Les centres de traitement des données, également appelés centres de données, sont des installations à environnement contrôlé dédiées au stockage et au traitement de données à grande échelle. En tant qu’infrastructures critiques, leurs exigences en matière de sécurité sont de plus en plus élevées. Parmi les exigences de conception et d’exploitation, la gestion de l’air joue un rôle clé. Les équipements informatiques d’aujourd’hui atteignent des puissances nominales très élevées, et la bonne disposition des équipements d’admission et d’évacuation de l’air peut déterminer l’efficacité et la sécurité de fonctionnement de l’installation.
Une technique très courante pour améliorer la gestion de l’air consiste à confiner les allées où l’air est aspiré par les baies (allée froide) ou où l’équipement évacue l’air (allée chaude). Cette méthode réduit considérablement la recirculation de l’air chaud à l’entrée des baies, réduisant ainsi le risque d’un échauffement local excessif qui peut poser des problèmes aux équipements informatiques.
Lors de la conception de centres de données, pour optimiser les conditions de fonctionnement ou étudier les cas de défaillance, la simulation CFD est un outil très utile. Dans ce billet, nous montrerons à l’aide d’une étude CFD les améliorations obtenues dans un grand Data Center en confinant les allées chaudes et froides, ce qui nous permettra de prendre une meilleure décision lors de la phase d’ingénierie.
Comment le modèle CFD d’un centre de données est-il préparé ?
Nous commençons par modéliser la géométrie du centre de données, y compris les baies et les systèmes d’alimentation et d’évacuation de l’air. Pour réaliser l’étude CFD, la géométrie doit être divisée en petites cellules ou éléments, ce qui permet de résoudre les équations de la mécanique des fluides par calcul numérique. Ce processus est connu sous le nom de maillage. L’image suivante montre un détail de la géométrie de la pièce et du maillage correspondant :
Ensuite, nous définissons la physique du problème et appliquons les conditions limites correspondantes. Plus précisément, nous définissons un débit de refroidissement de 1 m3/s par rack. Ce flux est introduit dans la pièce à 20ºC à partir d’un plancher surélevé dans les allées froides. Chaque rack a une puissance assignée de 12 kW, qui réchauffe l’air absorbé et l’expulse vers l’allée chaude. L’allée chaude est équipée d’un système d’extraction dans sa partie supérieure.
Une fois le modèle préparé, un solveur de volume fini est utilisé pour résoudre les équations jusqu’à ce qu’un état stable soit atteint. L’analyse d’un transitoire qui nous permettrait de voir l’évolution temporelle des variables serait également possible et fournirait des informations d’un grand intérêt, mais dans cet exemple nous nous concentrerons sur les cartes stationnaires.
Résultats de la simulation CFD
Étude CFD du centre de données non confiné
Les résultats obtenus sans confiner aucun des couloirs sont présentés dans les images suivantes. Elles représentent une coupe transversale, d’abord la vitesse d’écoulement et ensuite la température :
La carte des températures montre que certaines zones sont plus chaudes que ce qui est souhaitable, en particulier dans la zone centrale. Cela est dû au mélange de l’air chaud avec l’air froid qui alimente les racks.
Étude CFD contenant des allées chaudes
Nous allons maintenant procéder à l’étude des allées chaudes confinées. Pour ce faire, un ensemble de panneaux verticaux est introduit dans le modèle de manière à ce que l’air chaud soit guidé vers le haut à travers eux en direction de l’extraction. Le modèle se présente comme indiqué dans l’image suivante :
Les résultats de la simulation montrent que le système fonctionne raisonnablement bien en termes de guidage de l’air. Toutefois, en raison de la hauteur limitée des écrans, une certaine recirculation subsiste, ce qui limite les améliorations obtenues.
Étude CFD contenant des allées froides
Enfin, nous étudierons l’effet du confinement des allées froides, de sorte que l’air entrant dans la pièce soit dirigé vers l’équipement informatique sans se mélanger au reste de l’air de la pièce, qui devrait être à une température plus élevée. L’image suivante montre un détail du modèle dans la zone confinée :
Lorsque la simulation a été réalisée et que les résultats ont été extraits, il a été constaté que cette alternative permet d’obtenir une température beaucoup plus uniforme à l’extérieur de la pièce. En outre, sa valeur est raisonnable pour le fonctionnement du centre. Le fait de contenir les allées froides garantit que l’air introduit dans les rayonnages provient du système de refroidissement. Cela permet d’éviter complètement les recirculations qui augmentent la température de la pièce.
La décision finale concernant le système de refroidissement devra prendre en compte d’autres aspects, tels que le coût des solutions de remplacement ou la facilité de maintenance. Cependant, l’utilisation de la simulation CFD fournira des informations beaucoup plus précises sur la qualité technique de la solution proposée. Afin d’obtenir davantage d’informations sur la sécurité, les cas de défaillance qui devraient être admissibles dans le centre de données pourraient être simulés. L’évolution temporelle des températures dans les délais de réparation ou de maintenance prévus pourrait également être prise en compte.
