Hoe lucht in het systeem onder de verhoogde toegangsvloer van een gebouw wordt beheerd

Hoe de ondergrondse luchtkamer fungeert als een onder druk staande luchtkamer

Het luchtbeheersysteem in ondergrondse luchtkanalen maakt gebruik van de ruimte onder de verhoogde vloerpanelen als een soort drukkamer voor de luchtstroom. Wanneer de lucht wordt gecoeld of verwarmd in de CRAC-units, stroomt deze door het gebied op een manier die een toestand van drukevenwicht creëert met de lucht in de kamer. Door de opstelling van de ondergrondse luchtkanalen wordt de vorming van temperatuurhotspots binnen de ruimte voorkomen, doordat de gecoelde of verwarmde lucht via strategisch geplaatste geperforeerde tegels naar de gewenste locatie wordt geleid. Het systeem is ontworpen voor een optimale drukbereik en zonder significante wijzigingen in de luchtstroom, waardoor de best mogelijke koelprestatie wordt bereikt en een stabiele omgeving voor IT-beheer wordt geboden.

Fysica en prestaties: drukverschilafgifte aan serverinlaten

Gerichte koeling werkt op het principe van drukverschillen binnen de luchtkamer en bij de luchtinlaat van de server. Dit is gebaseerd op een bijna onbekend natuurkundig principe, genaamd het principe van Bernoulli. Wanneer er een druk in de luchtkamer wordt opgebouwd, stroomt lucht naar waar de druk lager is: de serverinlaten. In ons geval nam de luchtstroomsnelheid met 25% toe ten opzichte van de oude bovenplafondkoelsystemen. De uitdaging bestaat erin om de tegels op de vloer van het datacenter zodanig te plaatsen dat gebruik wordt gemaakt van de drukverschillen. Datacenters met een drukverschil van 0,05 inch waterkolom in de luchtkamer vertonen gemiddeld een daling van de temperatuur bij de serverinlaten met 4 graden Celsius. Dit is gebaseerd op onderzoek van het Uptime Institute uit 2022.

Onze toegangsvloeren met verbeterde luchtstroomkoeling leveren meetbare efficiëntiewinsten. We hebben een voorbeeld van een gemeten temperatuurverschil van 4,3 °C, wat overeenkomt met de strategische plaatsing van een geperforeerde tegel.

De controle van de temperatuur van de lucht die door de servers wordt aangezogen, is verbeterd dankzij de geoptimaliseerde plaatsing van de geperforeerde tegels. Specifiek wanneer de tegelindeling overeenkomt met de warmtepieken van de serverracks, kan koude lucht ongehinderd naar de inlaten van de servers worden geleid, in plaats van verloren te gaan via recirculatie van uitgeblazen lucht. Wij hebben hiermee significante resultaten behaald: het temperatuurverschil tussen de lucht die naar de servers stroomt en de lucht die eruit komt, is gemeten op 4,3 °C lager. Deze verbetering van het temperatuurverschil is absoluut cruciaal voor het behoud van de koelintegriteit, nu de IT-configuraties van het bedrijf voortdurend blijven evolueren.

CFD-gedreven optimalisatie: real-time luchtstroommodellering voor verlaging van de PUE

Het gebruik van Computational Fluid Dynamics (CFD)-modellering laat precies zien waar ondoeltreffend warmteopbouw plaatsvindt en illustreert hoe aanpassingen kunnen worden aangebracht, bijvoorbeeld in het aantal perforaties in vloertegels, de plaatsing van tegels en de uitlijning van koelunits. Onderzoek van het Lawrence Berkeley National Lab uit 2024 stelt dat PUE-waardes met deze methode ongeveer 0,15 dalen ten opzichte van methoden die gebaseerd zijn op gissingen. Dit lijkt misschien geen significante verandering, maar de koelkosten die hiermee samenhangen dalen ongeveer 18% tot 30%. De echte waarde ligt bij systemen die continu de luchtstroomvolumes bewaken en actief regelen om deze aan te passen aan de vraag van de servers. Dit elimineert warmteplekken die apparatuur beschadigen en voorkomt dat warme lucht de doelgebieden met pas gekoelde lucht omzeilt.

Eliminatie van warmteplekken via uniforme luchtverdeling

Koelsystemen met geheven vloer voor luchtstroming elimineren thermische hotspots effectief, niet door overdreven koeling, maar door uniforme en gerichte luchtverdeling. Bij juiste ontwerp- en implementatievoorschriften voorkomen deze systemen dat koude lucht kortsluit en dat warme lucht wordt hercirculeerd, en lossen uiteindelijk hotspots op die de ASHRAE-thermische grenswaarden overschrijden met wel 13,66.

Thermische stratificatie overwinnen via consistente ondergrondse luchtstroom

Thermische stratificatie is een verschijnsel dat wordt veroorzaakt door opstijgende, warme afvoerlucht, waardoor een slechte menging van toevoerlucht ontstaat. Luchtstroming onder de vloer met een snelheid van ongeveer 2,5 meter per seconde of hoger helpt bij het doorbreken van thermische lagen. Verschillende aanvullende maatregelen zijn nodig om deze thermische lagen te doorbreken. Een daarvan is het afdichten van kabeldoorgangen. Daarnaast is het invullen van lege ruimtes in servershelves met afdekpanelen een essentiële maatregel. Deze maatregelen zorgen ervoor dat koude lucht uitsluitend via de geperforeerde tegels wordt toegevoerd, zoals bedoeld in het ontwerp.

Centraal beheerde luchtstroom: Afstemming van CRAC-output op tegelindeling

Bypass-luchtstroom kan de koelcapaciteit van een datacenter verminderen met 25–40%. Dit komt doordat CRAC-units de luchtstroom verminderen naar gekoelde lucht die de servers niet heeft bereikt. Berekeningsvloeistofdynamica heeft aangetoond dat het probleem kan worden opgelost met een andere configuratie van tegelporositeit die overeenkomt met de temperatuurzones van de racks. Tegels met een porositeit groter dan 56% verliezen waarschijnlijk lucht aan de dichtst opeengepakte racks. Bovendien dient de richting van de luchtstroom van de CRAC-units te worden afgestemd op de plaatsing van de tegels in de gehele ruimte. Dit maximaliseert de drukverschillen in het systeem, wat de bepalende factor is voor de efficiëntie van het koelsysteem.

Samenhangende strategieën voor luchtstroombeheer in omgevingen met verhoogde vloer

Toegangsvloeren vormen de infrastructuur voor de meeste koelsystemen, maar ze passen echt perfect bij het systeem wanneer ze worden gecombineerd met goede luchtstroombeheersstrategieën. Configuraties met warme en koude gangen voorkomen dat de warme retourlucht zich mengt met de binnenkomende toevoerlucht. Dit zorgt voor een betere temperatuurconsistentie over de gehele lengte van de gang. Het juiste gebruik van afdekpanelen, in combinatie met goed afgedichte kabelbeheerssystemen, zorgt voor een betere drukbeheersing in het plenum en vermindert energieverlies met ongeveer 30%. Innovatief gebruik van vloertegels, gebaseerd op actuele omstandigheden die zijn gemeten via temperatuurkaarten en computermodeleering, leidt tot een betere responsiviteit op wijzigingen in het systeem.
De combinatie van deze technieken leidt tot een verlaging van de Power Usage Effectiveness (PUE)-waarde met ongeveer 0,15–0,3 punt, wat een reële verbetering is van de efficiëntie en betrouwbaarheid van de koelsystemen en de gecontroleerde omgeving.

FAQ Sectie

Wat is een verhoogde toegangsvloer?
Een verhoogde toegangsvloer is een verhoogde vloerconstructie waarbij de ruimte eronder wordt gebruikt voor bekabeling, HVAC-systemen en andere infrastructuur.

Hoe helpt een ondergrondse luchtkamer bij het koelen?
Een ondergrondse luchtkamer is een onder druk staande luchtkamer die een gelijkmatige distributie van gereguleerde lucht mogelijk maakt om warmtepieken te minimaliseren en aan te passen aan de koelbehoeften.
Wat zijn de voordelen van geperforeerde tegels in toegangsvloeren?
Geperforeerde tegels verbeteren de koel-efficiëntie door een betere luchtstroom van koude lucht naar de inlaatopeningen van servers mogelijk te maken, waardoor de temperatuur rond de servers wordt geregeld.

Wat kan worden gedaan om thermische stratificatie te voorkomen?

Een consistente luchtcirculatie onder het vloersysteem, evenals het afsluiten van open openingen, bevordert een gecontroleerde en gelijkmatige distributie van koude lucht.

Wat wordt bedoeld met 'bypass airflow' en hoe kan dit worden voorkomen?

Bypass-luchtstroom treedt op wanneer gereguleerde lucht wordt teruggevoerd naar de CRAC-units voordat deze volledig is verdeeld; om dit te voorkomen, wordt aanbevolen de afvoer van de CRAC-units in overeenstemming met het roosterontwerp van de tegels te configureren.