisierung undder Anordnung der Racks. Der strategische Einsatz von CFD sorgt nicht nur für eine bessere Betriebsleistung und eine höhere Zuverlässigkeit der Anlagen, sondern trägt auch dazu bei, denCO2-Fußabdruck von Rechenzentren zu reduzieren und damit den wachsenden Umweltanforderungen gerecht zu werden.
Aufbau und Funktionsweise einer Datenhalle: Racks, Kühlsysteme und Energieverteilung
Eine Datenhalle ist ein Bereich, der für dieUnterbringung von IT-Ausrüstung vorgesehen ist, die für die Verarbeitung und Speicherung von Daten unerlässlich ist. Sie besteht hauptsächlich aus Racks, in denen Server, Speichereinheiten und Netzwerk-Switches untergebracht sind.
Um die Kühlung zu optimieren, sind die Racks oft in Warm- und Kaltgängen angeordnet, die diewarme Abluft von derFrischluft zur Kühlung der Geräte trennen.
Die Kühlsysteme umfassen Präzisionsklimageräte oder Wasserkühlungen, die so konzipiert sind, dass sie trotz der von den Servern erzeugten Wärme stabile Temperaturen aufrechterhalten.
Die Stromverteilung basiert auf redundanten Systemen, die von USV-Anlagen und Notstromgeneratoren unterstützt werden, um eine kontinuierliche Versorgung im Falle eines Stromausfalls zu gewährleisten.
Schließlich überwachen intelligente Sensoren kontinuierlich Temperatur,Luftfeuchtigkeit und Leistung der Geräte, so dass die Administratoren Anomalien voraussehen und einen optimalen Betrieb aufrechterhalten können.
Interne thermische Optimierung von Rechenzentren: Herausforderungen und Lösungen von EOLIOS Ingénierie
In dieser Studie wurde ein Überhitzungsproblem im linken Teil der Datenhalle festgestellt, einem Bereich, der für den reibungslosen Betrieb des Rechenzentrums entscheidend ist. Diese Überhitzung tritt auf, wenn zwei Kühlsysteme gleichzeitig ausfallen, wobei die betroffenen Racks bis zu 35 °C erreichen und damit die Höchstgrenze von 28 °C deutlich überschreiten. Diese Bedingungen beeinträchtigen die Leistung und Zuverlässigkeit der Geräte und erhöhen das Risiko von Ausfällen, die dieDatenintegrität und die Kontinuität der Dienste beeinträchtigen können.
Die Konfiguration des Raumes und die Installation von Einbruchschutzgittern verstärken das Problem, indem sie eine ungleichmäßige Druckverteilung erzeugen. In den Warmgängen auf der linken Seite entsteht ein Überdruck, der eineeffektive Abfuhr der Warmluft verhindert und ein Rezirkulationsphänomen verursacht, bei dem dieWarmluft in das System zurückkehrt und den Temperaturanstieg beschleunigt.
Die ungleichmäßige Verteilung der Racks trägt ebenfalls zu dem Problem bei, da fehlerhafte Kühlsystemedie Wärmelast einer weit entfernten Insel von Racks bewältigen müssen, was diesen Bereich besonders anfällig macht.
Um diese komplexe Herausforderung zu lösen, haben die Ingenieure von EOLIOS mehrere innovative Lösungen entwickelt. In einem intensiven Dialog mit dem Kunden bewerteten sie die Optionen und wählten die effizienteste Strategie aus. Die gewählte Lösung wurde in Zusammenarbeit mit allen Beteiligten implementiert, um eine nachhaltige und optimierte Antwort auf die in der Datenhalle identifizierten Herausforderungen zu gewährleisten.
Externe Studie: Reduzierung des Überhitzungsrisikos durch CFD
Optimierung von Kühlsystemen: Steigerung der Effizienz und Nachhaltigkeit von Rechenzentren
DieOptimierung von Kühlsystemen wie Kühlaggregaten und Generatoren ist für die Leistung und Zuverlässigkeit von Rechenzentren von entscheidender Bedeutung. Bei einer hohen Serverdichte, die 10 kW pro Rack überschreiten kann, wird das Wärmemanagement zu einer großen Herausforderung. Eine unkontrollierte Überhitzung kann zu Hardwareausfällen führen, die Verfügbarkeit von Diensten beeinträchtigen und denVerschleiß von Geräten beschleunigen.
Diethermische Optimierung beschränkt sich also nicht nur auf die Aufrechterhaltung einer stabilen Temperatur, sondern trägt auch zur Senkung der Energiekosten bei, die einen erheblichen Teil der Betriebskosten ausmachen. Durch die Minimierung des Energieverbrauchs trägt diese Optimierung auch zur Reduzierung derCO2-Bilanz der Anlagen bei, was den Anforderungen an die ökologische Nachhaltigkeit entspricht. Die numerischen Simulationen bieten einen detaillierten Überblick über die Temperaturen und Wärmeflüsse für verschiedene Betriebsszenarien.
3D-Modellierung und Wärmemanagement von Datenzentren
Eine präzise 3D-Modellierung der Infrastruktur, wie das Dach eines Hyperscale-Rechenzentrums mit Lüftungshauben, ermöglicht die Visualisierung aller kritischen Systeme und ihrer Interaktion. Die modellierte Struktur umfasst die Abdeckungsmodule, die Lüftungsnetze, die Zugangswege und die optimierte Anordnung der Kühleinheiten.
Diese Modelle bilden die Grundlage für CFD-Simulationen, die für die Analyse und Optimierung der thermischen Leistung unerlässlich sind.
Betrieb kritischer Systeme: Luftkühler und Generatoren
Luftkühler spielen eine zentrale Rolle bei der Ableitung der von Servern erzeugten Wärme. Sie entziehen den Kühlsystemen die Wärme und sorgen für einen konstanten Frischluftstrom, wodurch die thermische Stabilität der Anlagen gewährleistet und die Energiekosten für die Klimatisierung gesenkt werden.
Die Installation auf dem Dach und die Dimensionierung müssen sorgfältig geplant werden, um eine Rezirkulation der warmen Luft zu vermeiden, die die thermische Leistung beeinträchtigen könnte. Die CFD-Simulationen ermöglichen es, den optimalen Betrieb der Luftkühler unabhängig von den äußeren Bedingungen und Windkonfigurationen zu überprüfen.
Die Generatoren bieten eine Notstromversorgung, wenn das Hauptnetz ausfällt. Durch einen automatischen Start übernehmen sie die Stromlast der Geräte und Kühlsysteme und gewährleisten so die Kontinuität der Dienste und den Schutz der Daten. Ihr koordinierter Betrieb mit den USV-Anlagen gewährleistet eine stabile Stromversorgung und eine hohe Verfügbarkeit des Rechenzentrums.
Erstellung des digitalen Zwillings und Genauigkeit der Simulationen
Für jedes Projekt entwickelt EOLIOS Engineering ein detailliertes 3D-Modell, in das alle Systeme integriert sind, die die Aeraulik beeinflussen, wie z.B. Luftkühler und Generatoren. Anhand der Pläne des Standorts, der 3D-Modelle und der technischen Datenblätter der Anlagen können die wesentlichen Merkmale wie Luftströme und Verlustleistungen bestimmt werden.
Dieser digitale Zwilling ermöglicht es, die Funktionsweise der Kühlsysteme genau zu analysieren und mögliche Verbesserungspunkte zu identifizieren. Die Ingenieure von EOLIOS garantieren dank ihrer Erfahrung mit Netzen und Konvergenz zuverlässige und robuste CFD-Simulationen.
Ein feines, strukturiertes Netz erfasst genau die Veränderungen des Luftstroms und der Temperatur und liefert stabile Ergebnisse, die repräsentativ für die tatsächlichen Bedingungen sind, die für die Optimierung der Kühlung von Rechenzentren entscheidend sind.
CFD-Analyse und Integration von Wetterbedingungen
Um realistische Bedingungen zu simulieren, wurde eine Wetteranalyse auf der Grundlage der Aufzeichnungen der nächstgelegenen Station in die Simulationen integriert. Die Außentemperatur, die Windgeschwindigkeit und dieWindrichtung sind kritische Variablen, die das thermische Verhalten der Anlagen beeinflussen.
Die untersuchten Szenarien beinhalteten verschiedene Hauptwindrichtungen und die Auswirkungen auf die Generatoren. Zwei Extraktionsmodelle wurden verglichen:
- Ableitung auf Höhe des Generators.
Der Ausstoß erfolgt über einen 3 m hohen Schornstein, um den Rückfluss der heißen Luft zu begrenzen und dieKühleffizienz zu verbessern.
Dieser Ansatz ermöglicht es, Lösungen zu entwerfen, die auf die spezifischen Bedingungen des Standorts zugeschnitten sind und die Leistung, Sicherheit und Nachhaltigkeit der Rechenzentren gewährleisten.
Ergebnisse der CFD-Studien: Validierung und Empfehlungen für die Optimierung der externen Aeraulik der Rechenzentren PAR5 & PAR6
Untersuchung der vorherrschenden Winde: Strategie zur Beherrschung von Ringschlussphänomenen zwischen Luftkühlern
Diemeteorologische Analyse, die in das numerische Modell integriert wurde, ermöglichte die Untersuchung der Wärmeausbreitung bei verschiedenen Windrichtungen. Die Studie stützt sich auf eine jährliche Windrose, um die repräsentativsten und am stärksten belastenden Konfigurationen zu identifizieren. Die Ergebnisse der Simulationen zeigen, dass die Wärmeverteilungin den meisten Situationen zufriedenstellend ist und die Systeme unter angemessenen Bedingungen arbeiten können.
Die Analyse ergab jedoch, dass es örtlich begrenzte Bereiche gibt, in denen es zu thermischen Schleifenbildungen kommen kann. Diese Situationen hängen hauptsächlich mit der hohen Dichte an technischen Geräten auf dem Dach zusammen. In der Tat begünstigt der Wind unter bestimmten Bedingungen die Rückführung der warmen Luft zu den Lufteinlässen der Kühlsysteme. Dieausgestoßene warme Luft wird wieder angesaugt, was zu einem lokalen Temperaturanstieg führt. Der Wind spielt eine entscheidende Rolle dabei, wie sich diese Wärmefahnen entwickeln und sich um das Gebäude herum bewegen.
Obwohl diese Temperaturerhöhungen begrenzt, lokal begrenzt und ohne kritische Auswirkungen auf den Gesamtbetrieb des Standorts sind, stellen sie wichtige Wachsamkeitspunkte dar, die bei einer Optimierung berücksichtigt werden sollten.
Analyse des degradierten Modus: kontrollierter Einfluss der Generatoren
DieStudie analysierte auch dieAuswirkungen von Generatoren, Abluftkaminen und den damit verbundenen elektrischen Anlagen in kritischen Szenarien. Die Überprüfung der Robustheit der Anlagen in degradierten Modi (N+1 und N) ist von wesentlicher Bedeutung, insbesondere bei einer Übergangsanalyse vom Typ Blackout oder Ride-Through.
Im Gegensatz zu Standorten, die große physische Veränderungen erfordern, zeigendie 3D-Simulationen von PAR5 und PAR6, dass die Wärmefahnen der Generatoren den Betrieb der Dachkühlungssysteme nicht wesentlich beeinträchtigen. DieAnordnung der Schornsteine und die Gesamtkonstruktion ermöglicheneine effiziente Ableitung der heißen Ströme.
Die Ergebnisse bestätigen, dass es keine nennenswerte Kontamination der Luft gibt, die von den sensiblen Geräten angesaugt wird. Diese Analyse bestätigt die globale Kohärenz der Standortwahl für diese kritischen Einrichtungen.
Analyse der verfügbaren kalten Leistung und Empfehlungen für den Betrieb
In modernen Rechenzentren spielen Kühlsysteme eine zentrale Rolle und dieangesaugte Luft muss kühl genug bleiben, um ihre Effizienz zu gewährleisten. Um diese Gesamtleistung zu optimieren, wurde im Rahmen derexternen thermo-lufttechnischen Studie auch dieWassertechnik untersucht, einschließlich derOptimierung von Pufferspeichern und Schichtungsphänomenen.
DieAnalyse bestätigt, dass das thermische Verhalten des Standorts insgesamt unter Kontrolle ist. Allerdings empfehlen die Ingenieure von EOLIOS aufgrund der festgestellten Rezirkulationsphänomene auf den Dächern eine besondere Wachsamkeit bei bestimmten Windkonfigurationen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Betriebsbedingungen unter allen Umständen optimal bleiben.
Durch die Nutzung der Hotspot-Kartierung und des Digitalen Zwillings (Cloud Viewer) profitiert das Projekt von einem vorausschauenden Ansatz. Diese Integration der CFD ermöglicht es, das Projekt zu sichern und die Zuverlässigkeit, Leistung und Nachhaltigkeit der Anlagen zu gewährleisten.
Expertise von EOLIOS Ingénierie bei der Lösung der externen thermo-lufttechnischen Herausforderungen der Rechenzentren PAR5 & PAR6
Strategische und auf die Projektdichte abgestimmte Empfehlungen
Dank seines Fachwissens in numerischer Simulation und insbesondere in der externen Aeraulik von Datenzentren konnte EOLIOS die Designentscheidungen bestätigen und Empfehlungen für die Projekte PAR5 und PAR6 zur Überwachung der thermischen Rückkopplung auf dem Dach vorschlagen. Anstatt kostspielige strukturelle Änderungen vorzuschreiben, bestätigte dieStudie die Relevanz und Kohärenz desaktuellen Layouts, einschließlich der Generatoren.
DieAnalyse der verschiedenen Windkonfigurationen ermöglichte es, die spezifischen Bedingungen zu identifizieren, die das Abfließen der heißen Luft in Richtung der Lufteinlässe begünstigen. Die gewählten Lösungen zielen auf eine erhöhte Wachsamkeit bei diesen meteorologischen Szenarien ab, die im 3D-Modell rigoros simuliert wurden. Die Beobachtungen haben bestätigt, dass der Temperaturanstieg begrenzt, lokal begrenzt und ohne kritische Auswirkungen auf den Betrieb der Systeme bleibt.
Diedetaillierte Analyse der Wärmeausbreitung und der Störfälle (wie z.B. die Abgase der Generatoren) ermöglichte auch eine genaue Quantifizierung der externen Wechselwirkungen, was zu einer klaren Bewertung führte, die bestätigt, dass die Fahnendie Effizienz der Dachkühlungssysteme nicht beeinträchtigen.
Dank dieser Studie konnte EOLIOS die Planung von Lüftungssystemen auf Dächern bereits in der Planungsphase absichern. Diese vorausschauende Optimierung wird das Risiko von thermischen Fehlfunktionen und Leistungsverlusten aufgrund von ungünstigen äußeren Bedingungen verringern.
Darüber hinaus gewährleistet die Validierung des Gesamtbetriebs des Standorts die Langlebigkeit der Anlagen und die Nachhaltigkeit der Wärmeabfuhr. Diekontinuierliche Nutzung des Digitalen Zwillings, insbesondere über den Cloud Viewer, wirddie Entscheidungsträger während des gesamten Lebenszyklus der Anlageunterstützen.
Weitere Informationen zu diesem Thema :
Videozusammenfassung der Studie
Zusammenfassung der Studie
Die von EOLIOS Engineering durchgeführte Studie konzentriert sich auf diethermische Optimierung von Hyperscale-Rechenzentren unter Verwendung von CFD-Simulationen (Computational Fluid Dynamics). Dieser Ansatz verbessert die Luftzirkulation und dieEffizienz der Kühlsysteme, wodurch der Energieverbrauch und dieCO2-Bilanz reduziert werden. Hyperscale-Rechenzentren, die von Technologiegiganten wie Amazon und Google genutzt werden, erfordern modulare, automatisierte und nachhaltige Lösungen. EOLIOS hat Probleme wie Überhitzung und Loopings identifiziert und Lösungen wie die Installation von Kapillaren vorgeschlagen, um diese Phänomene abzuschwächen. Die Integration von digitalen Zwillingen für präzise Simulationen ermöglichte es, signifikante Verbesserungen in Betracht zu ziehen. Durch die enge Zusammenarbeit mit den Kunden konnte EOLIOS die Konfiguration der Kühlsysteme optimieren, die Effizienz steigern und gleichzeitig die Energiekosten senken. Diese Studie belegt den entscheidenden Einfluss von CFD-Simulationen auf die Leistung und Nachhaltigkeit moderner Rechenzentren.
Video-Zusammenfassung der Mission
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