Diseño de las instalaciones de climatización de un centro de datos: confinamiento de los pasillos, falso techo difusor y resiliencia en caso de fallo de la alimentación.
EOLIOS Ingeniería realizó el dimensionamiento de las instalaciones de climatización de un centro de datos, en colaboración con IMOGIS. Se estudiaron varios escenarios de crisis para probar la resiliencia de los sistemas de climatización.
Lo esencial. Estudio CFD de diseño de un centro de datos en París (socio IMOGIS). Las simulaciones demuestran la eficacia del confinamiento de los pasillos calientes y fríos: sin confinamiento, numerosas recirculaciones provocan un sobrecalentamiento generalizado de hasta +20 °C respecto a los criterios ASHRAE adoptados. El estudio valida el falso techo difusor y la incorporación de rejillas modulables, y después pone a prueba la sala en caso de fallo de la alimentación eléctrica.
En el marco del diseño de un centro de datos en colaboración con IMOGIS, EOLIOS realizó el dimensionamiento de las instalaciones de climatización. Los primeros estudios se centraron en el diseño de los pasillos calientes y fríos: aunque este tipo de diseño ya es conocido y está dominado, la eficacia de este confinamiento se demostró una vez más.
Sin confinamiento, se pusieron de manifiesto numerosas recirculaciones, que provocan un sobrecalentamiento generalizado (hasta +20 °C respecto a los criterios de diseño ASHRAE adoptados). En paralelo, se estudió el principio de difusión en los pasillos fríos.
Cerramiento físico de los pasillos calientes o fríos que impide la mezcla del aire expulsado por los servidores con el aire frío impulsado. Elimina las recirculaciones, baja las temperaturas de aspiración y mejora la eficiencia energética de la refrigeración.
El reto fue estudiar el riesgo de aparición de puntos calientes según distintas urbanizaciones críticas. El estudio puso de manifiesto la eficacia de los sistemas de regulación del falso techo difusor, que aportan una gran flexibilidad en el reparto de las potencias de servidor de la sala. Varios escenarios permitieron comprender diversos modos de funcionamiento desfavorable.
Se observaron movimientos aeráulicos globales, capaces de concentrar las emisiones caloríficas de los sistemas, los armarios y las iluminaciones en algunos puntos desfavorables. Estos fenómenos se optimizaron mediante la incorporación de rejillas modulables en determinadas zonas específicas de la sala de servidores.
Techo técnico equipado con rejillas regulables a través de las cuales el aire frío se difunde hacia la sala. Su regulación zona por zona ofrece una gran flexibilidad para adaptar el reparto del frío a las potencias realmente instaladas.
A recordar. El confinamiento de los pasillos y un falso techo difusor con rejillas modulables bastan a menudo para eliminar las recirculaciones y absorber urbanizaciones muy heterogéneas, sin sobredimensionar la producción de frío.
El falso techo difusor convierte el plénum superior en una superficie de impulsión gobernable: en lugar de un caudal uniforme, cada zona recibe el aire frío a través de rejillas regulables cuya apertura se ajusta. Esta granularidad es decisiva en una sala donde las potencias por armario son heterogéneas y evolucionan a lo largo de las fases de explotación. Aquí la CFD sirve para vincular, zona por zona, el caudal difundido a la carga térmica realmente disipada bajo la rejilla.
Cartografía de las cargas: traslado de las potencias de servidor armario por armario al plano de techo.
Ajuste de las aperturas: modulación del grado de apertura de las rejillas para alinear el caudal con la carga local.
Control de los movimientos globales: identificación de los bucles aeráulicos que concentran las emisiones en algunos puntos.
Retorno de aire controlado: verificación de que el aire caliente alcanza el retorno sin cortocircuitar los pasillos fríos.
Volumen tampón, aquí en la parte alta, mantenido en ligera sobrepresión y desde el cual el aire frío se distribuye a la sala mediante rejillas. Su presión y el grado de apertura de las rejillas fijan el caudal entregado en cada punto.
Capacidad de una instalación para reasignar el frío disponible hacia las zonas que lo necesitan, sin sobredimensionar el conjunto. Un falso techo con rejillas modulables lo consigue mediante ajuste local en lugar de añadir potencia.
A recordar. El valor de un falso techo difusor reside en su gobierno: es el ajuste fino de las rejillas, validado por la CFD, el que absorbe las urbanizaciones heterogéneas sin sobredimensionar la producción de frío.
Diseñar las instalaciones de climatización de un centro de datos mediante la simulación supone una cadena de cálculo rigurosa, en la que cada hipótesis se traza antes de explotar los resultados. El modelo numérico solo tiene valor si reproduce fielmente la física de la sala: convección forzada de los recirculadores, convección natural de los penachos calientes, conducción en los tabiques y radiación entre superficies. La fuerza del enfoque es hacer cuantificable, desde el diseño, lo que de otro modo seguiría siendo una intuición del ingeniero.
División del volumen de aire en celdas elementales donde se resuelven las ecuaciones de flujo y de transferencia de calor. Una malla fina restituye mejor los gradientes cerca de las rejillas y los armarios, a costa de un tiempo de cálculo más elevado; todo el arte consiste en refinarla donde es útil.
Modelización geométrica: reproducción del volumen de la sala, de los armarios, de los recirculadores y del falso techo difusor a escala real.
Mallado: división del volumen de aire en celdas de cálculo, refinado en las rejillas, los pasillos y las entradas de los armarios donde los gradientes son más fuertes.
Condiciones de contorno: caudales y temperaturas de impulsión, potencias disipadas por armario, propiedades de las paredes y consignas de regulación.
Modelo de turbulencia: cierre de las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas para restituir la mezcla real del aire.
Convergencia y explotación: verificación de la estabilidad de los residuos, y después mapas de temperatura, velocidad y presión explotables armario por armario.
Conjunto de ecuaciones complementarias que representan los efectos de los torbellinos sobre el flujo medio sin resolverlos uno a uno. Condiciona la exactitud de la mezcla de aire simulada en los pasillos y alrededor de los armarios.
A recordar. La fiabilidad de un estudio de diseño depende tanto de la calidad del mallado y de las condiciones de contorno como de la potencia de cálculo: un modelo bien planteado convierte el dimensionamiento climático en una decisión medible en lugar de un margen de seguridad sufrido.
Una vez optimizado el diseño, estudios de fallo de la alimentación de la red estimaron las temperaturas máximas extremas y la duración del rebasamiento de los umbrales para los servidores más desfavorables.
Las recomendaciones se refirieron a la instalación de SAI (sistemas de alimentación ininterrumpida) para determinados sistemas de regulación, con el fin de acelerar el reinicio de los sistemas de emergencia y limitar el aumento de temperatura del local.
Alimentación sin interrupción que mantiene la electricidad durante la conmutación hacia los grupos de emergencia. Alimentar los sistemas de regulación mediante un SAI acelera el restablecimiento de la ventilación y limita el aumento de temperatura durante un corte.
Confinamiento, falso techo difusor y fallo de la alimentación: las respuestas a las preguntas que se hacen diseñadores y operadores antes de un estudio CFD.
Sin confinamiento, aparecen numerosas recirculaciones que provocan un sobrecalentamiento generalizado, hasta +20 °C respecto a los criterios ASHRAE. El confinamiento elimina la mezcla de los flujos y fiabiliza la refrigeración, como muestra también nuestro estudio interno del centro de datos DC28.
Sus rejillas regulables ofrecen una gran flexibilidad para repartir el frío según las potencias de servidor realmente instaladas, zona por zona, y para absorber urbanizaciones heterogéneas.
El estudio simula distintas urbanizaciones críticas para localizar las concentraciones de emisiones caloríficas, y después añade rejillas modulables en las zonas específicas afectadas para reequilibrar la difusión.
Estudios de un corte de la red estiman las temperaturas máximas extremas y la duración del rebasamiento de los umbrales para los servidores más desfavorables, hasta el reinicio de los sistemas de emergencia.
Alimentar determinados sistemas de regulación mediante un SAI acelera el reinicio de la emergencia y limita el aumento de temperatura del local durante la conmutación.
Explora nuestras especialidades, proyectos y dosieres técnicos para ir más allá de las preguntas frecuentes.
Visualización de las recirculaciones en el centro de datos y del efecto del confinamiento de los pasillos.
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
OptimizaciónOptimización CFD – Data Center
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
ExteriorDC23 – Exterior
Experiencia CFD, proyectos realizados y dosieres técnicos: todo el ámbito Centro de datos en un único punto de acceso.