Cold aisle containment for server racks

Servers and data centers are indispensable in our digitalized world, but their energy requirements are increasing exponentially. This development is not only an ecological challenge, but also an economic one. Optimizing energy consumption is therefore of crucial importance. Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation is proving to be a crucial tool in this respect. It enables precise modeling of complex flow and temperature conditions in order to develop efficient cooling strategies. This introduction emphasizes the urgency of energy optimization in servers and data centers and shows how CFD simulations can serve as the key to solving this problem.

The aim of this study is to optimize the cold aisle containment for a server room using numerical simulation and thus minimize energy costs through targeted optimization of the flow field. The investigation is carried out in two steps:

•  Current status: Cold aisle containment under the entire server room.
• Optimized geometry: Air supply as a duct, optimum flow through the racks.

• Von insgesamt 18 Server-Racks sind 12 als aktiv angenommen, mit einer Wärmeleistung von jeweils Q = 7500 W 

• Die Server-Racks und der Gitterboden sind nicht detailliert betrachtet, sondern wurden als poröse Medien mit den entsprechenden Druckverlustkoeffizienten definiert. 

The cooling of the racks is optimized on the basis of several variant studies.

Bei beiden Untersuchungen ist die Eintrittstemperatur konstant mit T = 20°C definiert.  

Die Temperaturverteilung beider Varianten ist in den nachstehenden Bildern dargestellt. 

Durch die Geometrieänderungen konnte eine Reduktion des benötigten Luftmassenstroms um ca. 7% erzielt werden. Da die Luft bei der zweiten Variante direkt zum Gitterboden geführt wird, wird eine optimale Durchströmung des Serverraums erzielt. Die Racks werden gleichmäßiger gekühlt, wie sich an den Temperaturbildern erkennen lässt. 

Durch die optimierte Strömungsführung lässt sich die erforderliche Leistungsaufnahme des Klimagerätes bereits deutlich reduzieren, da zum einen weniger Luftmassenstrom gekühlt werden muss und zum anderen die Pumpleistung reduziert wird. 

With the help of CFD flow simulation, the air volume flow required to cool a server room could be reduced by 7 % with more uniform cooling of the server rack. This leads to energy savings during operation, as the air conditioning can be designed to be more efficient and smaller.

Operating costs 
CFD 
Computer 
Computer rack 
Saving 
Energy saving 
Investment costs 
Cold aisle 
Air conditioning 
Cooling 
Air cooling 
Rack 
Data center 
Control cabinet 
Server rack 
Server room 
Flow 
Hot aisle