Как мы можем определить достаточность систем охлаждения при проектировании? Посчитать требуемую холодопроизводительность, предусмотреть «запас», посчитать расстояние затухания струй при подаче холодного воздуха в рабочую зону. Это рабочие инструменты для комфортного кондиционирования, где цена ошибки сравнительно невысока, а конфигурация рабочей зоны и направление потоков достаточно предсказуемы.
Для ЦОДов же ситуация несколько иная. В случае локального повышения температуры из-за образования застойной зоны есть риск повредить крайне дорогостоящее оборудование и «положить» всю систему. Посчитать всё «на коленке» не представляется возможным, и тут на помощь приходят они — программы моделирования.
Что это такое?
Модели Computational Fluid Dynamics (CFD) — это разновидность трёхмерного моделирования аэродинамических и теплообменных процессов. Осуществляется на базе метода конечных элементов, то есть когда заданы условия сред на каких-то начальных и конечных участках. И тут как раз кроется главный подводный камень: точность модели зависит от того, насколько корректно заданы начальные условия и описаны процессы для каждого объекта.
Для того чтобы глубже копнуть эту тему, стоит упомянуть программные продукты, которые наиболее распространены и способны решить подобную задачу. Это Ansys, SolidWorks HVAC и DataCenter Design (ранее 6Sigma Room).
Ansys представляет собой очень сложный расчётный продукт, который позволяет анализировать детали и конструкции, выстраивать сложные деревья проекта, учитывая не только аэродинамические или гидравлические характеристики сред, но и тепломассообменные процессы, нестационарность сред и тому подобное. Но, с другой стороны, из-за своей сложности, очень высокого порога вхождения и отсутствия собственного графического интерфейса данный софт не очень подходит для анализа помещений с достаточно нелинейными процессами и большим количеством объектов, влияющих на процесс.
Плагин SolidWorks HVAC уже больше подходит для анализа именно систем охлаждения для помещений, но всё же имеет очень малую базу готовых элементов и требует ручной настройки и точного понимания, где задавать рабочие плоскости, какие процессы и параметры там необходимо задавать и так далее.
И последний представитель — Data Center Design. Как видно из названия, данный продукт разрабатывался именно для анализа ЦОДов. Здесь представлен достаточно простой графический инструмент, который позволяет оперативно выстроить 3D-модель на базе CAD-чертежей. При этом он имеет интегрированные библиотеки с оборудованием для ЦОДов (пусть и несколько устаревшие). Плюс имеются определенные инструменты, специфичные именно для систем в ЦОДах.
Что это даёт?
С помощью предварительного CFD-моделирования с определенной точностью можно определить достаточность подобранной системы охлаждения, температурный режим работы каждого конкретного блока или стойки, проанализировать подвижность воздуха в тех или иных зонах, влияние препятствий на пути доставки холода и так далее. Также можно заранее посмотреть на состояние систем в рабочем и аварийных режимах, составить тепловые карты в вертикальных и горизонтальных проекциях и получить развёрнутый отчёт о «самочувствии» активного оборудования вплоть до уровня юнита.
Конечно, нельзя утверждать, что модель на 100% достоверно показывает, какая ситуация будет в будущем ЦОДе, но она дает возможность определить потенциально проблемные места и провести корректирующие меры на ранней стадии.
Еще одним важным фактором является уровень квалификации специалиста, который разрабатывает модель. Отнюдь не всегда получается решить задачу путем использования стандартных блоков. А в любой ситуации, когда идёт отступление от параметров, заложенных в каталожной «болванке», необходимо точно понимать, какой параметр на что влияет, что означает и как повлияет на общую картину.
Плюсы и минусы
Несомненным плюсом создания CFD-модели является возможность спрогнозировать и избежать различных недочетов в качестве, количестве и мощности систем охлаждения. При этом чем точнее и полнее исходные данные при разработке модели, тем выше ее достоверность.
Минусом является то, что такой инструмент оставляет простор для ошибки и искажения результатов из-за неправильного задания начальных и конечных условий, взаимодействия блоков и просто неправильного понимания физики процессов.
Заключение
Назвать CFD-моделирование панацеей нельзя. Это просто дополнительный инструмент в копилку специалистов как на стороне исполнителя, так и на стороне заказчика. Как я уже говорил выше, он может быть полезен в руках опытных специалистов и дать общее представление о ситуации на будущем объекте, но не стоит возводить его в абсолют и считать какой-то непреложной истиной.
