Indice generale

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Indice generale

Sommario ... i

Indice generale ... ii

Indice delle figure ... v

Indice delle tabelle ... xi

Introduzione ... 1

PARTE I - MODELLO DI SIMULAZIONE Capitolo 1: Descrizione sala e specifiche ... 4

1.1 Descrizione della sala di calcolo dell'INFN di Pisa ... 4

1.2 Descrizione delle sorgenti di calore ... 9

1.2.1 Unità server 1U IBM 3455... 11

1.2.2 Unità di storage JBOD IBM 4100 ... 11

1.3 Descrizione dei sistemi di raffreddamento ... 12

1.3.1 Refrigeratori Hiross ... 12

1.3.2 Refrigeratori APC InROW ... 13

Capitolo 2: Modello di simulazione... 15

2.1 Griglia di calcolo ... 15

2.2 Impostazioni di Fluent ... 17

2.2.1 Scelta del solutore ... 18

2.2.2 Modello di turbolenza ... 19

2.2.3 Condizioni al contorno ... 21

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Indice generale iii

2.2.5 Scheme: controllo degli InRow ... 26

2.2.6 Inizializzazione del flusso e iterazioni ... 27

2.3 Perfezionamenti del modello ... 27

2.3.1 Effetto della gravità ... 27

2.3.2 Effetto della non-adiabaticità della pavimento ... 28

2.4 Parallel Fluent ... 30

Capitolo 3: Modello APC InRow ... 32

3.1 Breve introduzione agli scambiatori di calore ... 32

3.2 Descrizione dell’impianto di raffreddamento ... 34

3.3 Modelli di simulazione dell’APC ... 37

3.3.1 Modello _ε-NTU ... 38

3.3.2 Modello di regressione lineare ... 48

3.3.3 Confronto tra i metodi ... 66

Capitolo 4: Validazione del modello: risultati ... 67

4.1 Situazione reale della sala di calcolo ... 67

4.2 Risultati della simulazione ... 68

PARTE II - SOLUZIONI PROGETTUALI Capitolo 5: Configurazione finale ... 91

5.1 Descrizione del progetto ... 92

5.2 Modifiche al modello ... 95

Capitolo 6: Analisi della configurazione finale ... 96

6.1 Risultati – Caso A (30 server) ... 96

6.2 Risultati – Caso B (35 server) ... 114

6.3 Confronto ... 131

Capitolo 7: Soluzioni progettuali ... 136

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Indice generale iv

7.2 Risultati ... 139

7.1.1 Confinamento parziale – Caso B-CP (35 server) ... 146

7.1.2 Confinamento totale – Caso B-CT (35 server) ... 162

7.1.3 Griglia centrale – Caso A-GC (30 server) ... 178

7.3 Confronto ... 194

Conclusioni ... 198

APPENDICE Appendice A: User Defined Function ... 202

A.1 Parte iniziale ... 202

A.2 Macro usate per rack ... 205

A.3 Macro per gli APC InRow ... 206

A.4 Macro usate per gli Hiross ... 209

A.5 Macro usate per il pavimento ... 211

Appendice B: Codice Scheme ... 213

Appendice C: Codici Matlab ... 215

C.1 Modello ε-NTU ... 215

C.1.1 Ottimizzazione della superficie di scambio termico ... 217

C.1.2 Proprietà acqua ... 218

C.1.3 Proprietà aria ... 219

C.1.4 Accuratezza del modello... 220

C.1.5 Costruzione dei grafici ... 222

C.2 Modello di regressione ... 225

C.2.1 Valutazione dell’accuratezza ... 226

C.2.2 Dati del manuale APC InRow ... 231

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Indice delle figure

Fig. I.1 – Sala di calcolo nella configurazione attuale ... 2

Fig. 1.1 – Pianta ortogonale della sala di calcolo e denominazione degli elementi ... 5

Fig. 1.2 – Flussi di entrata e uscita in corrispondenza del corridoio freddo ... 6

Fig. 1.3 – Flussi di entrata e uscita in corrispondenza del corridoio caldo ... 6

Fig. 1.4 – Flussi in entrata e uscita dall’Hiross ... 7

Fig. 1.5 – Sala di calcolo dell’INFN di Pisa: corridoi freddi ... 8

Fig. 1.6 – Sala di calcolo dell’INFN di Pisa: isola APC ... 8

Fig. 1.7 – Tipologia e numero di componenti hardware all’interno dei rack ... 10

Fig. 2.1 – Schema di funzionamento del calcolo in parallelo [3] ... 30

Fig. 3.1 – Scambiatore di calore a doppio tubo ... 33

Fig. 3.2 – Schema generale dell'impianto di raffreddamento ... 35

Fig. 3.3 – Schema a blocchi del modello InRow ... 37

Fig. 3.4 – Schema di funzionamento del metodo -NTU ... 42

Fig. 3.5 – Modello -NTU: visualizzazione grafica degli errori assoluti e relativi ... 43

Fig. 3.6 – Modello -NTU: andamenti della potenza al variare della temperatura dell’aria ... 44

Fig. 3.7 – Modello -NTU: andamenti della potenza al variare della temperatura dell’acqua ... 45

Fig. 3.8 – Modello -NTU: andamenti della potenza al variare della portata d’aria ... 46

Fig. 3.9 – Modello -NTU: andamenti della potenza al variare della portata d’acqua... 47

Fig. 3.10 – Andamento della potenza al variare della temperatura dell’acqua in ingresso per i modelli 2 e 4 ... 53

Fig. 3.11 – Modello di regressione 1: visualizzazione grafica degli errori assoluti e relativi ... 55

Fig. 3.15 – Modello di regressione 3: andamento della potenza al variare della temperatura di ingresso dell’aria... 59

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Indice delle figure vi Fig. 3.16 – Modello di regressione 3: andamento della potenza al variare della

temperatura di ingresso dell’acqua ... 60

Fig. 3.17 – Modello di regressione 3: andamento della potenza al variare della portata dell’acqua ... 61

Fig. 3.18 – Confronto del modello di regressione 3 con le osservazioni disponibili da manuale (Tacqua=5.6°C) ... 62

Fig. 3.21 – Confronto del modello di regressione 3 con le osservazioni disponibili da manuale (Tacqua=10°C) ... 65

Fig. 4.1 – Posizione dei punti di controllo della temperatura ... 68

Fig. 4.2 – Andamento nel tempo della temperatura in ingresso ai condizionatori ... 69

Fig. 4.3 – Andamento nel tempo della temperatura in ingresso ai rack ... 70

Fig. 4.4 – Andamento nel tempo della temperatura media superficiale dei piani ortogonali ad X ... 70

Fig. 4.5 – Andamento nel tempo della temperatura media superficiale di piani ortogonali ad Y e Z ... 71

Fig. 4.6 – Caso Attuale: campo di temperatura in corrispondenza di Z=1.3 m ... 73

Fig. 4.9 – Caso Attuale: campo di temperatura in corrispondenza di piani paralleli alla parete longitudinale ... 76

Fig. 4.10 – Caso Attuale: campo di temperatura in corrispondenza di piani paralleli alla parete laterale... 77

Fig. 4.11 – Caso Attuale: temperatura sulle superfici di ingresso ed uscita dei vari elementi ... 78

Fig. 4.12 – Caso Attuale: campo di velocità in corrispondenza di Z=1.3 m ... 79

Fig. 4.15 – Caso Attuale: campo di velocità in corrispondenza di piani paralleli alla parete longitudinale ... 82

Fig. 4.16 – Caso Attuale: campo di velocità in corrispondenza di piani paralleli alla parete laterale ... 83

Fig. 4.17 – Caso Attuale: streamlines in corrispondenza di ingressi/uscite rack ... 84

Fig. 4.18 – Caso Attuale: streamlines in corrispondenza di ingressi/uscite InRow ... 85

Fig. 4.19 – Caso Attuale: streamlines in corrispondenza di ingressi/uscite Hiross ... 86

Fig. 4.20 – Caso Attuale: streamlines in corrispondenza delle griglie ... 87

Fig. 5.1 – Sala di calcolo nella sua configurazione finale ... 91

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Indice delle figure vii

Fig. 5.3 – Tipologia e numero di componenti hardware all’interno dei rack ... 94

Fig. 6.1 – Caso A: andamento nel tempo della temperatura in corrispondenza delle superfici di ingresso degli Hiross ... 97

Fig. 6.2 – Caso A: andamento nel tempo della temperatura media superficiale dei piani ortogonali ad X ... 98

Fig. 6.3 – Caso A: andamento nel tempo della temperatura media superficiale dei piani ortogonali ad Y e Z ... 98

Fig. 6.4 – Caso A: campo di temperatura in corrispondenza di Z=1.3 m ... 100

Fig. 6.7 – Caso A: campo di temperatura in corrispondenza di piani paralleli alla parete longitudinale ... 103

Fig. 6.8 – Caso A: Campo di temperatura in corrispondenza di piani paralleli alla parete laterale ... 104

Fig. 6.9 – Caso A: temperatura sulle superfici di ingresso e di uscita dei vari elementi.. 105

Fig. 6.10 – Caso A: campo di velocità in corrispondenza di Z=1.3 m ... 106

Fig. 6.13 – Caso A: campo di velocità in corrispondenza di piani paralleli alla parete longitudinale ... 109

Fig. 6.14 – Caso A: campo di velocità in corrispondenza di piani paralleli alla parete laterale ... 110

Fig. 6.15 – Caso A: streamlines in corrispondenza di ingressi/uscite rack ... 111

Fig. 6.16 – Caso A: streamlines in corrispondenza di ingressi/uscite InRow ... 112

Fig. 6.17 – Caso A: streamlines in corrispondenza di ingressi/uscite Hiross ... 113

Fig. 6.18 – Caso A: streamlines in corrispondenza delle griglie ... 114

Fig. 6.19 – Caso B: andamento nel tempo della temperatura in ingresso agli Hiross ... 115

Fig. 6.20 – Caso B: andamento nel tempo della temperatura media superficiale dei piani ortogonali ad X ... 115

Fig. 6.21 – Caso B: andamento nel tempo della temperatura media superficiale dei piani ortogonali ad Y e Z ... 116

Fig. 6.22 – Caso B: campo di temperatura in corrispondenza di Z=1.3 m ... 117

Fig. 6.25 – Caso B: campo di temperatura in corrispondenza di piani paralleli alla parete longitudinale ... 120

Fig. 6.26 – Caso B: campo di temperatura in corrispondenza di piani paralleli alla parete laterale ... 121

Fig. 6.27 – Caso B: temperatura sulle superfici di ingresso e uscita dei vari elementi .... 122

Fig. 6.28 – Caso B: campo di velocità in corrispondenza di Z=1.3 m ... 123

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Indice delle figure viii

Fig. 6.30 – Caso B: campo di velocità in corrispondenza di Z=0.15 m ... 125

Fig. 6.31 – Caso B: campo di velocità in corrispondenza di piani paralleli alla parete longitudinale ... 126

Fig. 6.32 – Caso B: campo di velocità in corrispondenza di piani paralleli alla parete laterale ... 127

Fig. 6.33 – Caso B: streamlines in corrispondenza di ingressi/uscite rack... 128

Fig. 6.34 – Caso B: streamlines in corrispondenza di ingressi/uscite InRow ... 129

Fig. 6.35 – Caso B: streamlines in corrispondenza di ingressi/uscite Hiross ... 130

Fig. 6.35 – Caso B: streamlines in corrispondenza delle griglie ... 131

Fig. 7.1 – Confinamento parziale ... 137

Fig. 7.2 – Confinamento totale ... 138

Fig. 7.3 – Griglia centrale ... 139

Fig. 7.4 – Caso B-CP: andamento nel tempo della temperatura in ingresso agli Hiross . 140 Fig. 7.5 – Caso B-CP: andamento nel tempo della temperatura media superficiale dei piani ortogonali ad X ... 141

Fig. 7.6 – Caso B-CP: andamento nel tempo della temperatura media superficiale dei piani ortogonali ad Y e Z ... 141

Fig. 7.7 - Caso B-CT: andamento nel tempo della temperatura in ingresso agli Hiross .. 142

Fig. 7.8 – Caso B-CT: andamento nel tempo della temperatura media superficiale dei piani ortogonali ad X ... 142

Fig. 7.9 – Caso B-CP: andamento nel tempo della temperatura media superficiale dei piani ortogonali ad Y e Z ... 143

Fig. 7.10 – Caso A-GC: andamento nel tempo della temperatura in ingresso agli Hiross ... 143

Fig. 7.11 – Caso A-GC: andamento nel tempo della temperatura media superficiale dei piani ortogonali ad X ... 144

Fig.7.12 – Caso A-GC: andamento nel tempo della temperatura media superficiale dei piani ortogonali ad Y e Z ... 144

Fig. 7.13 – Caso B-CP: campo di temperatura in corrispondenza di Z=1.3 m ... 147

Fig. 7.16 – Caso B-CP: campo di temperatura in corrispondenza di piani paralleli alla parete longitudinale ... 150

Fig. 7.17 – Caso B-CP: campo di temperatura in corrispondenza di piani paralleli alla parete laterale... 151

Fig. 7.18 – Caso B-CP: temperatura sulle superfici di ingresso e uscita dei vari elementi ... 152

Fig. 7.19 – Caso B-CP: campo di velocità in corrispondenza di Z=1.3 m ... 153

Fig. 7.20 – Caso B-CP: campo di velocità in corrispondenza di Z=2.5 m ... 154

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Indice delle figure ix Fig. 7.22 – Caso B-CP: campo di velocità in corrispondenza di piani paralleli alla parete

longitudinale ... 156

Fig. 7.23 – Caso B-CP: campo di velocità in corrispondenza di piani paralleli alle parete laterale ... 157

Fig. 7.24 – Caso B-CP: streamlines in corrispondenza di ingressi/uscite rack ... 158

Fig. 7.25 – Caso B-CP: streamlines in corrispondenza di ingressi/uscite InRow ... 159

Fig. 7.25 – Caso B-CP: streamlines in corrispondenza di ingressi/uscite Hiross ... 160

Fig. 7.25 – Caso B-CP: streamlines in corrispondenza delle griglie ... 161

Fig. 7.28 – Caso B-CT: campo di temperatura in corrispondenza di Z=1.3 m ... 163

Fig. 7.31 – Caso B-CT: campo di temperatura in corrispondenza di piani paralleli alla parete longitudinale ... 166

Fig. 7.32 – Caso B-CT: campo di temperatura in corrispondenza di piani paralleli alla parete laterale... 167

Fig. 7.33 – Caso B-CT: temperatura sulle superfici di ingresso e uscita dei vari elementi ... 168

Fig. 7.34 – Caso B-CT: campo di velocità in corrispondenza di Z=1.3 m ... 169

Fig. 7.37 – Caso B-CT: campo di velocità in corrispondenza di piani paralleli alla parete longitudinale ... 172

Fig. 7.38 – Caso B-CT: campo di velocità in corrispondenza di piani paralleli alla parete laterale ... 173

Fig. 7.39 – Caso B-CT: streamlines in corrispondenza di ingressi/uscite rack ... 174

Fig. 7.40 – Caso B-CT: streamlines in corrispondenza di ingressi/uscite InRow ... 175

Fig. 7.41 – Caso B-CT: streamlines in corrispondenza di ingressi/uscite Hiross ... 176

Fig. 7.42 – Caso B-CT: streamlines in corrispondenza delle griglie ... 177

Fig. 7.43 – Caso A-GC: campo di temperatura in corrispondenza di Z=1.3 m ... 179

Fig. 7.46 – Caso A-GC: campo di temperatura in corrispondenza di piani paralleli alla parete longitudinale ... 182

Fig. 7.47 – Caso A-GC: campo di temperatura in corrispondenza di piani paralleli alla parete laterale... 183

Fig. 7.48 – Caso A-GC: temperatura sulle superfici di ingresso e uscita dei vari elementi ... 184

Fig. 7.49 – Caso A-GC: campo di velocità in corrispondenza di Z=1.3 m ... 185

Fig. 7.50 – Caso A-GC: campo di velocità in corrispondenza di Z=2.5 m ... 186

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Indice delle figure x Fig. 7.52 – Caso A-GC: campo di velocità in corrispondenza di piani paralleli alla parete

longitudinale ... 188

Fig. 7.53 – Caso A-GC: campo di velocità in corrispondenza di piani paralleli alla parete laterale ... 189

Fig. 7.54 – Caso A-GC: streamlines in corrispondenza di ingressi/uscite rack... 190

Fig. 7.55 – Caso A-GC: streamlines in corrispondenza di ingressi/uscite InRow ... 191

Fig. 7.56 – Caso A-GC: streamlines in corrispondenza di ingressi/uscite Hiross ... 192

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Indice delle tabelle

Tab. 1.1 – Consumi elettrici delle varie fonti di calore ... 9

Tab. 1.2 – Specifiche tecniche Server 1U IBM 3455 ... 11

Tab. 1.3 – Specifiche tecniche JBOD IBM 4100 ... 12

Tab. 1.4 – Specifiche tecniche Hiross ... 13

Tab. 1.5 – Specifiche tecniche APC InRow ... 14

Tab. 2.1 – Spaziatura dei nodi della griglia ... 16

Tab. 2.2 – Condizioni al contorno e superfici sulle quali vengono applicate ... 17

Tab. 2.3 – Valori delle aree delle superfici per i vari elementi ... 23

Tab. 2.4 – Valori di portata, FRW e velocità in uscita da ogni componente ... 24

Tab. 2.5 – Parametri di simulazione... 27

Tab. 2.6 – Caratteristiche geometriche e fisiche del truciolato ... 29

Tab. 3.1 – Caratteristiche principali dello scambiatore di calore dell’InRow ... 41

Tab. 3.2 – Valori degli indici di accuratezza dei vari modelli ... 53

Tab. 3.3 – Valori dei coefficienti di regressione per il modello 3 ... 54

Tab. 4.1 – Valori di temperatura: confronto tra i risultati del modello e la situazione reale ... 88

Tab. 4.2 – Valori di potenza refrigeratrice: confronto tra i risultati del modello e la situazione reale ... 89

Tab. 5.1 – Valori di portata, FRW e velocità in uscita da ogni componente (configurazioni 30\35 server) ... 95

Tab. 6.1 – Casi A e B: valori di temperatura ... 133

Tab. 6.2 – Casi A e B: valori di potenza di refrigerazione dei condizionatori ... 133

Tab. 6.3 – Casi A e B: prestazioni dell’impianto di raffreddamento ... 135

Tab. 7.1 – Casi CP CT e GC: valori di temperatura ... 195

Tab. 7.2 – Casi CP CT e GC: valori di potenza di refrigerazione dei condizionatori ... 196