====== Моделирование среды и инженерных систем в CFD ======

<WRAP box round>
Раздел описывает подходы к построению CFD-моделей дата-холлов: от выбора уровня детализации и описания пограничных условий до моделирования охлаждающей инфраструктуры, динамических сценариев, отказов, поведения ИТ-нагрузки и механизмов калибровки. Цель — обеспечить количественную оценку воздушных потоков, теплового режима и эффективности работы инженерных систем ЦОД.
</WRAP>

===== Роль CFD в проектировании ЦОД =====

CFD используется для оценки распределения температуры, давления и скоростей воздуха в дата-холле. Это критично при проектировании систем охлаждения, выборе конфигурации оборудования и анализе устойчивости при отказах. Точные модели позволяют прогнозировать риски перегрева, проверять энергоэффективность решений и оптимизировать расстановку ИТ-оборудования.

<WRAP info>
CFD — единственный инструмент, позволяющий количественно оценить баланс холодного и горячего воздуха, влияние архитектуры помещения, конфигурации стоек и работы CRAC/CRAH-юнитов.
</WRAP>

===== Архитектура помещения =====

Архитектура дата-холла влияет на движение воздуха: высота помещения, наличие фальшпола и подпольного пространства, особенности перегородок, колонн и потолочных элементов. Вертикальные и горизонтальные препятствия меняют направление потоков, вызывая рециркуляцию и локальные перегревы.

При необходимости учитываются:
  * теплопритоки через ограждающие конструкции;
  * влияние солнечной радиации для внешних помещений;
  * тепловая инерция строительных конструкций;
  * утечки между помещениями и внутри айслей-контейнмента.

===== Пограничные условия и точность модели =====

Пограничные условия — главный источник ошибок в CFD для ЦОД. Наиболее чувствительные зоны:

  * **Перфорированные панели фальшпола.** Упрощённое моделирование сопротивления даёт верный расход, но неверную форму струи.
  * **Кабельные пучки.** Их плотность, пористость и геометрия определяют реальное сопротивление потоку.
  * **Внутренние перегородки, подиумы, балки.** Влияют на распределение давления по залу.
  * **Характеристики решёток и плит.** Форма отверстий и подструктура задают начальную турбулентность струи.

<WRAP important>
Ошибки в пограничных условиях приводят к расхождению в распределении температуры на входах стойки даже при идеально “сошедшейся” модели.
</WRAP>

===== Моделирование систем охлаждения =====

Инженерные системы охлаждения моделируются с учётом:
  * характеристик CRAC/CRAH-юнитов;
  * законов управления вентиляторами и клапанами;
  * распределения расхода по фальшполу и потолочным магистралям;
  * динамического контроля по датчикам температуры и давления.

Особое внимание уделяется:
  * положению датчиков;
  * форме вентиляторных кривых;
  * режимам увлажнения и осушения;
  * возможному неравномерному смешению потоков.

===== ИТ-оборудование и внутренняя рециркуляция =====

ИТ-нагрузка моделируется с учётом:
  * мощности и тепловыделения;
  * изменения airflow при изменении нагрузки;
  * конфигурации серверов и заполнения стоек;
  * возможности рециркуляции внутри шкафа.

Применяются приближённые модели (при концептуальном проектировании) и детализированные (при эксплуатационных исследованиях).

<WRAP info>
Корректное описание ИТ-оборудования критично для моделирования локальной рециркуляции — главного источника перегревов.
</WRAP>

===== Динамические режимы и сценарии отказов =====

CFD позволяет рассматривать:
  * выход из строя N+1 юнита и влияние на перераспределение потока;
  * сценарии 2N и отказа независимого контура;
  * временные переходные процессы (разгон температурной волны, перестройка струй);
  * устойчивость зоны с высокой плотностью ИТ.

<WRAP important>
Даже кратковременный переходный режим может привести к перегреву отдельных стойко-мест при кажущемся “нормальном” стационаре.
</WRAP>

===== Метрики эффективности охлаждения =====

CFD предоставляет численные показатели, применяемые при оценке и оптимизации ЦОД.

<WRAP center>
$$RTI = \frac{T_{return} - T_{supply}}{T_{equipOut} - T_{equipIn}} \times 100\%$$
</WRAP>

где RTI характеризует баланс воздуха — долю холодного воздуха, реально прошедшего через ИТ, а не обошедшего их или смешавшегося с горячим.

Другие метрики:

  * **RCI** — степень соответствия температурных условий допустимым пределам.  
  * **SHI / RHI** — количество подмешанного воздуха в холодный и горячий потоки.  
  * **Capture Index (CACI, HACI)** — эффективность захвата воздуха стоеками и вытяжками.  
  * **Cooling unit load** — распределение нагрузки между охладителями.

===== Построение воздушных траекторий =====

Визуализация линий тока (streamlines) помогает выявлять:
  * скрытые петли рециркуляции;
  * зоны утечки горячего воздуха в холодный коридор;
  * избыточное влияние соседних охладителей;
  * ошибочные направления потоков под фальшполом.

Streamlines используются как основной диагностический инструмент при расследовании инцидентов перегрева.

===== Калибровка CFD-модели =====

Для обеспечения достоверности расчёта выполняется калибровка по измеренным данным:
  * температуры и скорости на решётках;
  * расход воздуха в CRAC/CRAH;
  * температуры на входах ИТ и в точках обратки;
  * реальные профили нагрузки стоек.

<WRAP info>
Калибровка превращает CFD-модель в Digital Twin и позволяет использовать её в оперативном управлении мощностью, размещением ИТ и оценке рисков.
</WRAP>

===== Ключевые идеи =====
<WRAP tip>
  * Точность CFD зависит от корректности пограничных условий, а не от числа ячеек.  
  * Перфорированные панели, кабельные пучки и архитектурные элементы — главные источники искажений.  
  * Моделирование ИТ-оборудования определяет качество прогноза локальных перегревов.  
  * Отказовые сценарии требуют динамического (time-dependent) моделирования.  
  * Метрики RCI, RTI, SHI, HACI/CACI позволяют количественно оценивать эффективность охлаждения.  
  * Калиброванная CFD-модель служит основой Digital Twin ЦОД.
</WRAP>