Climatisation de data center

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Un data Center ou salle serveur concentre des données dans des baies de stockage muni de serveurs informatiques.
Ces dernières années content tenu de l’évolution des capacités de stockage sans cesse grandissante des disques durs de nouvelles génerations et de leurs densités la quantité de chaleur à évacuée devient très importante de l’ordre de 2 kW par mètre carré de baies.
Pour garantir les performances et le fonctionnement pérenne de ces installations il est nécessaire de climatiser et d’évacuer cette chaleur. Il y a quelques années au début des datacenter on pouvait seulement climatiser la salle en utilisant en complément quand cela était possible un système de free cooling, mais de nos jours cela devient plus compliqué.
En effet la haute disponibilite, la densité des baies informatiques et la capacité de stockage des disques durs sont nettement plus importantes aujourd’hui, il ne faut donc climatiser aux plus près ces divers éléments en évitant les zones chaudes.
La consommation énergétique des systèmes de climatisation devient un vrai problème à résoudre, il faut donc faire la chasse à toute surconsommation, d’autant que chaque salle serveur à ses propres contraintes de température et d’humidité relative.

Organisation et architecture de la climatisation à air

L’ancienne approche qui consistait à climatiser dans son entièreté la salle informatique où se trouver les différentes baies informatiques devient de plus en plus inadapté et moins efficace aux nouvelles configurations et architectures des salles serveurs. En effet ce type de traitement de l'air ne permet pas la distribution de l’air climatisé aux endroits les plus névralgiques c’est-à-dire au cœur des baies, là où se trouvent les points chauds.

data center

Conception en allée chaude et allée froide.

Pour réduire au minimum la chaleur au cœur des serveurs il faut que la trajectoire de l’air climatisé soit la plus courte et la plus précise possible. L’organisation en allée chaude et en allée froide permet de séparer les flux d’air, bien entendu plus cette séparation est étanche plus la climatisation sera efficace.

Cette architecture demande une organisation particulière des serveurs et représente la norme concernant la climatisation de data Center.
L’air froid venant du système de climatisation est pulsé à travers des gaines installées sous le faux plancher, cet air est soufflé sur les faces avant des serveurs c’est l’allée froide, de petits ventilateurs (ou pas) intégrés dans les serveurs permettent de véhiculer cet air froid à travers le serveur puis l’air chaud est rejeté à l’arrière des serveurs c’est l’allée chaude. Cet air chaud sortant des serveurs sera aspiré en partie haute par des grilles de reprise.

Pour améliorer encore les performances de l’organisation en allée chaude en allée froide on optera pour le confinement des allées froides c’est-à-dire en séparant de manière étanche l’allée froide du reste du bâtiment.

Le plafond et les espaces entre les baies seront systématiquement fermés, constituant ainsi un espace clos. La température sera plus homogène, le taux de brassage de l’air sera moins important, le temps de fonctionnement de la climatisation se réduira de manière conséquente.

  1. Allée froide
  2. Porte vitrée (confinement)
  3. Faux plancher technique, réseau électrique
  4. Plafond étanche(confinement)
  5. Allée chaude

Free Cooling

Quand la différence de température entre la salle climatisée et la température de l’air extérieur devient importante (15°C) il est intéressant d’exploiter ce potentiel d'énergie gratuite pour refroidir les baies informatiques. Ce type de fonctionnement permet de réduire le temps de fonctionnement des compresseurs ainsi que la consommation énergétique. L’air extérieur doit bien entendu être filtré de manière parfaite pour assurer une bonne qualité de l'air avant d’être introduit dans le système d'air conditionné, en outre suivant les régions le taux d’humidité peut devenir un problème.En effet de fines particules de vapeur d’eau en sustentation peuvent créer des problèmes de diélectrique (charges électriques susceptibles de se déplacer) c’est donc un paramètre important à prendre en compte.
Un système de déshumidification devra être installé ce qui une source supplémentaire de consommation d’énergie.

Exemple de fonctionnement :
Le mélange d’air intérieur et extérieur se fait au moyen de volets commandés mécaniquement par des moteurs eux-mêmes pilotés par une régulation.

  • Si la température extérieure est inférieure à 18°C, l’air neuf extérieur et l’air repris dans la salle seront mélangés proportionnellement en fonction de la température de soufflage demandée.
  • Si la température de l’air extérieur est comprise entre 18 et 20 degrés le volet de mélange sera ouvert à 100 % sur l’air extérieur.
  • Si la température de l’air extérieur excède 25° le free Cooling ne sera plus opérationnel.

Il existe un certain nombre de solutions de free cooling (air) nous citerons :

  • Le free cooling à air direct : introduction directement de l’air extérieur après filtration complète.
  • Le free cooling à air indirect : utilisation de l’air extérieur mais avec un échangeur air /air qui sépare les deux flux d’air. Solution pertinente surtout si l’air extérieur est souvent très humide ou pollué.
  • Free chilling ou free cooling indirect air/eau : Ici on utilise un échangeur de chaleur air/eau glycolée. Utile pour les data center ou de faibles tolérances d’humidité sont impératives. Cet échangeur est soit intégré directement dans la veine d’air de la climatisation soit il est raccordé en dérivation sur circuit d'une centrale eau glacée.

L’utilisation de l’air comme médium pour refroidir les composants électroniques tout comme l’utilisation d’échangeurs à eau glycolée intégré directement dans les serveurs sont largement utilisés.

Traitement de l'air des datacenters de l'avenir

Depuis quelque temps de solutions de nouvelles générations apparaissent certaines déjà en exploitation comme les plaques froides intégrées directement sur les composants électroniques. Ces plaques froides sont constituées d’un échangeur en aluminium ou circulent un liquide refroidi, l’inconvénient étant d’adapter ces éléments directement sur les composants.
Encore plus étrange certaines études en cours actuellement utilisent un bain d'huile non conducteur dans lequel des équipements informatiques sont en immersion, cette huile étend en mouvement constamment. Cette solution existe déjà pour le refroidissement des transformateurs électriques.

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