Por Naghman Khan PhD, ingeniero de marketing de productos en SimScale

Los enfoques recientes para ubicar y enfriar los centros de datos utilizan fuentes naturales como disipadores de calor para minimizar el consumo de energía. Implican aprovechar el clima local y los recursos naturales, como lagos, vientos predominantes y climas más fríos, y continúan ampliando los límites de los diseños de centros de datos.

Estos avances de diseño, a menudo experimentales, requieren una extensa verificación y prueba del diseño utilizando modelos informáticos sofisticados basados ​​en la simulación de la física del mundo real aplicada a un modelo 3D de un centro de datos y sus alrededores.

Muchos profesionales de centros de datos están acostumbrados a lidiar con el entorno interno donde se calculan la refrigeración, el flujo de aire y el consumo de energía. Menos entendido es cómo el sitio externo y, específicamente, los factores del microclima, influirán en el diseño y la operación del centro de datos.

¿Por qué simular un microclima?

Predecir las fuerzas naturales cómo el viento y la temperatura exterior, y su impacto en los edificios, requiere una comprensión de la física de la construcción, la ciencia atmosférica y el diseño urbano. Al ubicar un centro de datos y/o elegir qué estrategia de ventilación y enfriamiento emplear, los siguientes factores se vuelven importantes:

• El microclima local, incluidos los patrones de viento, las velocidades, la dirección predominante y también las temperaturas exteriores del suelo y del aire. La resolución de estos datos debe ser al menos cada hora.
• El perfil del viento en esa ubicación puede estar influenciado por los edificios circundantes, los árboles/vegetación, la topografía y las características geográficas más lejanas.
• Turbulencia creada por edificios y objetos circundantes y también elementos del techo, como enfriadores y unidades de tratamiento de aire.
• Aberturas de ventanas y ventilación y sus coeficientes de presión de viento previstos. Solo se debe usar un perfil de presión de viento generado por dinámica de fluidos computacional (CFD) que sea preciso y tenga en cuenta los factores anteriores para calcular las tasas de flujo de aire y dimensionar las aberturas.
• Evitar el reingreso de gases de escape y aire de extractos de ventilación o generadores diésel, por ejemplo.
• Cálculo de cargas y fuerzas de viento sobre los equipos de fachada y cubierta. Esto es esencial para cumplir con los códigos estructurales y de seguridad.
• Combinando los factores externos anteriores con el cálculo de las variables ambientales interiores, como los caudales de ventilación, las temperaturas y la presencia de contaminantes.

Las herramientas de diseño comunes no tienen los recursos físicos o computacionales necesarios para capturar los fenómenos dinámicos mencionados anteriormente. Se necesita un software CFD nativo de la nube optimizado para simular el microclima en modelos CAD 3D. El poder de cómputo virtualmente ilimitado de la nube garantiza que los modelos más grandes e incluso las proyecciones climáticas se puedan manejar con solidez.

Los avances recientes en los solucionadores de física han significado un aumento de un orden de magnitud en la velocidad de la simulación con la automatización de muchas de las partes tediosas del proceso de simulación tradicional, como la importación y el mallado de CAD.

Caso de estudio

Se importa un modelo CAD de un centro de datos con edificios circundantes y se simula contra seis direcciones de viento utilizando una base de datos climática integrada. La simulación de viento utiliza el solucionador Pacefish del método Boltzmann de celosía integrada (LBM), que automatiza gran parte del proceso. Los resultados incluyen la velocidad del viento local, la velocidad del viento en la azotea, los coeficientes de presión del viento en la superficie y los datos de confort térmico exterior, todos los cuales pueden retroalimentarse para ejecutar cálculos ambientales en interiores. Debido a que las simulaciones se ejecutan en la nube y en GPU, muchas se pueden ejecutar simultáneamente, lo que ofrece al ingeniero la capacidad de ejecutar múltiples escenarios de diseño sin comprometer los recursos computacionales o el tiempo.