Cool genoeg? Hoe bouwfysica-modellering het ontwerp van datacenters beïnvloedt

In onze data-afhankelijke wereld is het essentieel dat datacenters te allen tijde operationeel blijven. Strenge eisen, zoals de Tier III- of IV-standaarden van het Uptime Institute, zorgen ervoor dat de operationele integriteit behouden blijft, zelfs in het geval van storingen. Voorheen werd de continuïteit gewaarborgd door middel van redundantie en voldoende capaciteit – zoals noodstroomvoorzieningen en koelsystemen. Deze aanpak houdt echter onvoldoende rekening met operationele risico’s, zoals complexe thermofluïdumstromingen, interne luchtstromen, weersinvloeden en kortdurende gebeurtenissen zoals stroomuitval en herstel.

Als een koelsysteem faalt of slecht presteert – zelfs voor een korte periode – kan dit leiden tot oververhitting, schade aan apparatuur en mogelijke stilstand die buiten de marge van de Tier III- of IV-ontwerpeisen valt.

Bij Deerns gaan we daarom verder dan alleen het inzetten van redundantie. We gebruiken simulaties om de dynamische processen binnen datacenters te modelleren. Technieken zoals Computational Fluid Dynamics (CFD) en eendimensionale thermohydraulische simulatie geven ons belangrijke inzichten om het ontwerp en de werking van datacenters te verbeteren. Ook gebruiken we dynamische energie- en thermische modellen om een compleet beeld te krijgen van het energieverbruik en de warmtehuishouding onder verschillende weers- en gebruiksomstandigheden.

Het gebruik van Computational Fluid Dynamics (CFD) in datacenters

Met Computational Fluid Dynamics (CFD) kan het team van Deerns problemen analyseren waarbij vloeistofstromen – zoals lucht en water – komen kijken. In de context van datacenters gebruiken we CFD om de luchtstroming en warmteoverdracht in kritieke ruimtes te simuleren. Dit geeft ons een gedetailleerd beeld van hoe koelsystemen presteren onder verschillende omstandigheden, zoals wisselende apparatuurbelastingen en de werking van koelunits onder normale omstandigheden en bij storingen.
CFD-simulaties helpen ons ook om aanbevelingen te doen over de positionering van apparatuur in datacenters. Door de luchtstromen en warmteoverdracht in een kritisch gekoelde ruimte te modelleren, kunnen we potentiële hotspots identificeren en oplossingen voorstellen om deze te voorkomen of op te lossen.

Simulatie van dynamische gebeurtenissen met eendimensionale thermohydraulische modellering voor datacenters

1D-thermohydraulische modellering is een krachtig hulpmiddel dat we gebruiken bij het ontwerpen en analyseren van de werking van datacenters. In tegenstelling tot de driedimensionale analyse van CFD, maakt 1D-thermohydraulische simulatie gebruik van thermofluide interacties tussen knooppunten die apparatuur, onderdelen en zones vertegenwoordigen. Dit maakt snellere simulaties mogelijk, waardoor we het gedrag van grote vloeistofsystemen over langere tijd kunnen volgen en de effecten van transiënte gebeurtenissen en systeeminteracties kunnen vastleggen. Zo kan 1D-modellering worden gebruikt om het gehele koudwatersysteem van een datacenter te analyseren en het effect op luchtkoeling in kritieke ruimtes te begrijpen.

1D-simulaties voorspellen hoe koelsystemen reageren tijdens transiënte gebeurtenissen, zoals stroomuitval, apparatuurstoringen of plotselinge veranderingen in belasting, en bij het begrijpen van de impact hiervan op upstream en downstream operaties. Hiermee kunnen we inschatten hoe snel de temperatuur stijgt bij een storing en hoelang het duurt voordat deze weer op een veilig niveau is zodra de capaciteit hersteld is. Onze ontwerpers gebruiken deze informatie om ontwerprisico’s te beperken en datacentereigenaren en -operators te helpen operationele risico’s te mitigeren.

Een typisch voorbeeld is het gebruik van 1D-modellering om een scenario van stroomuitval en -herstel te analyseren. Deze modellen laten zien hoe lang een koelsysteem veilige temperaturen kan handhaven zonder stroom en hoe snel het systeem herstelt zodra de stroom terugkeert. Dit is cruciaal om te waarborgen dat een datacenter stroomstoringen kan doorstaan zonder risico op oververhitting of stilstand.

Dynamische energie- en thermische modellering voor datacenters

Deze tool past basisprincipes van energie- en warmteberekeningen toe, zoals warmtewinst/-verlies en energieverbruik voor zowel gereguleerde belastingen (zoals warmtepompen of koelers) als ongereguleerde belastingen (zoals servers). Deze berekeningen worden uitgevoerd in een dynamische omgeving waarbij rekening wordt gehouden met variërende invoer zoals weersomstandigheden, bezettingspatronen, temperatuur, vochtigheid en ventilatiesettings.

Door deze aanpak te combineren met de flexibiliteit om prestatieparameters voor de gebouwschil, belastingen en MEP-systeemefficiënties in te stellen, ontstaat een krachtig instrument om de thermische en energieprestaties van een gebouw te voorspellen. Door operationele energiedata van een gebouw over een bepaalde periode te importeren, kan deze methode bovendien helpen om de prestaties en financiële implicaties van wijzigingen in de operationele processen te analyseren. Dit kan leiden tot lagere energiekosten, hogere efficiëntie en uiteindelijk minder CO2-uitstoot. lding energy usage and cost, increase efficiency, and ultimately reduce operational CO2 emissions.

Hier zetten we complexe modellering in

Geavanceerde bouwfysische simulatietechnieken zoals CFD, 1D- en energie-/thermische modellering zijn essentieel om het robuuste ontwerp en de operationele prestaties van datacenters te begrijpen, optimaliseren en waarborgen.

Met deze tools kunnen onze ingenieurs verder kijken dan de traditionele redundantie-strategieën en diepgaand inzicht krijgen in de complexe factoren die de operationele prestaties van datacenters beïnvloeden. Zo helpen we datacenter-eigenaren en operators om zich voor te bereiden op verwachte en onverwachte gebeurtenissen en zorgen we voor operationele veerkracht.

Simulatie vormt de toekomst

Dankzij grote vooruitgangen in high-performance computing en bijbehorende software in de afgelopen decennia, zijn diepgaande inzichten en voorspellende mogelijkheden omtrent gebouwprestaties nu binnen handbereik. Bij Deerns blijven we de grenzen verleggen met onderzoek naar AI-gedreven modellering en andere baanbrekende innovaties om onze klanten optimaal te ondersteunen.