Estudio térmico y aeráulico externo de un centro de datos en Fráncfort: optimización de la refrigeración en cubierta y control de los fenómenos de bucle térmico mediante simulación CFD.
EOLIOS Ingeniería realizó un estudio termo-aeráulico externo para optimizar la refrigeración en cubierta de un centro de datos situado en Fráncfort, controlando los fenómenos de bucle térmico entre grupos electrógenos y aeroenfriadores.
Lo esencial. Simulación CFD termo-aeráulica externa de la refrigeración en cubierta de un centro de datos en Fráncfort. El gemelo digital integra 26 grupos electrógenos, 30 enfriadores y 3 dry-coolers, además de 5 conductos de descarga en altura. Tres escenarios de viento, hasta el caso crítico N+X, validan el diseño: el aire aspirado por los grupos electrógenos se mantiene a temperatura ambiente y los bucles térmicos permanecen controlados.
EOLIOS realizó una simulación CFD externa de la refrigeración en cubierta de un centro de datos, con el fin de validar su diseño y controlar los bucles térmicos entre grupos electrógenos y aeroenfriadores antes de la puesta en servicio.
En un contexto en el que los centros de datos a gran escala se multiplican, la gestión de los sistemas de refrigeración se vuelve crucial, debido al aumento de la densidad de los equipos informáticos, a menudo superior a 10 kW por rack. El reto principal es evacuar eficazmente el calor liberado por estos equipos de alta densidad. En EOLIOS, ponemos nuestra pericia técnica a tu servicio realizando estudios de dinámica de fluidos numérica (CFD) para modelizar y optimizar los intercambios térmicos y aeráulicos de un centro de datos.
Este análisis se centra específicamente en los penachos externos de escape de los aeroenfriadores, de los grupos electrógenos y de los demás equipos situados en cubierta. El objetivo es verificar si la evacuación de las descargas térmicas de estos sistemas puede contaminar el aire de alimentación mediante bucles de recirculación. Simulamos así el comportamiento termo-aeráulico de estos penachos gracias a cálculos numéricos CFD, para asegurar una gestión óptima de la temperatura del aire de entrada y prevenir cualquier problema de interferencia.
El estudio busca validar el diseño del edificio y la ubicación de los sistemas en la cubierta, verificando que las temperaturas del aire a la entrada de los enfriadores se mantengan suficientemente bajas e identificando los posibles problemas de recirculación. Cubre distintos escenarios de explotación: temperaturas elevadas, direcciones de viento variadas y arranque de los grupos electrógenos de emergencia. En caso de detectarse un problema, identificamos su causa y proponemos soluciones correctivas adaptadas.
La correcta parametrización de las condiciones exteriores es fundamental para optimizar la gestión térmica de los centros de datos mediante simulación CFD. La ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) constituye una referencia internacional ineludible. Al establecer normas y proporcionar datos climáticos precisos, permite a los ingenieros y diseñadores adaptar sus sistemas de calefacción, ventilación, climatización y refrigeración (HVAC-R) a los entornos reales. La ASHRAE recopila datos meteorológicos procedentes de miles de estaciones en todo el mundo, garantizando fiabilidad y precisión gracias a valores medios y extremos medidos a lo largo de décadas.
Estos datos son esenciales para el dimensionamiento adecuado de los sistemas exteriores. Al tener en cuenta las temperaturas medias y extremas, ayudan a prever escenarios realistas, evitando así el sobredimensionamiento y optimizando la eficiencia energética. Para nuestro estudio, las condiciones climáticas locales se definen gracias a la estación meteorológica más cercana al sitio, que proporciona información crucial — como las temperaturas mensuales y los registros de viento — determinante para establecer las condiciones meteorológicas y los vientos dominantes.
Así, apoyándonos en datos climáticos fiables y estandarizados, podemos dimensionar sistemas exteriores eficaces y duraderos, adaptados a las exigencias de las distintas condiciones climáticas.
EOLIOS construye un gemelo digital del centro de datos y de su entorno inmediato, reproduciendo fielmente la geometría del edificio, de los equipos en cubierta y de los obstáculos vecinos susceptibles de influir en el flujo del aire. Este modelo sirve de soporte al conjunto de los cálculos.
Explotación de los registros ASHRAE — temperaturas y vientos dominantes — de la estación más cercana, para fijar las condiciones de contorno.
Modelización 3D del edificio, de los aeroenfriadores, de los 26 grupos electrógenos, de los conductos de descarga y del entorno construido.
Discretización del dominio fluido, definición de los caudales de aire, de las potencias disipadas y de las propiedades térmicas de cada sistema.
Cálculo de los campos de velocidad y de temperatura para cada combinación de dirección de viento y de régimen de carga.
Identificación de los bucles, cuantificación de las temperaturas de aspiración y formulación de soluciones correctivas.
Los escenarios simulados en el marco del estudio externo son los siguientes:
Una sobrecubierta está presente en las salidas de los enfriadores de aire para minimizar los fenómenos de recirculación. Esta zona está delimitada por paredes equipadas con paneles acústicos, y hay lamas en las partes bajas de estas paredes.
Los 26 grupos electrógenos se encuentran mayoritariamente en el suroeste del edificio, tanto en el tejado como repartidos en dos plantas en el interior. Con el fin de desviar las descargas térmicas de los grupos electrógenos, se instalan 5 conductos de descarga en altura. La admisión de aire fresco para los grupos electrógenos se realiza en la fachada suroeste del edificio, equipada con lamas.
Para estos 3 estudios, los grupos electrógenos están activados con el fin de tener en cuenta la situación más desfavorable en términos de descargas caloríficas. Las unidades de refrigeración, concentradas en el noreste del edificio, comprenden 30 enfriadores y 3 dry-coolers. La presencia de equipos auxiliares en el tejado, como las unidades de tratamiento de aire y las bombas de calor, también se tuvo en cuenta.
El estudio analizó el diseño exterior del centro de datos a través de tres escenarios críticos, basados en las variaciones de la dirección del viento y la gestión de los sistemas de refrigeración, manteniendo condiciones climáticas extremas según los estándares de la ASHRAE.
No se detectó ningún fenómeno destacable de recirculación de aire en este escenario. Las simulaciones revelan que la temperatura medida en la aspiración de las unidades de refrigeración se mantiene próxima a la temperatura ambiente, lo que evidencia un diseño optimizado de la entrada de aire. La estructura y la disposición del tejado se consideran excelentes en estas condiciones, garantizando una buena regulación térmica.
El estudio puso de manifiesto una ligera recirculación de aire a la altura de las lamas del suroeste, causada principalmente por la obstrucción parcial debida a los conductos de extracción de los grupos electrógenos. Sin embargo, una zona central despejada de equipos ofrece un acceso suficiente al aire fresco, lo que contribuye a atenuar este fenómeno. La temperatura de aspiración muestra aumentos, en particular para los sistemas situados al sur, pero se mantiene controlada. Los conductos de extracción de los grupos electrógenos aseguran una desviación eficaz del aire cargado de calorías, minimizando las interacciones potenciales con los aeroenfriadores.
Las dificultades ligadas a la recirculación del aire persisten, agravadas por la reducción de las velocidades de impulsión ligada al pleno funcionamiento a plena capacidad. Esto aumenta la propensión a la recirculación de aire, particularmente alrededor de las lamas situadas aguas abajo. Las temperaturas de aspiración muestran aumentos significativos, afectando esencialmente a las unidades situadas al sur. A pesar de estas condiciones, el aire aspirado por los grupos electrógenos se mantiene a temperatura ambiente, gracias a una hábil gestión de la desviación de las masas de aire caliente.
| Escenario | Recirculación de aire | Temperatura de aspiración | Veredicto |
|---|---|---|---|
| 1 — Viento mayoritario (N) | Ningún fenómeno destacable | Próxima a la temperatura ambiente | Diseño validado |
| 2 — Viento desfavorable (N) | Ligera recirculación en las lamas del suroeste | Aumentos al sur, pero controlados | Controlado |
| 3 — Viento desfavorable crítico (N+X) | Recirculación acentuada aguas abajo | Aumentos significativos al sur; aire de los GE mantenido a temperatura ambiente | Resiliente |
Síntesis cualitativa de los tres escenarios simulados — EOLIOS Ingeniería.
A recordar. el diseño del tejado demuestra una resiliencia suficiente frente a condiciones climáticas exigentes. Incluso en el caso más desfavorable — viento del noreste combinado con el pleno funcionamiento operativo — el diseño global asegura una funcionalidad y una eficiencia adecuadas.
EOLIOS optimiza la eficiencia energética de los aeroenfriadores de los centros de datos apoyándose en la simulación numérica de dinámica de fluidos (CFD).
La CFD nos permite crear modelos tridimensionales sofisticados que reproducen fielmente el comportamiento térmico y el flujo del aire dentro de los sistemas de refrigeración. Analizando estos modelos, podemos identificar con precisión las zonas de sobrecalentamiento y los puntos de pérdida de energía, y optimizar la configuración de los intercambiadores de calor y de los ventiladores.
Este enfoque nos permite ajustar con precisión la velocidad de circulación del aire y la orientación de los flujos para cada condición climática exterior, mejorando así la eficiencia energética sin comprometer el rendimiento. Además, nuestras soluciones permiten reducir el Power Usage Effectiveness (PUE), criterio determinante para los centros de datos, asegurando un consumo de energía más racional y minimizando los costes operativos para nuestros clientes. Proporcionamos así recomendaciones estratégicas para la implantación de sistemas de gestión térmica robustos y eficaces.
La cubierta, verdadera « quinta fachada », desempeña un papel crucial en la eficiencia energética de los centros de datos. Nuestras soluciones se apoyan en sobrecubiertas diseñadas para mejorar pasivamente la ventilación y optimizar la gestión térmica. Gracias a la simulación CFD, podemos modelizar distintos diseños de sobrecubiertas y analizar su impacto sobre la circulación natural del aire. Esto nos permite diseñar estructuras que aprovechan de forma inteligente los vientos dominantes y las variaciones de presión para promover una ventilación transversal eficaz, reduciendo la dependencia de los sistemas de refrigeración mecánicos y favoreciendo la evacuación del calor acumulado.
Al integrar materiales reflectantes y tecnologías de aislamiento innovadoras, nuestras sobrecubiertas contribuyen a una reducción significativa de las cargas térmicas. Así, no solo reducimos la huella energética de los centros de datos, sino que también añadimos una capa de resiliencia climática, esencial para garantizar la continuidad de las operaciones en condiciones meteorológicas variadas.
La optimización de los sistemas de refrigeración, como las enfriadoras y los grupos electrógenos, es esencial para garantizar el rendimiento de los centros de datos. Con densidades elevadas de servidores y de equipos electrónicos, que pueden exceder 10 kW por rack, la gestión térmica se convierte en un reto mayor. Un sobrecalentamiento no controlado puede provocar averías materiales, una disminución de la fiabilidad y de la disponibilidad de los servicios, y una degradación prematura de los equipos.
Por consiguiente, la optimización de los sistemas de refrigeración no se limita a mantener una temperatura estable y adecuada; es también crucial para reducir los costes energéticos, que representan una parte importante de los gastos operativos de los centros de datos. Además, al minimizar el consumo de energía, esta optimización permite reducir la huella de carbono de las instalaciones, en línea con las crecientes exigencias de sostenibilidad ambiental del sector. Las simulaciones numéricas realizadas permitieron aportar información detallada, en particular sobre las temperaturas de los sistemas para distintos escenarios.
A recordar. el carenado opaco suprime la aspiración de aire caliente en la parte alta y reduce claramente los bucles térmicos entre sistemas en cubierta.
EOLIOS demuestra una capacidad particular para integrar las necesidades específicas de las empresas a lo largo de sus procesos de estudio, estableciendo así una colaboración verdaderamente conjunta. Apoyándonos en una comprensión profunda de las expectativas y de los objetivos de los clientes, desarrollamos soluciones a medida, adaptadas a las particularidades de cada solicitud.
Gracias a una comunicación abierta y continua, la empresa se asegura de que todas las partes interesadas estén alineadas con los objetivos y las etapas de los proyectos. Los equipos de EOLIOS trabajan mano a mano con las empresas, ofreciendo no solo pericias técnicas sino también un saber hacer relacional. Nuestro enfoque centrado en el cliente, unido a competencias avanzadas, garantiza que los estudios realizados respondan a las expectativas de las empresas, maximizando la eficacia y la pertinencia de las soluciones propuestas.
En EOLIOS, nuestra misión es acompañarte en el diseño y la evaluación de tus sistemas de refrigeración y de ventilación para centros de datos, garantizando una eficiencia óptima y una seguridad reforzada para tus infraestructuras. Gracias a nuestra pericia en simulación CFD, analizamos las dinámicas termo-aeráulicas para optimizar la gestión térmica.
Gracias a nuestro dominio de las simulaciones numéricas, identificamos los flujos de aire críticos y las zonas susceptibles de crear bypass no deseados. Al integrar estos análisis en nuestro enfoque, aseguramos una distribución óptima del aire, lo que reduce el riesgo de sobrecalentamiento en las zonas sensibles y favorece la eficiencia operativa de tus sistemas. Llevamos a cabo evaluaciones rigurosas para validar y optimizar la eficiencia de tus sistemas de refrigeración teniendo en cuenta los escenarios más desfavorables, con el fin de asegurar la durabilidad y el rendimiento de tus centros de datos.
Saber hacer: la simulación CFD externa para los centros de datosOptimización CFD de un centro de datos: descargas caloríficas de los sistemas en cubierta, mezcla del aire y rendimiento de la refrigeración.
El estudio se centra en la optimización energética y la gestión térmica de un centro de datos mediante la simulación CFD. Aborda el diseño exterior, en particular la integración de una sobrecubierta para mejorar pasivamente la ventilación. A través de varios escenarios críticos, el estudio evalúa el impacto de las variaciones de dirección del viento y de la capacidad operativa sobre la recirculación de aire y la eficiencia de los sistemas de refrigeración.
Unos modelos tridimensionales sofisticados analizan el comportamiento térmico y el flujo del aire, precisando las zonas de sobrecalentamiento y optimizando las configuraciones de los sistemas. El diseño global del centro de datos asegura una funcionalidad y una resiliencia a las condiciones climáticas exigentes.
Las sobrecubiertas y los materiales reflectantes reducen las cargas térmicas, mientras que los conductos de extracción de los grupos electrógenos desvían el aire caliente y limitan las interacciones con los aeroenfriadores. Mediante un enfoque colaborativo y a medida, EOLIOS propone soluciones que reducen el PUE, garantizan la continuidad de las operaciones y refuerzan la resiliencia climática.
Gemelo digitalEstudio data center – Data Hall y locales UPS
Extracción de humosIngeniería de extracción de humos en un centro de datos
HyperscaleCFD externa e interna – Data Center Hyperscale
InternoData Center – DC28 – Interno
Locales técnicosLocales técnicos – Data Center
RefrigeraciónOptimización refrigeración – Data Center
ExteriorData Centers – DC15.1 y DC15.2 – Exterior
ExteriorData Center – PA 22 – Exterior
Grupo electrógenoEstudio de pérdida de carga – Grupo electrógeno – Data center
ExteriorData Center – París
IncendioData Center – GAS NOVEC
InternoData center – DC17 – Interno
ExteriorData center – D14 – Exterior
ExteriorData center – DC25 y DC26 – Exterior
InternoData Center – DC10 – Interno
InternoData center – DC25 – Interno
ExteriorDC23 – Exterior
Experiencia CFD, proyectos realizados y dosieres técnicos: todo el ámbito Centro de datos en un único punto de acceso.