A falha no sistema de ar-condicionado em data centers pode levar a superaquecimento com danos ao equipamento efalha operacional. Por isso, as simulações de computacionais são essenciais para evitar este problema contribuindo para: elaboração do design do sistema de forma mais eficiente, mitigação de riscos, na avaliação da eficiência energética aprimorando e ajude aos proprietários a determinar as melhores práticas operacionais.
Em um mundo cada vez mais dependente de dados, a capacidade operacional e o serviço contínuo dos data centers (DC) se tornam cada vez mais cruciais. Existem requisitos rigorosos para garantir que as centrais de processamento de dados (DCs) mantenham sua integridade operacional, inclusive durante cenários de falha (como os padrões Tier III ou IV do Uptime Institute). Convencionalmente, essa resiliência é obtida por meio de redundância de equipamentos e sistemas em capacidade suficiente para atender às demandas do site.Fontes de alimentação de backup elétrico e sistemas de ar-condicionado são essenciais nestas abordagens. No entanto, essa abordagem pode deixar de analisar e abordar os riscos operacionais, como a complexa dinâmica fluxo do calor no nos equipamentos de ar-condicionado, o fluxo e distribuição de ar interno, os padrões climáticos externos e os eventos transitórios, como perda e restauração de energia devem ser também considerado e tem um impacto significativo na operação cotidiana.
" Para isto, as simulações computacionais são fundamentais para mitigar riscos.
Se um sistema de resfriamento falhar ou operar abaixo da capacidade devido a qualquer um desses riscos, mesmo que por um curto período, isso pode levar a superaquecimento, danos ao equipamento e possível tempo de inatividade, além do permitido nos padrões de projeto Tier III ou IV.
A Deerns, faz uso das simulações computacionais para levar o projeto do seu DC além da redundância convencional, modelando comportamentos dinâmicos no ambiente da instalação. Técnicas como a dinâmica de fluidos computacional (CFD) e simulações de Termofluidos unidimensionais (1D) nos fornecem percepções críticas que são usadas para otimizar o projeto e a operação dos data centers. Além disso, a modelagem dinâmica de energia e térmica pode fornecer uma compreensão holística da resposta térmica e da demanda de energia dos data centers em diferentes padrões climáticos e de uso.
Aproveitamento da Dinâmica de Fluidos Computacional (CFD) em data centers
A dinâmica de fluidos computacional (CFD) ajuda a equipe da Deerns a analisar e compreender problemas que envolvem fluxos de fluidos, incluindo ar e água. Em um ambiente de data center, usamos a CFD para simular o fluxo de ar e a transferência de calor em diferentes espaços críticos. Isso nos dá uma compreensão detalhada do desempenho dos sistemas de resfriamento sob várias condições, incluindo cargas variáveis de equipamentos e operação da unidade de resfriamento (por exemplo, modos normais e de falha).
As simulações CFD também nos ajudam a fazer recomendações para estudos de layout com o posicionamento dos equipamentos no data center. Ao modelar o movimento do ar e a transferência de calor/resfriamento em um espaço criticamente resfriado e sua interação com o equipamento ativo, podemos identificar possíveis pontos críticos e sugerir soluções de atenuação.
Simulação transiente com modelagem unidimensional de termofluidos para data centers
A modelagem de Termofluidos 1D é outra ferramenta poderosa que usamos no projeto de data centers e na análise de operações. Ao contrário da análise tridimensional de CFD do fluxo de fluido e da transferência de calor, a modelagem de Termofluidos 1D se baseia nas interações de Termofluidos entre os equipamentos, componentes e espaços dentro da zona de análise. Isso permite tempos de simulação mais rápidos em comparação com os modelos CFD típicos do mesmo espaço, possibilitando, assim, modelar o comportamento dinâmico de grandes sistemas de fluidos ao longo do tempo, capturando os efeitos de eventos transitórios e interações em todo o sistema. Por exemplo, a modelagem 1D pode ser usada para analisar todo o sistema de água gelada de um edifício de data center e seu efeito no resfriamento do lado do ar em espaços críticos.
As simulações 1D ajudam a prever o comportamento dos sistemas de resfriamento durante eventos transitórios, como perda/restauração de energia, falhas de equipamentos ou mudanças repentinas na carga, e a entender seu efeito nas operações “upstream” e “downstream”. Podemos prever como um sistema de resfriamento responderá ao longo do tempo, incluindo a rapidez com que as temperaturas subirão no caso de uma falha ou mudança de carga e quanto tempo levará para que as temperaturas retornem aos níveis seguros depois que a capacidade adequada for restaurada. Nossos Engenheiros usam isso para reduzir os riscos do projeto e ajudar os proprietários e operadores de data centers a reduzir os riscos operacionais.
Um exemplo clássico é usar a modelagem 1D para analisar um cenário de perda/restauração de energia. A modelagem pode revelar por quanto tempo o sistema de ar-condicionado pode manter temperaturas seguras sem energia e com que rapidez ele pode se recuperar quando a energia é restaurada. Isso é essencial para garantir que o data center possa suportar distúrbios de energia sem o risco de superaquecimento do equipamento ou tempo de inatividade.
Modelagem dinâmica de energia e térmica para data centers
Essa ferramenta utiliza os primeiros princípios de cálculos térmicos e de energia, por exemplo, ganho/perda de calor, consumo de energia para cargas reguladas, como bombas de calor/resfriadores, e cargas não reguladas, como servidores, e os aplica em um ambiente dinâmico. Considerar as alterações nas condições de entrada que ocorrem em etapas de tempo discretas, incluindo (mas não se limitando a) condições climáticas do ambiente, padrões de ocupação, temperatura, umidade e pontos de ajuste de ventilação etc.
Essa abordagem, aliada à flexibilidade de configurar parâmetros de desempenho para a estrutura do edifício, cargas e eficiências do sistema MEP, cria uma ferramenta poderosa para prever o desempenho térmico e de consumo de energia de um edifício. Além disso, quando combinada com a importação de dados operacionais de desempenho energético do edifício em períodos conhecidos, essa abordagem pode ser usada para ajudar os operadores do edifício a compreenderem antecipadamente o desempenho e as implicações financeiras da mudança de estratégias operacionais. Tudo isso pode ajudar a reduzir o uso e o custo de energia do edifício, aumentar a eficiência e, por fim, reduzir as emissões operacionais de CO2.
É aqui que aproveitamos a modelagem complexa
Técnicas avançadas de simulação de física de edifícios, como CFD, 1D e modelagem de energia/térmica, são essenciais para compreender, otimizar e, por fim, comprovar o design robusto e o desempenho operacional dos data centers.
Com essas ferramentas, nossos engenheiros podem ver além das estratégias tradicionais de redundância e obter mais informações sobre os fatores complexos que afetam o desempenho operacional do DC, ajudando-nos a trabalhar em conjunto com os proprietários e operadores de data centers para nos prepararmos para eventos esperados e inesperados e oferecermos uma verdadeira resiliência operacional.
O futuro é a simulação
Com os incríveis avanços realizados nas últimas décadas na área de computação de alto desempenho e no software que a atende, agora é possível obter mais insights e habilidades preditivas em relação ao desempenho dos edifícios. A Deerns continua a expandir os limites do que é possível com pesquisas em áreas como o uso de modelagem baseada em Inteligência Artificial e inovações de ponta semelhantes para oferecer o máximo de valor aos clientes.
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