Die Expertise von EOLIOS in der CFD-Simulation (Computational Fluid Dynamics) und der Optimierung der Kühlsysteme spielte eine entscheidende Rolle bei der Lösung der externen thermo-aeraulischen Herausforderung der Rechenzentren.
Unser Know-how ermöglichte es, die Phänomene der thermischen Rezirkulation auf dem Dach vorwegzunehmen und die Auswirkung der Stromaggregate zu validieren und so optimale Leistungen sowie ein effizientes und nachhaltiges Wärmemanagement für diese komplexen Infrastrukturen zu gewährleisten.
Das Wesentliche. Interne und externe CFD-Studie eines Rechenzentrums in Italien (Standorte PAR5 & PAR6). Intern tritt bei Ausfall von zwei Kühleinheiten ein Risiko der Rack-Überhitzung auf (bis zu 35 °C, über dem Sollwert von 28 °C) ; extern ist die Ausbreitung der Abluftfahnen auf dem Dach weitgehend beherrscht, mit örtlicher Rückführung unter bestimmten Windrichtungen. Stromaggregate, ein 3-m-Abgaskamin und ein digitaler Zwilling bestätigen einen zuverlässigen Betrieb, auch im degradierten Modus.
Die Auswirkung der thermischen Abluftfahnen außerhalb des Gebäudes ist schwer vorherzusehen aufgrund der verschiedenen Variablen, die die Planungsingenieure und Architekten nicht beherrschen können. Diese Variablen umfassen die Windgeschwindigkeit, die Lufttemperatur, die Windrichtung (analysiert über die lokale Windrose) und die Topologie der umgebenden Strukturen.
Diese Phänomene der Rezirkulation (oder thermischen Rückführung) haben jedoch einen direkten Einfluss auf die Leistung der auf dem Dach positionierten Kühlanlagen.
Wiederansaugung eines Teils der in der Nähe abgegebenen warmen Luft durch einen Rückkühler (Abluftfahne eines Stromaggregats oder eines anderen Wärmetauschers). Sie erhöht die Ansaugtemperatur und bringt das Gerät aus seinem Betriebsbereich.
EOLIOS begleitet Sie bei der Untersuchung der Auswirkung dieser aeraulischen Problematiken, um einen optimalen Betrieb unter allen Umständen sicherzustellen, auch den extremsten (Szenarien ungünstiger Winde oder Ausfälle).
An diesem Standort umfasst dies die Verwendung von weitläufigen Netzen von Rückkühlern und die Optimierung der hydraulischen Technik (Pufferspeicher), um die nachhaltige Abfuhr der Wärme zu gewährleisten und die Betriebskosten zu optimieren. Flexibilität und Sicherheit stehen im Zentrum der Auslegung.
Diese Rechenzentren sind mit einer redundanten Infrastruktur (Modi N+1 und N) konzipiert, um die Kühlung angesichts von Störungen aufrechtzuerhalten. Dieser hochgesicherte Rahmen ermöglicht nicht nur eine vereinfachte Wartung, sondern auch einen kontinuierlichen Betrieb, selbst im Falle eines Stromausfalls (Blackout), dank der Aktivierung der Notstromaggregate und der USV-Räume.
Die numerische Vorwegnahme spielt eine entscheidende Rolle für die betriebliche Effizienz dieser Rechenzentren. Der ultradetaillierte digitale Zwilling modelliert die Ströme und steuert virtuell die kritischen Vorgänge, was die Risiken von thermischen Fehlfunktionen im Zusammenhang mit der äußeren Umgebung verringert. Diese Modellierung umfasst die Analyse der Abgaskamine, die Rauchausbreitung und die Auswirkung des Baukörpers.
Kurzum: dank ihrer großen Kapazität, ihrer Kühleffizienz auf dem Dach, ihrer elektrischen Redundanz und der intensiven Nutzung der CFD-Simulation bieten die Rechenzentren äußerst robuste Lösungen. Indem sie örtliche Überhitzungen verhindern, werden diese Anlagen unverzichtbar für die Unternehmen, die kontinuierliche und zuverlässige weltweite digitale Dienste aufrechterhalten wollen.
Die Durchführung einer CFD-Studie (Computational Fluid Dynamics) ist für die Rechenzentren entscheidend, um die externe Aeraulik und die Kühlung zu optimieren und so die Risiken der Rezirkulation warmer Luft zu minimieren und zugleich die thermische Effizienz zu maximieren.
Kühlung : die CFD-Simulationen modellieren die thermischen Abluftfahnen und die äußeren Luftströme rund um das Rechenzentrum. Dies hilft, die Anordnung der Systeme auf dem Dach, die Disposition der Abgaskamine und der Rückkühler zu validieren, um eine effiziente Kühlung zu gewährleisten und die thermische Rückführung zu vermeiden.
Energieverbrauch : durch die Analyse der Winde und der externen thermischen Ausbreitung identifizieren die CFD-Studien Punkte der Aufmerksamkeit zur Erhaltung der Energieeffizienz: Rückführung der Wärme angesichts der Hindernisse des Baukörpers, Verhütung örtlicher Überhitzungen auf dem Dach.
Resilienzmanagement : die CFD-Modelle validieren das Verhalten der Anlagen in kritischen Phasen: Optimierung der Pufferspeicher und transiente Analyse bei einem Blackout, was die Dienstkontinuität der Kühlressourcen erleichtert.
Sicherheit und Notbetrieb : die CFD simuliert den degradierten Modus bei einem Ausfall des Stromnetzes und überprüft die Robustheit der Notsysteme (Modi N+1 und N). Sie validiert insbesondere die korrekte Ausbreitung der Abgase der Stromaggregate.
Durch die Integration dieser CFD-Analysen bereits in der Auslegung können die Rechenzentren ihre betriebliche Effizienz verbessern, die Auswirkung ihrer unmittelbaren meteorologischen Umgebung vorwegnehmen und ihre Sicherheit stärken, gestützt auf einen präzisen digitalen Zwilling zur Festigung der Planungsentscheidungen.
Bei EOLIOS Ingenieurbüro haben wir die Bedeutung dieser externen Simulationen für die Absicherung massiver Kühlsysteme vollständig erfasst. Dank unserer CFD-Expertise validieren wir den Gesamtbetrieb des Standorts, verringern die langfristigen Risiken und tragen zur Nachhaltigkeit der Rechenzentren bei.
Die Optimierung der Data Halls in den Rechenzentren ist wesentlich, und die numerische CFD-Simulation spielt dabei eine große Rolle. Durch die Modellierung der Luftströme, der Temperaturverteilung und der Wechselwirkung zwischen den Geräten ermöglicht es die CFD, leistungsfähigere Kühlsysteme zu konzipieren. Sie identifiziert die Hotspots, verbessert die Luftzirkulation und verringert die Energiekosten, indem sie die Klimatisierung und die Anordnung der Racks präzise anpasst. Eine strategische Nutzung der CFD gewährleistet nicht nur eine bessere betriebliche Leistung und eine erhöhte Zuverlässigkeit der Geräte, sondern trägt auch dazu bei, den CO₂-Fußabdruck der Rechenzentren zu verringern.
Ein Data Hall ist eine Zone, die der Unterbringung der für die Verarbeitung und Speicherung der Daten wesentlichen IT-Geräte gewidmet ist. Er besteht hauptsächlich aus Racks, die Server, Speichereinheiten und Netzwerk-Switches enthalten. Zur Optimierung der Kühlung sind die Racks oft in Warm- und Kaltgängen angeordnet, die die ausgestoßene warme Luft von der frischen Luft trennen, die zur Kühlung der Geräte bestimmt ist.
Anordnung der Racks in abwechselnden Gängen: die Vorderseiten saugen frische Luft aus einem Kaltgang an, die Rückseiten geben warme Luft in einen Warmgang ab. Diese Trennung begrenzt die Vermischung der Ströme und verbessert die Kühleffizienz.
Die Kühlsysteme umfassen Präzisionsklimageräte oder Kaltwasserkühler, die dafür konzipiert sind, trotz der von den Servern erzeugten Wärme stabile Temperaturen aufrechtzuerhalten. Die Stromverteilung beruht auf redundanten Systemen, gestützt durch unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) und Notstromgeneratoren, die eine kontinuierliche Versorgung bei einem Ausfall gewährleisten. Schließlich überwachen intelligente Sensoren permanent die Temperatur, die Feuchte und die Leistung der Geräte.
In dieser Studie wurde ein Überhitzungsproblem im linken Teil des Data Halls identifiziert, einer für den reibungslosen Betrieb des Rechenzentrums entscheidenden Zone. Diese Überhitzung tritt auf, wenn zwei Kühlsysteme gleichzeitig ausfallen, und die betroffenen Racks können 35 °C erreichen, was die maximale Grenze von 28 °C weit überschreitet. Diese Bedingungen gefährden die Leistung und die Zuverlässigkeit der Geräte und erhöhen das Ausfallrisiko, das die Integrität der Daten und die Kontinuität der Dienste beeinträchtigen kann.
Die Konfiguration des Raums und die Installation von Einbruchschutzgittern verschärfen das Problem, indem sie eine ungleiche Druckverteilung schaffen. In den Warmgängen der linken Seite bildet sich ein Überdruck, der die effiziente Abfuhr der warmen Luft verhindert und ein Rezirkulationsphänomen hervorruft, bei dem die warme Luft in das System zurückkehrt und den Temperaturanstieg beschleunigt.
Die ungleiche Verteilung der Racks trägt ebenfalls zum Problem bei, denn die ausgefallenen Kühlsysteme müssen die thermische Last einer entfernten Rack-Insel bewältigen, was diesen Bereich besonders anfällig macht. Um diese Herausforderung zu lösen, haben die Ingenieure von EOLIOS mehrere innovative Lösungen konzipiert. Dank eines vertieften Dialogs mit dem Kunden bewerteten sie die Optionen und wählten die wirksamste Strategie aus, die in Zusammenarbeit mit allen Beteiligten umgesetzt wurde.
Die Optimierung der Kühlsysteme, wie der Kältemaschinen und der Stromaggregate, ist wesentlich, um die Leistung und die Zuverlässigkeit der Rechenzentren zu gewährleisten. Bei hohen Serverdichten, die 10 kW pro Rack überschreiten können, wird das Wärmemanagement zu einer großen Herausforderung. Eine unbeherrschte Überhitzung kann Hardware-Ausfälle verursachen, die Verfügbarkeit der Dienste verringern und die Abnutzung der Geräte beschleunigen.
Somit besteht die thermische Optimierung nicht nur darin, eine stabile Temperatur aufrechtzuerhalten: Sie trägt dazu bei, die Energiekosten und den CO₂-Fußabdruck der Anlagen zu verringern. Die numerischen Simulationen bieten eine detaillierte Sicht auf die Temperaturen und die Wärmeströme für verschiedene Betriebsszenarien.
Eine präzise 3D-Modellierung der Infrastrukturen, wie des Daches eines Hyperscale-Rechenzentrums, das mit Lüftungshauben ausgestattet ist, ermöglicht es, die Gesamtheit der kritischen Systeme und ihre Wechselwirkung zu visualisieren. Die modellierte Struktur umfasst die Verkleidungsmodule, die Lüftungsnetze, die Zugangsstege und die optimierte Anordnung der Kühleinheiten. Diese Modelle bilden die Grundlage der CFD-Simulationen, die für die Analyse und Optimierung der thermischen Leistung wesentlich sind.
Mehr erfahren: was sind die Ursachen und Folgen eines Hotspots in einem Rechenzentrum?Die Rückkühler spielen eine zentrale Rolle bei der Abfuhr der von den Servern erzeugten Wärme. Als LUFT-WASSER-Wärmetauscher, die die Außenluft nutzen, entziehen sie den Kühlsystemen die Wärme und gewährleisten einen konstanten Strom frischer Luft. Ihre Anordnung auf dem Dach und ihre Dimensionierung müssen sorgfältig untersucht werden, um jedes Phänomen der Rezirkulation warmer Luft zu vermeiden, das die thermische Leistung verschlechtern kann.
Luft-Wasser-Wärmetauscher (Dry Cooler), der die von der Wasserschleife des Rechenzentrums aufgenommene Wärme an die Außenluft abgibt. Seine Effizienz hängt direkt von der Temperatur der angesaugten Luft ab, daher die Empfindlichkeit gegenüber der Rückführung.
Die Stromaggregate liefern eine Notstromversorgung bei einem Ausfall des Hauptnetzes. Dank eines automatischen Starts übernehmen sie die elektrische Last der Geräte und der Kühlsysteme und gewährleisten die Kontinuität der Dienste und den Schutz der Daten. Ihr mit den USV koordinierter Betrieb gewährleistet eine stabile Versorgung und eine hohe Verfügbarkeit des Rechenzentrums.
Für jedes Projekt entwickelt EOLIOS Ingenieurbüro ein detailliertes 3D-Modell, das alle die Aeraulik beeinflussenden Systeme integriert, wie die Rückkühler und die Stromaggregate. Die Standortpläne, die 3D-Modelle und die technischen Datenblätter der Geräte ermöglichen es, die wesentlichen Eigenschaften wie die Luftvolumenströme und die abgeführten Leistungen zu bestimmen.
Dieser digitale Zwilling ermöglicht es, die Funktionsweise der Kühlsysteme präzise zu analysieren und die potenziellen Verbesserungspunkte zu identifizieren. Dank ihrer Expertise in Vernetzung und Konvergenz gewährleisten die Ingenieure von EOLIOS zuverlässige und robuste CFD-Simulationen. Ein feines und strukturiertes Netz erfasst präzise die Schwankungen der Luftströme und der Temperatur und gewährleistet stabile und für die realen Bedingungen repräsentative Ergebnisse.
Um realistische Bedingungen zu simulieren, wurde eine Wetteranalyse auf Grundlage der Messungen der nächstgelegenen Station in die Simulationen integriert. Die Außentemperatur, die Windgeschwindigkeit und die Windrichtung sind kritische Variablen, die das thermische Verhalten der Anlagen beeinflussen. Die untersuchten Szenarien umfassen verschiedene Hauptwindrichtungen und die Auswirkung auf die Stromaggregate. Zwei Abluftmodelle wurden verglichen:
Abgabe in Höhe des Stromaggregats.
Abgabe über einen 3 Meter hohen Kamin, um die Rückführung der warmen Luft zu begrenzen und die Kühleffizienz zu verbessern.
Zu beachten. Der 3-m-Kamin erwies sich als die günstigste Konfiguration: Er entfernt die Abgabe warmer Luft von den Lufteinlässen und verringert deutlich das Risiko einer thermischen Rückführung auf dem Dach.
Die in das numerische Modell integrierte Wetteranalyse ermöglichte es, die thermische Ausbreitung je nach verschiedenen Windrichtungen zu untersuchen, gestützt auf eine jährliche Windrose, um die repräsentativsten und einschränkendsten Konfigurationen zu identifizieren. Die Ergebnisse zeigen, dass die Wärmeausbreitung in der Mehrheit der untersuchten Situationen zufriedenstellend erfolgt.
Dennoch hat die Analyse örtlich begrenzte Zonen aufgezeigt, in denen Phänomene der thermischen Rückführung auftreten können, hauptsächlich verbunden mit der hohen Dichte der technischen Anlagen auf dem Dach. Unter bestimmten Konfigurationen begünstigt der Wind die Rückkehr der warmen Luft zu den Lufteinlässen der Kühlsysteme. Obwohl diese Temperaturanstiege begrenzt, örtlich und ohne kritische Auswirkung auf den Gesamtbetrieb des Standorts bleiben, bilden sie wichtige Punkte der Aufmerksamkeit in einer Logik der Optimierung.
Die Studie ermöglichte es auch, die Auswirkung der Stromaggregate, der Abgaskamine und der zugehörigen elektrischen Anlagen bei kritischen Szenarien zu analysieren. Die Überprüfung der Robustheit der Anlagen in degradierten Modi (N+1 und N) ist wesentlich, insbesondere bei einer transienten Analyse vom Typ Blackout oder Ride-Through.
Im Gegensatz zu Standorten, die schwere physische Änderungen erfordern, zeigen die 3D-Simulationen, dass die thermischen Abluftfahnen der Stromaggregate den Betrieb der Kühlsysteme auf dem Dach nicht erheblich stören. Die Anordnung der Kamine und die Gesamtauslegung ermöglichen eine effiziente Abfuhr der warmen Ströme. Die Ergebnisse bestätigen, dass es keine nennenswerte Kontamination der von den empfindlichen Geräten angesaugten Luft gibt.
In den modernen Rechenzentren spielen die Kühlsysteme eine zentrale Rolle, und die angesaugte Luft muss ausreichend frisch bleiben, um ihre Effizienz zu gewährleisten. Um diese Leistungen zu optimieren, befasste sich die externe thermo-aeraulische Studie auch mit der hydraulischen Technik, insbesondere der Optimierung der Pufferspeicher und den Phänomenen der Schichtung.
Die Analyse bestätigt, dass das thermische Gesamtverhalten des Standorts beherrscht wird. Wegen der auf dem Dach identifizierten Rezirkulationsphänomene empfehlen die Ingenieure von EOLIOS jedoch eine besondere Aufmerksamkeit gegenüber bestimmten Windkonfigurationen. Gestützt auf die Kartografie der Hotspots und den digitalen Zwilling (Cloud Viewer) profitiert das Projekt von einem vorausschauenden Ansatz, der die Zuverlässigkeit, die Leistung und die Nachhaltigkeit der Anlagen absichert.
Gestützt auf ihre Expertise in der numerischen Simulation, und insbesondere in der externen Aeraulik von Rechenzentren, konnte EOLIOS die Auslegungsentscheidungen validieren und angepasste Empfehlungen vorschlagen, um die Phänomene der thermischen Rückführung auf dem Dach zu überwachen. Anstatt kostspielige strukturelle Änderungen aufzuerlegen, bestätigte die Studie die Relevanz und die Gesamtkohärenz der gegenwärtigen Anordnung, einschließlich für die Stromaggregate.
Die Analyse der verschiedenen Windkonfigurationen ermöglichte es, die spezifischen Bedingungen zu identifizieren, die die Rückführung der warmen Luft zu den Lufteinlässen begünstigen. Die gewählten Lösungen orientieren sich an einer erhöhten Aufmerksamkeit bei diesen Wetterszenarien, die rigoros im 3D-Modell simuliert wurden. Diese Beobachtungen bestätigen, dass die Temperaturanstiege begrenzt, örtlich und ohne kritische Auswirkung auf den Betrieb der Systeme bleiben.
Dank dieser Studie hat EOLIOS die Auslegung der aeraulischen Systeme auf dem Dach bereits in der Auslegungsphase abgesichert. Diese vorausschauende Optimierung verringert die Risiken thermischer Fehlfunktionen und die mit ungünstigen äußeren Bedingungen verbundenen Leistungsverluste. Die kontinuierliche Nutzung des digitalen Zwillings, insbesondere über den Cloud Viewer, begleitet die Entscheider über den gesamten Lebenszyklus des Standorts.
Know-how: die Erstellung des digitalen Zwillings Ihres RechenzentrumsInterne Überhitzung, Rückführung auf dem Dach, Stromaggregate und digitaler Zwilling: die Antworten auf die Fragen von Betreibern und Planungsteams.
Die Kühlung eines italienischen Rechenzentrums per CFD-Simulation absichern, intern (Data Halls, Überhitzungsrisiko bei einem Doppelausfall) und extern (Abluftfahnen der Rückkühler und der Stromaggregate auf dem Dach), wie bei unserem Projekt Externe & interne CFD, Hyperscale.
Die Wiederansaugung eines Teils der in der Nähe abgegebenen warmen Luft durch die Rückkühler. Sie erhöht die Ansaugtemperatur und verschlechtert die Kühlung. Unter bestimmten Windrichtungen begünstigt die hohe Gerätedichte auf dem Dach dieses Phänomen.
Die Abgabe über einen 3-Meter-Kamin entfernt die warme Luft von den Lufteinlässen und erwies sich als günstigste Konfiguration zur Begrenzung der Rückführung, verglichen mit einer Abgabe in Aggregathöhe.
Ja. Simulationen in den degradierten Modi N+1 und N, einschließlich transienter Blackout-Szenarien, zeigen, dass die Abluftfahnen der Stromaggregate die von den empfindlichen Dachgeräten angesaugte Luft nicht kontaminieren.
Er modelliert die Ströme und spielt die kritischen Vorgänge virtuell durch. Kombiniert mit der Hotspot-Kartografie ermöglicht er einen vorausschauenden Ansatz über den gesamten Lebenszyklus des Standorts.
Entdecken Sie unsere Kompetenzen, Projekte und technischen Dossiers, um über die FAQ hinauszugehen.
Die von EOLIOS Ingenieurbüro durchgeführte Studie konzentriert sich auf die thermische Optimierung der Hyperscale-Rechenzentren durch CFD-Simulationen: Verbesserung der Luftzirkulation, Effizienz der Kühlsysteme, Verringerung des Energieverbrauchs und des CO₂-Fußabdrucks. Überhitzungen und Rückführungen identifiziert, gestützt auf Verkleidungen und digitale Zwillinge.
EntrauchungEntrauchungstechnik in einem Rechenzentrum
ExternDC23 – Extern
HyperscaleExterne & interne CFD – Hyperscale-Rechenzentrum
OptimierungCFD-Optimierung – Rechenzentrum
InternRechenzentrum – DC28 – Intern
Technische RäumeTechnische Räume – Rechenzentrum
KühlungOptimierung der Kühlung – Rechenzentrum
ExternRechenzentren – DC15.1 & DC15.2 – Extern
ExternRechenzentrum – PA 22 – Extern
StromaggregatDruckverluststudie – Stromaggregat – Rechenzentrum
ExternRechenzentrum – Paris
BrandRechenzentrum – GAS NOVEC
InternRechenzentrum – DC17 – Intern
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