Estudio termo-aeráulico externo de dos centros de datos: modelización de los penachos térmicos de los grupos electrógenos y del bucle de los aeroenfriadores en cubierta, para asegurar la refrigeración y la calidad del aire de admisión.
EOLIOS modelizó los intercambios térmicos y aeráulicos en el exterior de dos centros de datos para verificar que la descarga de los grupos electrógenos y de los sistemas de refrigeración no perturbe los aeroenfriadores en cubierta ni contamine el aire de admisión de las oficinas vecinas.
El estudio profundo de EOLIOS permitió completar la evaluación de riesgos, optimizar el diseño y reducir el consumo energético del centro de datos, poniendo de manifiesto, desde la fase de diseño, defectos que pudieron corregirse antes de las obras.
Lo esencial. Estudio CFD externo de dos centros de datos: modelización de los penachos térmicos de los grupos electrógenos y del bucle de los aeroenfriadores en cubierta. Con viento desfavorable de verano, el estudio evidenció una fuerte perturbación de los aeroenfriadores; la revisión de los pozos de extracción y del posicionamiento de las tomas de aire eliminó el bucle y descartó el riesgo de contaminación del aire de admisión.
Los centros de datos concentran en cubierta una fuerte densidad de equipos: aeroenfriadores, chimeneas de descarga, rejillas de aspiración y de descarga, subestaciones y grupos electrógenos de emergencia. En este espacio restringido, no es evidente que el aire fresco, el aire caliente evacuado y los humos de combustión permanezcan siempre separados.
El riesgo principal es el bucle: la reaspiración, por los aeroenfriadores, del aire caliente descargado por los sistemas vecinos o del penacho de los grupos electrógenos. Este fenómeno provoca una pérdida de potencia frigorífica, y por tanto una subida de temperatura en los data halls que puede llegar hasta el fallo de los equipos. A ello se añade el riesgo de contaminación del aire de admisión de las oficinas por los humos de escape.
Reaspiración, por los aeroenfriadores, de parte del aire caliente descargado en las proximidades. Eleva la temperatura de aspiración y puede degradar la refrigeración; su control determina la fiabilidad del sitio.
Las simulaciones numéricas contribuyen a una mejor comprensión de los fenómenos termo-aeráulicos. El interés principal de la CFD es prever y verificar todas las eventualidades para desarrollar soluciones técnicas pertinentes. Gracias a sus servidores de cálculo, EOLIOS simula los modelos en su totalidad con gran precisión, y analiza simultáneamente el impacto de numerosos fenómenos sobre la evolución termo-aeráulica externa del centro de datos. Este estudio permitió en particular poner de manifiesto defectos de diseño que pudieron rectificarse.
En la modelización CFD, la forma del perfil vertical de las velocidades de viento es primordial. Depende del grado de rugosidad del entorno, es decir la tendencia de los edificios, los árboles y los obstáculos a frenar el viento oponiéndose a su movimiento. En todo el espesor de la capa límite atmosférica, la velocidad aumenta a medida que uno se aleja del suelo.
Para reproducir esta cizalladura, EOLIOS aplica una metodología cercana a la de un túnel de viento físico: el entorno urbano se modeliza en una periferia de aproximadamente 500 m alrededor del sitio, con un perfil de velocidad dependiente del terreno. Se evalúa así el impacto de los penachos según distintas configuraciones de viento.
Capa de aire cercana al suelo donde la velocidad del viento aumenta con la altura por efecto del rozamiento del terreno. Reproducir su perfil es indispensable para evaluar correctamente la trayectoria de los penachos.
Un estudio meteorológico del sitio estableció las condiciones de viento dominantes y la configuración más desfavorable: la de un viento susceptible de abatir el penacho térmico de los grupos electrógenos hacia los sistemas de cubierta, combinada con una temperatura exterior elevada.
El gemelo digital retoma la geometría simplificada del sitio y de su entorno próximo para analizar finamente la evolución del penacho según las orientaciones de viento. Se modelizaron varios edificios vecinos y sus sistemas para verificar la influencia de las descargas térmicas de los edificios existentes y en construcción.
Según los estudios climáticos del sitio, para un viento desfavorable de verano, el estudio de los penachos térmicos generados por los grupos electrógenos concluía en una muy fuerte perturbación de los aeroenfriadores, e incluso en un posible fallo de estos. El diseño de los pozos aeráulicos de extracción pudo revisarse para suprimir los fenómenos termo-aeráulicos nocivos que originaban estas problemáticas.
En un segundo tiempo, los estudios se centraron en el seguimiento de la descarga de los humos de combustión de los motores, en función del posicionamiento de las tomas de aire de las UTA de oficina. Siendo el objetivo suprimir el riesgo de contaminación del aire de admisión, se pudo realizar una optimización del posicionamiento de las entradas de aire.
Por último, los penachos térmicos de un centro de datos pueden influir en las temperaturas locales del aire a lo largo de un centenar de metros. Por ello, se modelizaron varios edificios y sus sistemas para verificar la influencia de las descargas; se pudieron establecer los niveles de riesgo de perturbación en relación con los estudios climáticos del sitio.
Volumen de aire caliente descargado por una fuente (grupo electrógeno, aeroenfriador) que se eleva y se deforma por efecto de su flotabilidad y del viento. Su trayectoria determina el riesgo de reaspiración por los sistemas vecinos.
Gracias a las conclusiones del estudio, EOLIOS propuso a los equipos de diseño soluciones adaptadas para resolver estas problemáticas. La simulación CFD permite analizar, prever, verificar y corregir los errores susceptibles de aparecer en un diseño. Este método rápido y preciso permite ahorrar tiempo y costes de diseño, garantizando al mismo tiempo resultados concretos y fiables.
Siguiendo las partículas de NOx en el aire caliente evacuado, se determinó que el equipo HVAC permanece alimentado con aire puro para las orientaciones de viento más desfavorables, una vez integradas las optimizaciones de diseño.
A recordar. Anticipar el bucle en cubierta y los penachos de los grupos electrógenos desde el diseño evita pérdidas de potencia frigorífica, sobrecalentamientos y contaminación de las tomas de aire.
Bucle en cubierta, penachos de los grupos electrógenos y seguimiento de humos: las respuestas a las preguntas de operadores y equipos de diseño.
Verificar que los penachos térmicos de los grupos electrógenos y la descarga de los sistemas de refrigeración no perturben los aeroenfriadores en cubierta ni contaminen el aire de admisión de las oficinas, mediante simulación CFD de los fenómenos exteriores, como en nuestro proyecto hermano DC15.1 & DC15.2.
La reaspiración, por los aeroenfriadores, del aire caliente descargado por los sistemas vecinos o por el penacho de los grupos electrógenos. Provoca una pérdida de potencia frigorífica y una subida de temperatura en los data halls.
Para verificar que los gases de escape no contaminan el aire de admisión de las UTA de oficina. Siguiendo las partículas de NOx, se pudo optimizar el posicionamiento de las entradas de aire.
Los penachos de un centro de datos pueden modificar las temperaturas locales del aire a lo largo de un centenar de metros, lo que justifica modelizar los edificios vecinos y sus descargas.
Permite analizar, prever, verificar y corregir los defectos antes de las obras. Aquí, la revisión del diseño de los pozos de extracción eliminó los fenómenos nocivos ahorrando tiempo y costes.
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Este análisis estudió el penacho de escape de una serie de generadores de emergencia para dos centros de datos. El objetivo: determinar si los gases de escape contaminarían el aire de alimentación del equipo de refrigeración y del edificio de oficinas adyacente. Siguiendo las partículas de NOx en el aire caliente evacuado, se estableció que el equipo HVAC permanece alimentado con aire puro para las orientaciones de viento más desfavorables.
Gemelo digitalEstudio data center – Data Hall y locales UPS
Extracción de humosIngeniería de extracción de humos en un centro de datos
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