Der Ausfall von Kühlsystemen in Rechenzentren kann zu Überhitzung, Geräteschäden und Ausfallzeiten führen. Um dies zu vermeiden, sind fortschrittliche physikalische Simulationen unerlässlich: Denken Sie an die Gestaltung von Formensystemen, Risikominderung und verbesserte Energieeffizienz. Sie helfen den Eigentümern auch bei der Festlegung von Betriebsverfahren.
In der heutigen datenabhängigen Welt sind die Betriebskapazität und der kontinuierliche Betrieb von Rechenzentren von entscheidender Bedeutung. Es gelten strenge Anforderungen, um sicherzustellen, dass sie die Betriebsintegrität auch in Fehlerszenarien aufrechterhalten (z. B. die Tier-III- oder Tier-IV-Standards des Uptime Institute). Herkömmlicherweise wird diese Ausfallsicherheit durch Redundanz und ausreichende Kapazität erreicht, wie z. B. Notstromversorgungen und Kühlsysteme. Bei diesem Ansatz können jedoch Betriebsrisiken wie die komplexe Thermofluiddynamik der Kühlung, der interne Luftstrom, externe Wetterbedingungen und vorübergehende Ereignisse wie Stromausfälle und -wiederherstellungen nicht analysiert und berücksichtigt werden.
" Fortgeschrittene physikalische Simulationen sind der Schlüssel zur Minderung dieser Risiken.
Wenn ein Kühlsystem aufgrund eines dieser Risiken ausfällt oder unter seiner Kapazität arbeitet, kann dies selbst für kurze Zeit zu Überhitzung, Geräteschäden und potenziellen Ausfallzeiten führen, die über die in den Tier-III- oder Tier-IV-Designstandards zulässigen Werte hinausgehen.
Bei Deerns verwenden wir Simulationen, um die Gestaltung von Rechenzentren über die konventionelle Redundanz hinaus zu verbessern, indem wir dynamische Verhaltensweisen innerhalb der Umgebung der Einrichtung modellieren. Techniken wie die numerische Strömungsmechanik (CFD) und eindimensionale (1D) Thermofluidsimulationen liefern uns wichtige Erkenntnisse, die zur Optimierung der Gestaltung und des Betriebs von Rechenzentren genutzt werden. Darüber hinaus kann die dynamische Energie- und Wärmemodellierung ein ganzheitliches Verständnis der thermischen Reaktion und des Energiebedarfs von Rechenzentren bei unterschiedlichen Wetter- und Nutzungsmustern vermitteln.
Nutzung der numerischen Strömungsmechanik (CFD) in Rechenzentren
Die numerische Strömungsmechanik (CFD) hilft dem Deerns-Team, Probleme im Zusammenhang mit Flüssigkeitsströmen, einschließlich Luft und Wasser, zu analysieren und zu verstehen. In einem Rechenzentrum verwenden wir CFD, um den Luftstrom und die Wärmeübertragung in verschiedenen kritischen Räumen zu simulieren. Dadurch erhalten wir ein detailliertes Verständnis dafür, wie Kühlsysteme unter verschiedenen Bedingungen, einschließlich unterschiedlicher Gerätelasten und des Betriebs von Kühleinheiten (z. B. Normal- und Fehlermodi), funktionieren werden.
CFD-Simulationen helfen uns auch dabei, Empfehlungen für die Positionierung von Geräten innerhalb des Rechenzentrums abzugeben. Durch die Modellierung der Luftbewegung und der Wärme-/Kälteübertragung innerhalb eines kritisch gekühlten Raums und ihrer Interaktion mit aktiven Geräten können wir potenzielle Hotspots identifizieren und Lösungen zur Abhilfe vorschlagen.
Transiente Simulation mit eindimensionaler Thermofluid-Modellierung für Rechenzentren
Die 1D-Thermofluid-Modellierung ist ein weiteres leistungsstarkes Tool, das wir bei der Gestaltung von Rechenzentren und der Betriebsanalyse einsetzen. Im Gegensatz zur dreidimensionalen Analyse von Fluidströmung und Wärmeübertragung durch CFD stützt sich die 1D-Thermofluid-Modellierung auf die Thermofluid-Wechselwirkungen zwischen Knoten, die zur Darstellung von Geräten, Komponenten und Zonenräumen verwendet werden. Dies ermöglicht im Vergleich zu typischen CFD-Modellen desselben Raums schnellere Simulationszeiten und ermöglicht so die Modellierung des dynamischen Verhaltens großer Flüssigkeitssysteme im Laufe der Zeit, wobei die Auswirkungen vorübergehender Ereignisse und systemweiter Interaktionen erfasst werden. So kann beispielsweise die 1D-Modellierung zur Analyse des gesamten Kaltwassersystems eines Rechenzentrumsgebäudes und seiner Auswirkungen auf die luftseitige Kühlung in kritischen Räumen eingesetzt werden.
1D-Simulationen helfen dabei, das Verhalten von Kühlsystemen bei vorübergehenden Ereignissen wie Stromausfall/-wiederherstellung, Geräteausfällen oder plötzlichen Laständerungen vorherzusagen und ihre Auswirkungen auf vor- und nachgelagerte Vorgänge zu verstehen. Wir können vorhersagen, wie ein Kühlsystem im Laufe der Zeit reagieren wird, einschließlich der Frage, wie schnell die Temperaturen im Falle eines Ausfalls oder einer Laständerung ansteigen werden und wie lange es dauern wird, bis die Temperaturen wieder auf ein sicheres Niveau zurückkehren, sobald die entsprechende Kapazität wiederhergestellt ist. Unsere Designer nutzen dies, um Konstruktionsrisiken zu minimieren und Eigentümern und Betreibern von Rechenzentren dabei zu helfen, Betriebsrisiken zu minimieren.
Ein klassisches Beispiel ist die Verwendung von 1D-Modellierung zur Analyse eines Stromausfall-/Wiederherstellungsszenarios. Die Modellierung kann zeigen, wie lange das Kühlsystem ohne Strom sichere Temperaturen aufrechterhalten kann und wie schnell es sich nach Wiederherstellung der Stromversorgung erholen kann. Dies ist unerlässlich, um sicherzustellen, dass das Rechenzentrum Stromausfällen standhalten kann, ohne dass die Gefahr einer Überhitzung der Geräte oder eines Ausfalls besteht.
Dynamische Energie- und Wärmemodellierung für Rechenzentren
Dieses Tool verwendet grundlegende Energie- und Wärmeberechnungen, z. B. Wärmegewinn/-verlust, Stromverbrauch für geregelte Lasten, z. B. Wärmepumpen/Kältemaschinen, und ungeregelte Lasten, z. B. Server, und wendet sie in einer dynamischen Umgebung an. Berücksichtigung von Änderungen der Eingangsbedingungen, die in diskreten Zeitschritten auftreten, einschließlich (aber nicht beschränkt auf) Umgebungswetterbedingungen, Belegungsmuster, Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Lüftungssollwerte usw.
Dieser Ansatz, in Kombination mit der Flexibilität, Leistungsparameter für die Bausubstanz, Lasten und die Effizienz von MEP-Systemen festzulegen, schafft ein leistungsstarkes Werkzeug zur Vorhersage der thermischen und energetischen Leistung eines Gebäudes. Darüber hinaus kann dieser Ansatz in Kombination mit dem Import von Daten zur betrieblichen Energieeffizienz von Gebäuden über bekannte Zeiträume dazu verwendet werden, Gebäudebetreibern dabei zu helfen, die Leistung und die finanziellen Auswirkungen von Änderungen der Betriebsstrategien im Voraus zu verstehen. All dies kann dazu beitragen, den Energieverbrauch und die Kosten von Gebäuden zu senken, die Effizienz zu steigern und letztlich die betrieblichen CO2-Emissionen zu reduzieren.
Hier setzen wir komplexe Modellierung ein
Fortgeschrittene bauphysikalische Simulationstechniken wie CFD, 1D und Energie-/Wärmemodellierung sind unerlässlich, um die robuste Konstruktion und Betriebsleistung von Rechenzentren zu verstehen, zu optimieren und letztlich nachzuweisen.
Mit diesen Tools können unsere Ingenieure über traditionelle Redundanzstrategien hinausblicken und tiefere Einblicke in die komplexen Faktoren gewinnen, die sich auf die Betriebsleistung von Rechenzentren auswirken. So können wir gemeinsam mit den Eigentümern und Betreibern von Rechenzentren auf erwartete und unerwartete Ereignisse vorbereitet sein und echte Betriebsstabilität gewährleisten.
Die Zukunft ist Simulation
Dank der unglaublichen Fortschritte, die in den letzten Jahrzehnten im Bereich des Hochleistungsrechnens und der dazugehörigen Software erzielt wurden, sind nun bessere Einblicke und Vorhersagemöglichkeiten in Bezug auf die Leistung von Gebäuden möglich. Deerns geht bei der Erforschung von Bereichen wie der Nutzung von auf künstlicher Intelligenz basierenden Modellen und ähnlichen kreativen Innovationen weiterhin an die Grenzen des Möglichen, um den Kunden einen maximalen Nutzen zu bieten.
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