Anzeige: Thermische Modelle eines IT-Raums

Fehlende IT-Details blockierten bisher den thermischen Forecast

25. Juni 2020, 09:00 Uhr   |  Alpha Numerics

Fehlende IT-Details blockierten bisher den thermischen Forecast
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Bei der Modellerstellung für eine thermische Simulation Ihres IT-Raums, reicht bei RZ-Planern und Co-Locatorn oftmals ein einfaches Black-Box-Modell der IT aus, um das Klimakonzept vorweg zu prüfen.

Die Erstellung von virtuellen CFD-Modellen eines IT-Raums kann sehr nervenaufreibend sein. Dies gilt besonders dann, wenn man Informationen einbeziehen muss, welche man nicht kennt oder welche für die CFD-Simulation irrelevant sind. Ein solches Beispiel sind sehr detaillierte IT-Beschreibungen für RZ-Planer und Co-Location-Betreiber.

Für Rechenzentrumsplaner und Co-Location-Betreiber, die gerne ein CFD-Werkzeug einsetzen würden, ist meist das Fehlen einer detaillierten Inventarbeschreibung von IT-Schränken ein gemeinsames Problem.

Einem Planer reicht meist eine klare Aussage über kW/Rack aus. Aber ist dies für eine aussagekräftige Vorabsimulation der Luftwege und des Klimakonzeptes ausreichend, wenn Rackgrößen, Bestückungsszenarien und genaue Hardwareauswahl noch nicht feststehen?

Ebenso kann es sein, dass der Co-Location-Betreiber keinen Zugang zu den Detail-Informationen hat, weil er die Schranktür nicht öffnen kann, und trotzdem soll dieser für seine Kunden ein effizientes- und sicheres Kühlkonzept auf der Mietfläche garantieren - eventuell sogar den einzelnen Kundenanforderungen angepasst.

Ein CFD-Modell mit Black-Box-Kabinettobjekten zielt darauf ab, die Eingabe eines hohen Detaillierungsgrades überflüssig zu machen und gleichzeitig eine akkurate Simulation des Raumes als Ganzes zu erhalten. Durch das Entfernen von Details aus dem Schrankmodell, kann sowohl beim Erstellen des Modells (Digitaler Zwilling) als auch bei der Durchführung der CFD-Berechnungen viel Zeit gespart werden.

Erstellung eines Black-Box-KabinettsDie Blackbox eines Racks benötigt nur 2 Informationen über den IT-Inhalt, die Strombelastung und den Temperaturanstieg. Weitere Details für die Simulation können über eine vordefinierte Dropdown-Liste zur Definition der Bestückungsweise/Blankings ausgewählt werden Die gesamte Verlustleistung im Rack kann sehr einfach über 4 verschiedene Niveaus aufgeteilt werden.

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Bild 1.

Schrankleistung und Temperaturerhöhung sind beide einfach zu ermittelnde Eingabewerte. Die Leistung ist normalerweise ein vom Kunden vorgegebener Wert. Der für die IT-Hardware zu erwartende Temperaturanstieg kann aus Messdaten oder Industriestandards entnommen werden. Die zu erwartende Blanking-Einstellungen (Schließung der Leerschächte und saubere Trennung der Zu- und Abluft) können jedoch etwas mehr an Überlegung seitens des Benutzers erfordern. Auch hier vereinfacht das Black-Box-Rack mit seinen vordefinierten und getesteten Einstellungen, welche von überhaupt keinem Blanking bis hin zu einem perfekt abgedichteten Rack reichen, die Sache erheblich.

Wie setzen sich die Ergebnisse zusammen?

Schauen wir uns einen einzelnen Schrank in einer einfachen Testkammer an. Auf der linken Seite befindet sich das traditionelle Schrankmodell mit generischer, detaillierter IT-Hardware, welche gleichmäßig über den Schrank verteilt ist; auf der rechten Seite befindet sich das Black-Box-Äquivalent. Beim Vergleich der beiden zeigen die Stromlinien der Luft eine sehr enge Übereinstimmung zwischen den beiden Simulationen.

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Bild 2.

Doch wie wäre es mit dem Blick in einen etwas größeren Maßstab, wie z.B. einem einfachen 6SigmaRoom-Modell unter Verwendung der beiden Detaillevel der Schränke? Der Vergleich der Ergebnisse auf Raumebene zeigt eine sehr gute Übereinstimmung zwischen den Modellen. Basierend darauf könnten auch dieselben Schlussfolgerungen über die Leistung des Raumes gezogen werden, egal welche Methode wir gewählt haben.

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Bild 3.

Wie sieht es mit Zeitersparnis für die CFD-Berechnung aus?

Die Tabelle in Bild 4 zeigt sowohl die Reduzierungen in Sekunden pro Zeitschritt als auch die Iterationen, die bei Verwendung des Black-Box-Objekts durchgeführt wurden - damit ist das Black-Box-Modell deutlich schneller als sein Pendant.
 

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Bild 4.

Was sind die Einschränkungen?

Der Zweck des Blackbox-Objekts besteht darin, für den Anwender die Komplexität des Modells zu reduzieren und mit stark verkürzten Simulationszeiten in kürzester Zeit am Arbeitsplatz Design-Entscheidungen treffen zu können. Solch ein Black-Box-Modell ist sogar erwünscht, wenn ein genauer definierter Bestand nicht verfügbar ist.
Der Umfang, in dem diese Methode verwendet werden kann, hängt natürlich vom Ziel der Analyse ab, d.h. sie ist sehr modell- und projektspezifisch. Man kann jedoch sagen, dass die Abweichung von einer genauen Lösung bei der Verwendung von Black-Box-Objekten mit der Raumunordnung zunimmt. Wenn der Raum zum Beispiel extrem übersichtlich angeordnet ist und mit ähnlicher IT-Hardware und ähnlichen Schränken bestückt ist, dann bietet die Blackbox-Methode eine viel genauere Lösung als bei einer Simulation von IT-Räumen mit inhomogener Struktur, welche über die Zeit durch unstrukturierten Hardwarekauf chaotisch gewachsen sind.
Diese Methode eignet sich besser für die Planung neuer IT-Räume, Neubestückung alter -  nun neu zu strukturierender Räume oder für Co-Locator, die ohne jegliche Hardwaredetails für einen inhomogen bestückten Raum (unterschiedliche Kundenabschnitte) einen klimatischen Stresstest virtuell durchführen möchten.
6SigmaROOMLite kann zu Testzwecken jederzeit auf unserer Homepage kostenlos beantragt werden: https://www.alpha-numerics.de/raumsimulation/.

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