CFD-моделирование в проектировании ЦОД

Раздел описывает применение вычислительной гидродинамики (CFD) для анализа воздушных потоков, тепловых режимов и работы инженерных систем в центрах обработки данных. Особое внимание уделено моделированию конфигураций залов, оценке рисков перегрева, оптимизации охлаждения и созданию цифровых двойников для эксплуатации.

Основы и моделирование

Цифровые двойники и развитие

Сценарии применения CFD в ЦОД

flowchart TB classDef big font-size:14px,stroke-width:1.2px,padding:10px; A["Сбор исходных данных"]:::big --> B["CFD-модель потоков и тепла"]:::big B --> C["Проектирование (архитектура, расстановка)"]:::big B --> D["Эксплуатация (режимы, отказы)"]:::big C --> E["Оптимизация инженерных систем"]:::big D --> F["Цифровой двойник для управления"]:::big

Ключевые задачи CFD при проектировании и эксплуатации

Направление Применение Результаты Ограничения
Воздушные потоки Формирование холодных/горячих коридоров, локализация утечек Повышение эффективности воздушного распределения Требует точной геометрии и настроек оборудования
Тепловой режим Анализ ΔT, выявление перегрева, сравнение с ASHRAE Снижение рисков отказов ИТ Зависимость от корректности тепловых данных
Вентиляция и перемещение воздуха Работа вентиляторов, статических напоров, напольных плит Оптимизация расхода и давления Сложность моделирования перфорированных плит и турбулентности
Инженерные системы Взаимодействие CRAC/CRAH, чиллеров, изоляций, заслонок Проверка мощностей и сценариев отказов Высокие расчётные требования
Цифровые двойники Интеграция CFD, телеметрии и DCIM Прогнозное управление, оперативная оптимизация Требует надёжных данных мониторинга

Ключевые параметры CFD-моделей

  • Граничные условия — скорости, температуры, статическое давление, тепловые нагрузки стоек.
  • Показатели эффективности охлаждения — ΔT, SHI/RHI, RCI, RTI, capture-индексы.
  • Параметры потоков — распределение скоростей, направление струй, утечки и байпасы.
  • Индексы комплаенса — соответствие температурных условий рекомендациям ASHRAE A1–A4.
  • Энергетические показатели — доля охлаждающей мощности в работе ИТ, влияние на PUE, работа двигателей вентиляторов.
  • Структура среды — турбулентность, устойчивость потоков, влияние перфорированных полов, заслонок, направляющих.

Контрольные вопросы перед запуском и использованием CFD

  1. Определены ли реальные тепловые нагрузки ИТ-оборудования (по данным нагрузки, а не TDP)?
  2. Уточнена ли геометрия: высота фальшпола, параметры перфорированных плит, конфигурация коридоров?
  3. Выполнена ли проверка входных данных по телеметрии (температуры, расход воздуха, загрузка CRAC/CRAH)?
  4. Проведена ли калибровка модели на фактических измерениях из зала?
  5. Учтены ли сценарии отказов (N+1, N+2, 2N) и переходные режимы?
  6. Используется ли цифровой двойник для анализа изменений в расстановке стойк, нагрузки или модернизации?
  7. Оценено ли влияние доработок на энергопотребление, PUE и тепловую устойчивость?