Thermische CFD-Studie der technischen Räume eines Rechenzentrums in Meudon (USV-Raum, STS-Raum und Transformatorenraum) für optimale Leistungen und eine unübertroffene Zuverlässigkeit.
Angesichts des Nachfragewachstums ist das Wärmemanagement der technischen Räume eine große Herausforderung. EOLIOS nutzt die CFD, um maßgeschneiderte Lösungen vorzuschlagen, die Leistung, Energieeffizienz und Zuverlässigkeit gewährleisten. Die untersuchten Räume, ein USV-Raum, ein STS-Raum und ein Transformatorenraum, befinden sich in Meudon.
Das Wesentliche. Thermische CFD-Studie von drei technischen Räumen eines Rechenzentrums in Meudon (USV, STS, Transformatoren). Die Simulation zeigt Rezirkulationsphänomene, die die warme Luft zu den Ansaugungen zurückführen und Hotspots erzeugen. Die maßgeschneiderten Auslegungen (vollständige Abdeckung, Kanalisierung der Wärmeabgaben, Anhebung der CRAH-Ansaugungen) unterdrücken die Rezirkulation und senken die Temperaturen um 5 °C; eine Redundanzstudie bestätigt das Verhalten mit einem CRAH im Stillstand.
In der Welt der Rechenzentren nimmt das Wärmemanagement eine zentrale Stellung ein. Üblicherweise werden in den Hallen Warm- und Kaltgänge eingerichtet, um die Kühlung der Server und der Geräte zu optimieren. Bei den technischen Räumen ist die Situation jedoch ganz anders: Jede Anlage ist einzigartig, mit ihren eigenen Beschränkungen und Konfigurationen, was standardisierte Kühllösungen oft ungeeignet macht.
In diesem Zusammenhang spielt die Expertise in CFD (Computational Fluid Dynamics) eine Schlüsselrolle. In Ermangelung etablierter Messwerte und fertiger Lösungen ist es unerlässlich, auf fortschrittliche Modellierungswerkzeuge zurückzugreifen, um die Luftzirkulation, die Wärmeabfuhr und die Temperaturverteilung zu verstehen und zu optimieren. Mithilfe der CFD wird eine eingehende Analyse der Infrastrukturen durchgeführt, um die warmen Zonen zu identifizieren, die Luftströme zu optimieren und an diese technischen Räume angepasste Kühllösungen zu entwerfen.
Um das 3D-Modell eines technischen Raums für die CFD-Studie zu erstellen, stützt sich der Ansatz sowohl auf die Pläne der Räume als auch auf Begehungen vor Ort. Zunächst ermöglichten die detaillierten architektonischen Pläne des Raums, die Abmessungen und die Anordnung der Geräte zu erfassen. Anschließend wurden bei der Begehung vor Ort tiefergehende Beobachtungen und präzise Messungen vorgenommen, und spezifische Details wie die Kühlsysteme, die Lüftungsgitter und die Hindernisse wurden aufgenommen.
Mithilfe von 3D-Modellierungssoftware wurden geometrische Modelle der Räume erstellt, die die Geräte und die Hindernisse des Raums unter Beachtung ihrer realen Position einbeziehen. Schließlich konnten durch die Zuweisung der geeigneten physikalischen Eigenschaften zu jedem Element des Modells (Wärmeleitfähigkeit der Materialien, Wärmeabgaben der Maschinen, Leistungen der Klimatisierungssysteme) die CFD-Studien durchgeführt werden.
Bei unseren Simulationen an der bestehenden Konfiguration der technischen Räume wurden übermäßig hohe Temperaturen an den Frischluftansaugungen der Systeme festgestellt. Diese hohen Temperaturen werden hauptsächlich durch Rezirkulationsphänomene verursacht, bei denen die warme Luft rezykliert wird, anstatt effizient abgeführt zu werden.
Zudem wurde das Vorhandensein von Hotspots festgestellt, Zonen, in denen die Wärmeabfuhr unzureichend ist, was zu Überhitzungsrisiken der Geräte führen kann. Eine neue Auslegung ist dann erforderlich, um die Luftzirkulation zu optimieren, die Rezirkulationsphänomene zu vermeiden und die Wärmeabfuhr zu verbessern.
Phänomen, bei dem die von den Geräten abgegebene warme Luft wieder angesaugt wird, anstatt abgeführt zu werden. Sie erhöht die Eintrittstemperatur der Luft, verringert die Kühleffizienz und begünstigt das Auftreten von Hotspots.
Neue, an jeden Raum angepasste Auslegungen wurden vorgeschlagen, um das Rezirkulationsphänomen zu vermeiden und die übermäßigen Temperaturen zu senken:
Kanalisierung der Wärmeabgaben, um die Wärme besser zu lenken und abzuführen.
Vollständige Abdeckung zwischen oberem und unterem Bereich, um die warmen und kalten Luftmassen zu kompartimentieren.
Anhebung der CRAH-Ansaugungen für eine bessere Erfassung der mit Kalorien beladenen Luft.
Diese neuen Auslegungen wurden fortschrittlichen CFD-Simulationen unterzogen, um ihre Wirksamkeit zu bewerten. Die Ergebnisse sind sehr ermutigend: Sie zeigen deutlich, dass die neuen Auslegungen es ermöglichen, das Rezirkulationsphänomen zu vermeiden und die Temperaturen an den Frischluftansaugungen der Systeme zu senken. Die Temperaturen konnten um 5 °C gesenkt werden, was erheblich dazu beiträgt, optimale Betriebsbedingungen zu gewährleisten und die Überhitzungsrisiken in den technischen Räumen des Rechenzentrums zu verringern.
Zu beachten. Die maßgeschneiderten Auslegungen (STS-Kanalisierung, USV-Abdeckung, Anhebung der CRAH-Ansaugungen auf der Transformatorenseite) unterdrücken die Rezirkulation und senken die Ansaugtemperaturen um 5 °C.
Eine sorgfältige Redundanzanalyse wurde in den technischen Räumen durchgeführt, um eine unübertroffene Zuverlässigkeit der Kühlsysteme zu gewährleisten. Dafür sind zwei CRAH-Einheiten in jedem Raum installiert, die parallel arbeiten, um eine optimale betriebliche Redundanz zu erzielen. Dieser Ansatz ermöglicht es, auch bei einem Ausfall einer der Einheiten eine ausreichende Kühlleistung aufrechtzuerhalten.
Luftaufbereitungseinheit eines technischen Raums, die die warme Luft ansaugt, sie kühlt und dann wieder ausbläst. Ihre Volumenströme und die Höhe ihrer Ansaugungen bestimmen die Erfassung der Wärme und die Gleichmäßigkeit der Temperaturen.
Um die Wirksamkeit dieser Redundanz zu validieren, wurden detaillierte Simulationen unter Berücksichtigung der Deaktivierung einer CRAH-Einheit durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass selbst bei einem CRAH im Stillstand die Temperatur in den technischen Räumen in einem angemessenen Bereich bleibt, ohne jedes Überhitzungsrisiko. Diese Demonstration verdeutlicht die Wirksamkeit der eingerichteten Redundanz.
Bei EOLIOS wird die entscheidende Bedeutung der Redundanz in kritischen Umgebungen wie Rechenzentren stets berücksichtigt. Die Expertise in der CFD-Simulation ermöglicht es, robuste und zuverlässige Kühllösungen zu entwerfen und so eine kontinuierliche Verfügbarkeit der Geräte auch im Falle des Ausfalls einer Einheit zu gewährleisten.
Prinzip, eine Reserve-Kühleinheit zusätzlich zum strikt Notwendigen zu installieren, damit ein Ausfall oder eine Wartung die Kühlung nicht gefährdet. Die CFD überprüft das Temperaturverhalten mit einer Einheit im Stillstand.
Zu beachten. Die Redundanz rechnerisch zu erproben, mit einem CRAH im Stillstand, beweist die Verfügbarkeit der Kühlung vor dem realen Zwischenfall, anstatt sie nur anzunehmen.
Rezirkulation, maßgeschneiderte Auslegungen und CRAH-Redundanz: die Antworten auf die Fragen, die sich Betreiber und Planer vor einer thermischen CFD-Studie stellen.
Anders als Serverräume mit Warm- und Kaltgängen ist jeder technische Raum einzigartig, und standardisierte Lösungen sind dort oft ungeeignet. Die CFD modelliert die Luftzirkulation, die Wärmeabfuhr und die Temperaturverteilung, um die warmen Zonen zu identifizieren und eine maßgeschneiderte Kühlung zu entwerfen, wie bei unserer Optimierung der Kühlung eines Rechenzentrums.
Es ist die Rezirkulation der von den Geräten abgegebenen warmen Luft zurück zu ihren eigenen Frischluftansaugungen. Sie erhöht die Ansaugtemperaturen und erzeugt Hotspots; ihre Beseitigung ist das vorrangige Ziel der Neugestaltung.
Aus den architektonischen Plänen (Abmessungen, Anordnung) und Begehungen vor Ort (Messungen der Kühlsysteme, Gitter, Hindernisse). Jedes Element erhält seine physikalischen Eigenschaften: Wärmeleitfähigkeit, Wärmeabgaben und Klimatisierungsleistungen.
Die Kanalisierung der Wärmeabgaben (STS), die vollständige Abdeckung (USV) und die Anhebung der CRAH-Ansaugungen (Transformatoren) unterdrücken die Rezirkulation und senken die Ansaugtemperaturen um 5 °C.
Sie simuliert den Stillstand einer der beiden CRAH-Einheiten pro Raum: Die Temperatur bleibt in einem angemessenen Bereich ohne Überhitzungsrisiko, was eine kontinuierliche Verfügbarkeit auch im Falle eines Ausfalls gewährleistet.
Entdecken Sie unsere Kompetenzen, Projekte und technischen Dossiers, um über die FAQ hinauszugehen.
Thermische CFD-Studie der technischen Räume (USV, STS, Transformatoren): Erkennung der Rezirkulationen und Hotspots, maßgeschneiderte Auslegungen (Abdeckung, Kanalisierung, Anhebung der CRAH) und Validierung der Redundanz.
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