Los fallos en los sistemas de refrigeración de los centros de datos pueden provocar sobrecalentamiento, daños en los equipos y tiempos de inactividad. Las simulaciones físicas avanzadas son fundamentales para evitarlo: dan forma al diseño del sistema, mitigan los riesgos, mejoran la eficiencia energética y ayudan a los propietarios a determinar las prácticas operativas.
En un mundo cada vez más dependiente de los datos, la capacidad operativa y el servicio continuo de los centros de datos son cruciales. Existen requisitos estrictos para garantizar que se mantiene la integridad operativa incluso en situaciones de fallo (como las normas Tier III o IV del Uptime Institute). Convencionalmente, esta resistencia se consigue mediante redundancia y capacidad suficiente, como fuentes de alimentación de reserva y sistemas de refrigeración. Sin embargo, este enfoque puede fallar a la hora de analizar y abordar riesgos operativos como la compleja dinámica termofluídica de la refrigeración, el flujo de aire interno, los patrones climáticos externos y sucesos transitorios como la pérdida y el restablecimiento del suministro eléctrico.
Por todo ello, las simulaciones físicas avanzadas son fundamentales. Si un sistema de refrigeración falla o funciona por debajo de su capacidad por cualquiera de estos riesgos, aunque sea por poco tiempo, puede provocar un sobrecalentamiento, daños en los equipos y un posible tiempo de inactividad superior al permitido en las normas de diseño mencionadas.
En Deerns utilizamos simulaciones para llevar el diseño de los centros de datos más allá de la redundancia convencional, modelando comportamientos dinámicos en el entorno de las instalaciones. Técnicas como la dinámica de fluidos computacional (CFD) y las simulaciones de termofluidos unidimensionales (1D) nos proporcionan información crítica que se utiliza para optimizar el diseño y el funcionamiento de los centros de datos. Además, los modelos energéticos y térmicos dinámicos pueden proporcionar una comprensión holística de la respuesta térmica y la demanda energética de los centros de datos en función de los distintos patrones climáticos y de uso.
Aprovechar la dinámica de fluidos computacional (CFD) en los centros de datos
La dinámica de fluidos computacional (CFD) ayuda al equipo de Deerns a analizar y comprender los problemas relacionados con el flujo de fluidos, incluidos el aire y el agua. En un centro de datos, la utilizamos para simular el flujo de aire y la transferencia de calor en distintos espacios críticos. Esto nos permite comprender en detalle cómo funcionarán los sistemas de refrigeración en distintas condiciones, como la variación de las cargas de los equipos y el funcionamiento de las unidades de refrigeración (por ejemplo, en modo “normal” y “de avería”).
Las simulaciones también nos ayudan a recomendar la ubicación de los equipos en el mismo centro de datos. Al modelizar el movimiento del aire y la transferencia de calor/frío dentro de un espacio críticamente refrigerado, y su interacción con los equipos activos, podemos identificar posibles puntos calientes y sugerir soluciones de mitigación.
Simulación transitoria con modelos de termofluidos unidimensionales para centros de datos
La modelización de termofluidos en 1D es otra potente herramienta que utilizamos en el diseño de centros de datos y el análisis de operaciones. A diferencia del análisis tridimensional de la CFD del flujo de fluidos y la transferencia de calor, el modelado de termofluidos 1D se basa en las interacciones de termofluidos entre nodos que se utilizan para representar equipos, componentes y espacios. Esto permite tiempos de simulación más rápidos que los modelos CFD típicos, lo que permite modelar el comportamiento dinámico de sistemas de fluidos en el tiempo, captando los efectos de los eventos transitorios y las interacciones del sistema. Por ejemplo, la modelización 1D puede utilizarse para analizar todo el sistema de agua fría de un edificio de centros de datos y su efecto en la refrigeración aérea de espacios críticos.
Las simulaciones 1D ayudan a predecir el comportamiento de los sistemas de refrigeración en situaciones transitorias, como la pérdida o restablecimiento del suministro eléctrico, fallos en los equipos o cambios repentinos en la carga, y a comprender su efecto en las operaciones anteriores y posteriores. Podemos predecir cómo responderá un sistema de refrigeración a lo largo del tiempo, incluida la rapidez con que subirán las temperaturas en caso de fallo o cambio de carga, y cuánto tardarán en volver a niveles seguros una vez restablecida la capacidad adecuada. Nuestros diseñadores lo utilizan para mitigar los riesgos de diseño y ayudar a los propietarios y operadores de centros de datos a mitigar los riesgos operativos.
Un ejemplo clásico es el uso de modelos 1D para analizar un escenario de pérdida/restablecimiento de potencia. La modelización puede revelar durante cuánto tiempo el sistema de refrigeración puede mantener temperaturas seguras sin suministro eléctrico y con qué rapidez pueden recuperarse una vez restablecido el suministro. Esto es esencial para garantizar que un centro de datos pueda soportar perturbaciones eléctricas sin riesgo de sobrecalentamiento de los equipos ni tiempos de inactividad.
Modelización térmica y energética dinámica para centros de datos
Esta herramienta toma los cálculos energéticos y térmicos básicos, como la ganancia/pérdida de calor, el consumo de energía para cargas reguladas, como bombas de calor/refrigeradores, y cargas no reguladas, como servidores, y los aplica en un entorno dinámico. Contabilización de los cambios en las condiciones de entrada que se producen en pasos temporales discretos, incluidas (entre otras) las condiciones meteorológicas ambientales, los patrones de ocupación, la temperatura, la humedad y los puntos de ajuste de la ventilación, etc.
Este enfoque, junto con la flexibilidad de establecer parámetros de rendimiento para el tejido del edificio, las cargas y la eficiencia de los sistemas MEP, crea una potente herramienta para predecir el rendimiento térmico y el consumo energético de un edificio. Además, cuando se combina con la importación de datos sobre el rendimiento energético operativo del edificio durante periodos conocidos, este enfoque puede utilizarse para ayudar a los operadores del edificio a comprender de antemano el rendimiento y las implicaciones financieras de cambiar las estrategias operativas. Todo ello puede ayudar a reducir el consumo y los costes energéticos del edificio, aumentar la eficiencia y, en última instancia, reducir las emisiones de CO2.
El lugar donde aprovechamos la modelización compleja
Las técnicas avanzadas de simulación física de edificios, como la CFD, 1D y el modelado energético/térmico, son esenciales para comprender, optimizar y, en última instancia, demostrar la solidez del diseño y el rendimiento operativo de los centros de datos.
" Con estas herramientas, nuestros ingenieros pueden ver más allá de las estrategias de redundancia tradicionales y comprender mejor los complejos factores que influyen en el rendimiento operativo de los centros de datos, lo que nos ayuda a colaborar con los propietarios y operadores de centros de datos para prepararnos ante acontecimientos esperados e inesperados y ofrecer una verdadera resistencia operativa.
El futuro es la simulación
Gracias a los increíbles avances logrados en las últimas décadas en el campo de la computación de alto rendimiento y el software que la sustenta, ahora es posible obtener más información y capacidad de predicción sobre el rendimiento de los edificios. Deerns sigue ampliando los límites de lo posible con la investigación en áreas como el uso de modelos basados en Inteligencia Artificial e innovaciones de vanguardia similares para aportar el máximo valor a los clientes.