I guasti ai sistemi di raffreddamento nei Data Center possono causare surriscaldamento, danni alle apparecchiature e tempi di inattività. Le simulazioni fisiche avanzate sono fondamentali per evitare situazioni come questa: studiano la progettazione dei sistemi, la riduzione dei rischi, il miglioramento dell’efficienza energetica e aiutano i proprietari a determinare le pratiche operative.
In un mondo sempre più dipendente dai dati, la capacità operativa e il servizio continuo dei data center sono fondamentali. Esistono requisiti rigorosi per garantire il mantenimento dell’integrità operativa anche in caso di guasti (come gli standard Tier III o IV dell’Uptime Institute). Convenzionalmente, questa resilienza si ottiene attraverso la ridondanza e una capacità sufficiente, come ad esempio alimentatori e sistemi di raffreddamento di riserva. Questo approccio, tuttavia, non è in grado di analizzare e affrontare i rischi operativi, come le complesse dinamiche termofluidiche del raffreddamento, il flusso d’aria interno, i modelli meteorologici esterni e gli eventi transitori come la perdita e il ripristino dell’alimentazione.
" Per questa ragione, le simulazioni fisiche avanzate sono fondamentali per mitigare questi rischi.
Se un sistema di raffreddamento si guasta o funziona al di sotto della sua capacità a causa di uno di questi rischi, anche per un breve periodo, può provocare surriscaldamento, danni alle apparecchiature e potenziali tempi di inattività superiori a quelli previsti dagli standard di progettazione Tier III o IV.
In Deerns utilizziamo le simulazioni per portare la progettazione dei data center oltre la ridondanza convenzionale, modellando i comportamenti dinamici all’interno dell’ambiente della struttura. Tecniche come la fluidodinamica computazionale (CFD) e le simulazioni termofluidiche unidimensionali (1D) ci forniscono informazioni fondamentali che vengono utilizzate per ottimizzare la progettazione e il funzionamento dei data center. Inoltre, la modellazione dinamica dell’energia e del calore può fornire una comprensione olistica della risposta termica e della domanda di energia dei data centre in condizioni climatiche e di utilizzo variabili.
Come sfruttare la fluidodinamica computazionale (CFD) nei data centre
La fluidodinamica computazionale (CFD) aiuta il team di Deerns ad analizzare e comprendere i problemi legati ai flussi dei fluidi, tra cui aria e acqua. Nel progetto di un data centre, utilizziamo la CFD per simulare il flusso d’aria e il trasferimento di calore all’interno di diversi spazi critici. Questo ci permette di capire nel dettaglio come si comporteranno i sistemi di raffreddamento in diverse condizioni, tra cui la variazione dei carichi delle apparecchiature e il funzionamento dell’unità di raffreddamento (ad esempio, le modalità normali e quelle di guasto).
Le simulazioni CFD ci aiutano anche a formulare raccomandazioni per il posizionamento delle apparecchiature all’interno del data center. Modellando il movimento dell’aria e il trasferimento di calore/raffreddamento all’interno di uno spazio raffreddato in modo critico e la loro interazione con le apparecchiature attive, possiamo identificare i potenziali punti caldi e suggerire soluzioni di mitigazione.
Simulazione transitoria con modellazione termofluidica monodimensionale per i data centre
La modellazione termofluidica 1D è un altro potente strumento che utilizziamo nella progettazione e nell’analisi operativa dei data centre. A differenza dell’analisi tridimensionale CFD del flusso di fluidi e del trasferimento di calore, la modellazione termofluidica 1D si basa sulle interazioni termofluidiche tra i nodi utilizzati per rappresentare apparecchiature, componenti e spazi di zona. Ciò consente tempi di simulazione più rapidi rispetto ai tipici modelli CFD dello stesso spazio, rendendo possibile la modellazione del comportamento dinamico di grandi sistemi di fluidi nel tempo, catturando gli effetti degli eventi transitori e delle interazioni a livello di sistema. Ad esempio, la modellazione 1D può essere utilizzata per analizzare l’intero sistema di acqua refrigerata di un data center e il suo effetto sul raffreddamento dell’aria negli spazi critici.
Le simulazioni 1D aiutano a prevedere il comportamento dei sistemi di raffreddamento durante gli eventi transitori, come la perdita/ripristino di energia, i guasti alle apparecchiature o le improvvise variazioni di carico, e a comprenderne gli effetti sulle operazioni a monte e a valle. Siamo in grado di prevedere la risposta di un sistema di raffreddamento nel tempo, compresa la velocità con cui le temperature aumenteranno in caso di guasto o di variazione del carico e il tempo necessario affinché le temperature tornino a livelli di sicurezza una volta ripristinata la capacità adeguata. I nostri progettisti utilizzano questi dati per ridurre gli errori di progettazione e aiutare i proprietari e gli operatori dei data center a ridurre i rischi operativi.
Un esempio classico è l’uso della modellazione 1D per analizzare uno scenario di perdita di potenza/ripristino. La modellazione può rivelare per quanto tempo il sistema di raffreddamento è in grado di mantenere temperature sicure in assenza di alimentazione e quanto velocemente può riprendersi una volta ripristinata l’alimentazione. Ciò è essenziale per garantire che il data centre possa resistere ai disturbi dell’alimentazione senza rischiare il surriscaldamento delle apparecchiature o i tempi di inattività.
Modellazione energetica e termodinamica per i data centre
Questo strumento prende in considerazione i calcoli energetici e termici di base, ad esempio guadagno/perdita di calore, consumo di energia per carichi regolati, ad esempio pompe di calore/congelatori, e carichi non regolati, ad esempio server, e li applica in un ambiente dinamico. Tenendo conto dei cambiamenti delle condizioni di ingresso che si verificano in fasi temporali discrete, tra cui (ma non solo) le condizioni meteorologiche dell’ambiente, i modelli di occupazione, la temperatura, l’umidità e i set point di ventilazione, ecc.
Questo approccio, unito alla flessibilità di impostare parametri di prestazione per il tessuto dell’edificio, i carichi e le efficienze dei sistemi MEP, crea un potente strumento per prevedere le prestazioni termiche e di consumo energetico di un edificio. Inoltre, se abbinato all’importazione di dati operativi sulle prestazioni energetiche dell’edificio per periodi noti, questo approccio può essere utilizzato per aiutare gli operatori dell’edificio a comprendere in anticipo le prestazioni e le implicazioni finanziarie del cambiamento delle strategie operative. Tutto ciò può contribuire a ridurre il consumo energetico e i costi dell’edificio, ad aumentare l’efficienza e, in ultima analisi, a ridurre le emissioni operative di CO2.
Ecco dove utilizziamo la modellazione complessa
Le tecniche avanzate di simulazione fisica degli edifici, come la modellazione CFD, 1D ed energetica/termica, sono essenziali per comprendere, ottimizzare e infine dimostrare la solidità della progettazione e le prestazioni operative dei data centre.
Grazie a questi strumenti, i nostri ingegneri possono andare oltre le tradizionali strategie di ridondanza e ottenere una maggiore comprensione di tutti quei fattori che influiscono sulle prestazioni operative dei data center, favorendo così la collaborazione con i proprietari e gli operatori dei data center per prepararsi a eventi previsti e imprevisti e a garantire una vera resilienza operativa.
Il futuro è la simulazione
Grazie agli incredibili passi avanti compiuti negli ultimi decenni nell’area del calcolo ad alte prestazioni e del relativo software, oggi è possibile ottenere maggiori informazioni e capacità di previsione sulle prestazioni degli edifici. Deerns continua a spingersi oltre i limiti del possibile con ricerche in aree come l’utilizzo di modelli basati sull’intelligenza artificiale e altre innovazioni all’avanguardia per portare il massimo valore ai clienti.
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