Studie über die Auswirkungen von Rechenzentren auf städtische Wärmeinseln
Untersuchung der Auswirkungen von Wärmeinseln, die durch Rechenzentren gebildet werden
Wir sind Experten in der CFD-Analyse und der Bewertung der Umweltauswirkungen von Rechenzentren in ihrem städtischen Umfeld.
- Identifizierung von Wärmeinseln, die durch digitale Infrastrukturen erzeugt werden
- Bewertung der thermischen Auswirkungen unter realen Wetterbedingungen
- Analyse der Wechselwirkungen zwischen Wärmeabstrahlung, Stadtmorphologie und natürlichen Belüftungsbedingungen
- Untersuchung der kumulativen Auswirkungen mehrerer Wärmequellen in einem Stadtteil (Rechenzentren, Quellenstationen, Unterstationen...)
- Simulation von Wärmeverteilungen in verschiedenen Standort- und Betriebsszenarien
- Vergleich von Minderungslösungen (Begrünung, hinterlüftete Fassaden, Wärmerückgewinnung...)
- Entscheidungshilfe für Planungsprojekte und die Gestaltung verantwortungsvoller digitaler Infrastrukturen
Unsere Data Center Projekte :
Charakterisierung von Wärmeinseln, die durch Rechenzentren verursacht werden
Herkunft und Intensität der Wärmeemissionen
Der städtische Wärmeinseleffekt ist der Temperaturunterschied zwischen einer Stadt und ihren umliegenden ländlichen Gebieten. Baumaterialien, dichte Bebauung und fehlende Vegetation fangen die Wärme ein und schaffen die für Innenstädte typische “ Hitzeblase „.
Rechenzentren mit ihrer großen Abwärme sind Teil dieser anthropogenen Wärmezufuhr. Diese Abwärme trägt, wenn sie nicht zurückgewonnen und wiederverwendet wird, zum städtischen Wärmeinseleffekt bei. Mit anderen Worten, sie erhöht nicht nur die lokalen Nacht- und Tagestemperaturen in der Stadt, sondern verteuert auch den Bedarf an Klimatisierung in der Umgebung (um die zusätzliche Wärme auszugleichen). Diese Auswirkungen wirken sich auf den Komfort der Bewohner, die Luftqualität und den Energieverbrauch der benachbarten Gebäude aus.
Kartierung der thermischen Einflusszonen
Die von EOLIOS entwickelten CFD-Simulationswerkzeuge ermöglichen eine genaue Charakterisierung der von Rechenzentren ausgehenden Wärmefahnen, wobei die Besonderheiten des Standorts (Geometrie, Topographie, Einrichtungen) und die tatsächlichen Umweltbedingungen (vorherrschende Winde, Sonnenausrichtung, Luftfeuchtigkeit…) berücksichtigt werden.
Diese 3D-Luftmodelle reproduzieren genau die Ausbreitung der warmen Abluft, ihre allmähliche Verdünnung in der Atmosphäre und ihre Interaktion mit den Elementen des städtischen Gefüges (Fassaden, Straßen, Bäume, Dächer…).
Auf der Grundlage mehrerer von EOLIOS durchgeführter Studien kann die thermische Reichweite einer Fahne bei niedrigen Windgeschwindigkeiten bis zu 150 m betragen. Diese Visualisierungen, die in Form von dynamischen thermischen Kartographien wiedergegeben werden, ermöglichen es Planern und Stadtentwicklern, die Auswirkungen der digitalen Infrastruktur auf das städtische Leben besser zu antizipieren.
Kartierung der Temperatur in 1 m Höhe über dem Boden - Untersuchung der Auswirkungen von Wärmeinseln in einem Rechenzentrum
Analyse der saisonalen und stündlichen Variabilität
Die Wärmewirkung von Rechenzentren ist nicht das ganze Jahr über gleichbleibend. Sie variiert in Abhängigkeit von mehreren Faktoren: IT-Leistung, Betriebsmodus der Kühlaggregate, äußere Wetterbedingungen (Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Windrichtung und -geschwindigkeit) und die Dichte der städtischen Umgebung. Im Sommer können Hitzeperioden in Verbindung mit stehender Luft zu einem erheblichen Wärmestau führen, insbesondere am Ende des Tages oder in der Nacht, wenn die heißen Abgase nicht mehr effizient verteilt werden.
Die von EOLIOS durchgeführten CFD-Simulationen berücksichtigen diese Variabilität, indem sie verschiedene saisonale und stündliche Szenarien modellieren (typischer Hitzetag, Zwischensaison, ruhige Nacht ohne Wind…). Dieser dynamische Ansatz ermöglicht es,die kritischsten Perioden für den städtischen Komfort zuidentifizieren unddie thermischen Abweichungen in Abhängigkeit von den Strategien zum Umgang mit Abwärme zuquantifizieren.
Studien zur städtebaulichen Integration von Wärmeableitungsanlagen
Ausrichtung und Anordnung der Einrichtungen
Die Position, Ausrichtung und Anordnung von Wärmeabgabesystemen – wie z.B. Trockenkühler, Kondensatoren oder Luftkühltürme –spielen eine entscheidende Rolle bei der Verteilung der Abwärme in der städtischen Umgebung. Ein falscher Standort kann den Effekt der städtischen Wärmeinsel (HI) verstärken, den thermischen Komfort im Freien beeinträchtigen oder zu einer Rezirkulation der warmen Luft in den Frischlufteinlässen führen.
Die Materialien, die für den Bau der Gebäude verwendet werden Gebäuden spielen eine entscheidende Rolle bei der Intensität der städtischen Wärmeinseln. Beton, Asphalt, dunkle Dachziegel oder Metallverkleidungen haben eine starke Fähigkeit, Sonnenwärme tagsüber zu speichern und nachts langsam wieder abzugeben. Dieses Phänomen derthermischen Trägheit trägt dazu bei, dass die Temperaturen in städtischen Gebieten hoch bleiben, auch wenn es keinedirekte Sonneneinstrahlung gibt.
Die von EOLIOS verwendeten CFD-Simulationswerkzeuge ermöglichen einevergleichende Bewertung verschiedener Standortkonfigurationen (Höhe, Ausrichtung, Abstand zwischen den Einheiten, nahegelegene Masken) unter realistischen Klimabedingungen, wobei insbesondere die jährliche Windrose des Standorts und die Sonneneinstrahlung berücksichtigt werden.
Identifizierung der Albedo der verschiedenen Materialien, aus denen das Datenzentrumsgebäude besteht
Berechnung der Höhe und Form von Wärmefahnen
Die Form und die vertikale Ausdehnung der Warmluftfahnen, die von den Anlagen erzeugt werden, hängen von vielen Parametern ab: Ausblastemperatur, Ausströmgeschwindigkeit, Größe der Abluftöffnungen, atmosphärische Turbulenzen, thermische Stabilität der Umgebungsluft, etc.
Die von EOLIOS durchgeführten CFD-Simulationen ermöglichen eine dreidimensionale Visualisierung der Fahnen, die Beurteilung ihrer zeitlichen und räumlichen Reichweite unddie Bestimmung ihrer Auswirkungen auf empfindliche Gebiete.
Abhängig von den Ergebnissen schlagen wir architektonische oder technische Anpassungen vor, wie z.B. die Erhöhung der Anlage, das Hinzufügen von Deflektoren oder die Integration von Pflanzenschirmen, um die Wärmeverteilung zu fördern und Rezirkulationseffekte zu begrenzen. Diese Maßnahmen können die lokalen thermischen Auswirkungen je nach Kontext um 30 bis 60% reduzieren.
Temperatur-Isoflächen eines Rechenzentrums
Interaktion mit den umliegenden Gebäuden in städtischen Gebieten
Einedichte städtische Umgebung wirkt oft wie eine Wärmefalle, indem sie die Wärmeverteilung einschränkt und die Rezirkulation an benachbarten Fassaden und Lufteinlässen fördert. Mit unseren CFD-Analysen können wir die Wärmeströme aufzeigen, die auf Fenster, überhitzungsempfindliche Verglasungen oder die Lufteinlässe der benachbarten RLT-Anlagen treffen können.
Unsere Empfehlungen sind Teil eines umfassenden Ansatzes zur Umweltoptimierung, der mit den Anforderungen der Stadtplanung, den HQE/BREEAM-Standards oder den Empfehlungen des territorialen Klima-Luft-Energie-Plans (PCAET) in Einklang steht. Sie ermöglicheneine nachhaltige Koexistenz zwischen der Energieeffizienz der digitalen Infrastruktur und der Lebensqualität in der Stadt.
Beispiel für die Berücksichtigung der Umwelt rund um ein Rechenzentrum
Lösungen zur Abschwächung der thermischen Auswirkungen
Verbesserung der Ableitungsleistung
Die thermischen Auswirkungen von Kühlanlagen können durch eine Kombination aus Technologiewahl, Betriebsoptimierung und lufttechnischen Designs erheblich reduziert werden. Die Studien von EOLIOS stützen sich auf hochpräzise CFD-Simulationen, um die Wirksamkeit verschiedener Strategien zur thermischen Abschwächung in einem städtischen Kontext zu bewerten und zu vergleichen.
Die Art der Ableitungsausrüstung spielt eine entscheidende Rolle: Luftkühler mit variabler Drehzahl beispielsweise ermöglichen eine dynamische Anpassung an die klimatischen Bedingungen, wodurch unnötige Wärmeabgaben in Zeiten geringer thermischer Belastung reduziert werden. DieHinzufügung von Strömungsleitvorrichtungen wie Ablenkblechen oder Windbrechern kann ebenfalls dazu beitragen, die Abwärme in weniger empfindliche Bereiche zu lenken. Passive Lösungen wie Wärmeschalldämpfer oder Wärmeableitungsgitter sorgen für eine schnellere Durchmischung mit der Umgebungsluft und senken die wahrgenommene Temperatur lokal um durchschnittlich 1 bis 2 °C in 5 m Entfernung.
Alle diese Ansätze werden von EOLIOS von Fall zu Fall mit Hilfe numerischer Simulationen bewertet, die die tatsächlichen klimatischen Bedingungen (Wind, Strahlung, Temperatur), die Geometrie des Standorts und die Betriebszyklen der Anlagen einbeziehen. Diese Analysen ermöglichen die Priorisierung von Maßnahmen nach ihrer Wirksamkeit, ihren Kosten und ihrer Kompatibilität mit den betrieblichen Einschränkungen des Standorts.
Unsere Empfehlungen sind immer kontextualisiert in einem globalen Leistungsansatz, der die Begrenzung des PUE-Wertes, den Komfort der Nutzer und die lokalen gesetzlichen Anforderungen integriert.
Lösungen zur Abschwächung der thermischen Auswirkungen
Einhaltung der Umweltanforderungen
Vor dem Hintergrund strengerer Vorschriften im Zusammenhang mit dem ökologischen Wandel unterliegen Rechenzentren zunehmend den Anforderungen an die Energieeffizienz, die Landschaftsintegration und die Luftqualität. Die EU-Richtlinie zur Energieeffizienz verpflichtet die Mitgliedstaaten, die Energieüberwachung von Rechenzentren mit einer Leistung von mehr als 500 kW ab 2024 zu verstärken, einschließlich einer jährlichen Berichterstattung über die Temperatur der Abluft, die Nutzung von Abwärme und den PUE-Wert.
Die von EOLIOS durchgeführten CFD-Studien ermöglichen es,diese Anforderungen zu antizipieren, indem sie die Wärmefahnen und ihre Ausbreitung in der städtischen Umgebung genau modellieren und gleichzeitig die empfindlichen Punkte identifizieren. Unsere Simulationen können projizierte Klimaszenarien (RCP 4.5 oder 8.5) einbeziehen, um die Konformität der Anlagen mittel- und langfristig zu gewährleisten, wobei der erwartete Anstieg der Durchschnittstemperaturen und Extreme (Hitzewellen, Windstille usw.) berücksichtigt werden.
In der Region Île-de-France beispielsweise werden Projekte für Rechenzentren zunehmend im Hinblick auf die Ziele des regionalen Klimaschutzplans (SRCAE) bewertet, der eine Halbierung des Energieverbrauchs von Dienstleistungsgebäuden bis 2050 anstrebt. Unsere Studien sind Teil dieser Dynamik und liefern Bauherren verwertbare Ergebnisse für Baugenehmigungen, Umweltverträglichkeitsprüfungen, HQE-, BREEAM- oder ISO 50001-Zertifizierungen.
Unterstützung bei der Abstimmung mit den Anwohnern
Die urbane Integration eines Rechenzentrums ist nicht nur eine technische Frage, sondern auch eine soziale und territoriale. Die Wahrnehmung der thermischen Belästigung, die manchmal mit dem bloßen Auge nicht sichtbar ist, kann bei den Anwohnern Besorgnis hervorrufen. Aus diesem Grund entwickelt EOLIOS gut lesbare Wärmekarten, 3D-Animationen von Rauchschwaden und visuelle Übersichten, die für öffentliche Präsentationen oder Workshops geeignet sind.
Diese Instrumente ermöglichen es, die potenziellen Auswirkungen des Projekts auf seine unmittelbare Nachbarschaft in konkrete Elemente umzusetzen: lokaler Temperaturanstieg, veränderte Windgeschwindigkeit, Erwärmung empfindlicher Fassaden usw. Mit Hilfe von synthetischen Indikatoren (Temperaturunterschiede in 1,5 m Höhe über dem Boden, Häufigkeit der Überschreitung von Komfortschwellen gemäß EN ISO 7730…) tragen unsere Studien zur Objektivierung der Debatten und zur Beruhigung der Beteiligten bei.
Auf dem Weg zu verantwortungsvolleren Rechenzentren
Die Reduzierung der Wärmeabgabe an die Umwelt ist nicht nur die Erfüllung einer gesetzlichen Auflage, sondern auch die Entscheidung für eine umweltfreundlichere Infrastruktur, die den gesellschaftlichen und ökologischen Erwartungen entspricht. In einer Stadt wie Paris, wo der städtische Wärmeinseleffekt die Durchschnittstemperatur im Sommer um +2 bis +3 °C erhöhen kann, ist die Begrenzung der zusätzlichen Wärmezufuhr eine wichtige Herausforderung für den Komfort der Bewohner und die Klimaresistenz.
EOLIOS unterstützt seine Kunden bei der energetischen Verwertung von Abwässern durch die Entwicklung vonHybridlösungen mit Begrünung, passiver Kühlung oder architektonischer Integration. Dieser umfassende Ansatz positioniert Rechenzentren nicht mehr als bloße Energieverbraucher, sondern als verantwortungsbewusste Akteure einer nachhaltigen Stadt.
EOLIOS, Ihr Partner für die nachhaltige Integration von Rechenzentren in Städten
EOLIOS unterstützt Sie bei der Planung und dem Betrieb von Rechenzentren, die sich perfekt in ihre Umgebung einfügen, um den wachsenden Herausforderungen der Energieeffizienz, des städtischen Komforts und der Umweltvorschriften gerecht zu werden.
Mit unseren hochmodernen CFD-Simulationswerkzeugen und unserem anerkannten Fachwissen in der thermischen und lufttechnischen Modellierung können wir in allen Phasen des Projekts eingreifen:Konzeption, Dimensionierung, Folgenabschätzung und regulatorische Begleitung.
- Ein maßgeschneiderter Ansatz für jeden Standort, der die lokalen klimatischen Bedingungen, die umliegende Stadtplanung und die technischen Besonderheiten berücksichtigt.
- Konkrete Lösungen zur dauerhaften Reduzierung der Wärmebelastung und zur Verbesserung des PUE-Wertes.
Kontaktieren Sie uns noch heute, um die thermischen Auswirkungen Ihrer Einrichtungen zu bewerten, gesetzliche Anforderungen zu antizipieren und die besten Strategien zur Abschwächung zu identifizieren. Lassen Sie uns gemeinsam Rechenzentren zu einem Hebel für eine nachhaltigere Stadt machen.
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