Externe & interne CFD –
Hyperscale-Rechenzentrum.

Hyperscale-Rechenzentren: eine Revolution im Hosting und der Datenverwaltung

Das Ziel eines Hyperscale-Rechenzentrums: Optimierung und Skalierbarkeit

Die Auswirkung der Wärmefahnen außerhalb des Gebäudes ist schwer vorherzusagen, aufgrund der verschiedenen Variablen, die die Konstruktionsingenieure und Architekten nicht beherrschen können: Windgeschwindigkeit, Temperatur und Feuchte der Luft, Windrichtung und umliegende Aktivitäten. Diese Phänomene haben einen direkten Einfluss auf die Leistung der im Freien aufgestellten Geräte.

EOLIOS begleitet Sie bei der Untersuchung der Auswirkung dieser Problematiken, um einen optimalen Betrieb unter allen Umständen zu gewährleisten, auch den extremsten.

Schlüsseleigenschaften: Modularität, Automatisierung und Energieeffizienz

Einer der wichtigsten Vorzüge der Hyperscale-Rechenzentren liegt in ihrer Energieeffizienz. Sie integrieren hochmoderne Kühlsysteme — Free Cooling, Geothermiebohrungen oder Flüssigkeitskühlung —, die darauf abzielen, den CO₂-Fußabdruck zu verringern und die Betriebskosten zu optimieren. Die Flexibilität und die Skalierbarkeit stehen im Herzen des Hyperscale-Konzepts, dank einer modularen Infrastruktur aus standardisierten Komponenten.

Die Automatisierung spielt eine entscheidende Rolle für die betriebliche Effizienz: Systeme überwachen nahezu alle Facetten des täglichen Betriebs (Serververwaltung, Verbrauchsüberwachung, vorbeugende Wartung), was die Notwendigkeit menschlicher Eingriffe verringert und die menschlichen Fehler minimiert.

Dank ihrer großen Kapazität, ihrer Energieeffizienz, ihrer Flexibilität und ihrer Automatisierung bieten die Hyperscale-Rechenzentren äußerst effiziente und wirtschaftliche Lösungen, die wesentlich sind, um robuste und zuverlässige weltweite digitale Dienste zu unterstützen.

Die Herausforderung der CFD-Studien: die Optimierung der Hyperscale-Rechenzentren

Die Durchführung einer CFD-Studie ist entscheidend, um die Luftzirkulation und die Kühlung zu optimieren und den Energieverbrauch zu minimieren, bei gleichzeitiger Maximierung der thermischen Effizienz.

• 01

  Kühlung — Modellierung der Luft- und Wärmeströme zur Optimierung der Anordnung der Server, der Anordnung der Racks und der Lüftungssysteme.

• 02

  Energieverbrauch — Identifizierung der Strategien zur Verbesserung der Energieeffizienz.

• 03

  Ressourcenmanagement — Vorhersage der Klimatisierungsleistung und Vorwegnahme des Energie- und Kühlbedarfs.

• 04

  Sicherheit — Simulation der Risiken von Überhitzung oder Ausfall, Auslegung der Notfall-, Entrauchungs- und Brandschutzsysteme.

Interne Studie: Verringerung der Überhitzungsrisiken durch die CFD

Die CFD, ein Verbündeter für die Energieeffizienz der Data Halls

Indem sie die Luftströme, die Verteilung der Temperatur und die Wechselwirkung zwischen den Geräten analysiert, ermöglicht die CFD den Entwurf effizienterer Kühlsysteme. Sie identifiziert die Hotspots, optimiert die Luftzirkulation und senkt die Energiekosten, indem sie die Klimatisierung und die Anordnung der Racks anpasst.

Interne thermische Optimierung: Herausforderungen und Lösungen

Ein Überhitzungsproblem wurde im linken Abschnitt des Data Hall identifiziert. Wenn zwei Kühlsysteme gleichzeitig ausfallen, können die Racks 35 °C erreichen, weit über dem maximalen Sollwert von 28 °C, was die Leistung und die Zuverlässigkeit der Geräte beeinträchtigt.

Die Installation von Einbruchschutzgittern und die Konfiguration des Raums erzeugen eine ungleiche Druckverteilung: Ein Überdruck in den Warmgängen der linken Seite behindert die Abfuhr der warmen Luft und schafft ein Phänomen der Rezirkulation (Rückführung). Die ungleiche Verteilung der Racks macht diesen Sektor besonders anfällig.

Um dieser Herausforderung zu begegnen, haben die Ingenieure von EOLIOS mehrere innovative Lösungen erarbeitet, in Abstimmung mit allen Beteiligten analysiert und umgesetzt, für eine optimale und nachhaltige Antwort.

Externe Studie: die Kühlung auf dem Dach optimieren

Optimierung der Kühlsysteme

Mit hohen Serverdichten, die 10 kW pro Rack überschreiten können, wird das Wärmemanagement zu einer großen Herausforderung. Eine unkontrollierte Überhitzung kann zu Hardware-Ausfällen und einer vorzeitigen Verschlechterung der Geräte führen. Die thermische Optimierung verringert auch die Energiekosten und den CO₂-Fußabdruck.

Die Rückkühler (LUFT-WASSER-Wärmetauscher) führen die Wärme der Server unter Nutzung der Außenluft ab. Die Stromaggregate gewährleisten eine Notstromversorgung, die im Falle einer Unterbrechung automatisch anspringt und eine hohe Verfügbarkeit sicherstellt.

Erstellung des digitalen Zwillings und Präzision der Simulationen

EOLIOS erstellt ein detailliertes 3D-Modell aus den 3D-Modellen, Plänen und technischen Datenblättern und bestimmt die Luftvolumenströme und abgeführten Leistungen. Die Expertise in Vernetzung und Konvergenz gewährleistet robuste Simulationen: ein feines und strukturiertes Netz erfasst präzise die Schwankungen der Luftströme und der Temperatur.

Ergebnisse: Innovationen und nachhaltige Lösungen

Vorherrschende Winde: die Rückführung zwischen Rückkühlern verringern

Zwei vorherrschende Winde wurden simuliert. Rückführungsphänomene zwischen den Systemen erhöhen die Temperaturen am Ansaug: Die abgeführten Kalorien werden wieder angesaugt. Das Phänomen betrifft vor allem die ersten dem Wind ausgesetzten Rückkühler, wobei das Herabdrücken der Wärmefahnen es verstärkt. Die Dichte der Systeme auf dem Dach begünstigt Stagnationszonen, insbesondere rund um die Transformatoren (≈ 50 °C).

Das Hinzufügen einer undurchsichtigen Abdeckung unterdrückt das Ansaugen warmer Luft im oberen Bereich: Die Temperaturen werden um nahezu 2 °C gesenkt, was den Verlust an Kälteleistung verringert.

Auswirkung der Stromaggregate

Eine besonders ungünstige Windrichtung lenkt die Abgaben der Stromaggregate zum Dach: Die Fahnen werden von den Kälteaggregaten angesaugt und erhöhen die Ansaugtemperaturen, mit einer Rückführung der Stromaggregate auf sich selbst. Trotz seiner geringen Häufigkeit wird dieses Szenario angesichts der Risiken eines starken Temperaturanstiegs berücksichtigt.

Das Hinzufügen eines Abluftkanals von 3 Metern verringert das Phänomen teilweise. Gekoppelt mit der Abdeckung senkt es die mittleren Ansaugtemperaturen um nahezu 4 bis 5 °C und unterdrückt die Rückführung zwischen den Kälteaggregaten.

Die Expertise von EOLIOS in den thermo-aeraulischen Herausforderungen

An jedes Projekt angepasste Empfehlungen

EOLIOS hat angepasste und kostengünstige Lösungen vorgeschlagen (neue Anordnung, Abdeckung) sowie aufwändigere Optionen (Abzüge). Die gewählten, rigoros simulierten Lösungen haben die Ansaugtemperaturen erheblich gesenkt und die Effizienz der Systeme verbessert.

Diese Optimierung verringert die Ausfallrisiken und den mit großer Hitze verbundenen Leistungsverlust und senkt jedes Jahr die Energiekosten der Kühlung.