Modes économiseurs des systèmes de refroidissement des datacenters

Compatibilité de l’enveloppe du bâtiment

La dérivation du climatiseur par l’air frais direct, par l’échangeur de chaleur d’air et par la roue thermique d’air ont toutes besoin des gaines d’air de l’équipement de refroidissement extérieur à la salle informatique du datacenter. En général, cela demande que le bâtiment soit spécifiquement conçu avec l’espace prévu pour cette gaine, ou qu’il soit conçu de sorte que la salle informatique soit directement contiguë à un emplacement extérieur approprié pour l’équipement de refroidissement. Par conséquent, ces types de modes économiseurs sont souvent difficiles à installer dans les enveloppes de bâtiments existants et dans les bâtiments de plusieurs étages. Les options d’installation des modes économiseurs qui utilisent les tuyaux sont plus flexibles parce que la conduite d’eau transfère la chaleur dans un espace physique bien plus petit qui peut être aménagé dans des voies de poursuite existantes.

Possibilité de rééquipement

L’objectif type d’une application de rééquipement est de réutiliser autant que possible l’infrastructure de refroidissement existante. Il est pratiquement impossible de rééquiper un système de refroidissement traditionnel avec une dérivation du climatiseur via le mode économiseur d’air frais direct, étant donné que l’infrastructure de refroidissement existante est incompatible (le système traditionnel utilise l’eau alors que l’autre utilise l’air). Dans un datacenter typique utilisant des unités CRAH ou de climatisation, il existe en général trois manières de rééquiper un mode économiseur tout en réutilisant l’équipement existant.
La première manière et celle la plus courante consiste à ajouter un échangeur de chaleur qui contourne le groupe de production d’eau réfrigérée (c.-à-d. dérivation du groupe de production d’eau glacée via le mode économiseur de l’échangeur de chaleur). Cela exige en général l’installation d’un échangeur de chaleur à plaques près du groupe de production d’eau glacée, avec des contrôles et vannes de dérivation associés. L’échangeur de chaleur est bien plus petit qu’un groupe de production d’eau glacée ; il y a donc souvent assez d’espace pour l’échangeur de chaleur dans la salle de production d’eau glacée existante.
La deuxième manière consiste à ajouter un échangeur de chaleur qui contourne un groupe de production d’eau glacée refroidi par air (c.-à-d. dérivation du groupe de production d’eau glacée intégré via le mode économiseur du refroidisseur par évaporation). Cela exige en général l’installation d’un refroidisseur par évaporation près du groupe de production d’eau glacée, avec des contrôles et vannes de dérivation associés. L’encombrement total du refroidisseur par évaporation peut être bien plus grand que celui du groupe de production d’eau glacée et ce en fonction du climat ; un espace suffisant est donc nécessaire.
La troisième manière consiste à ajouter un échangeur de chaleur qui contourne le compresseur d’un système DX refroidi au glycol (c.-à-d. dérivation du compresseur de la climatisation via le mode économiseur de la deuxième batterie). Cela est bien plus difficile et peu réalisable à faire, car la deuxième batterie doit être placée à l’intérieur d’une armoire de l’unité de refroidissement. Le rééquipement de ce type de système de refroidissement exige de manière réaliste le remplacement d’une unité de climatisation entière par une qui comporte une deuxième batterie.

Complexité des contrôles

La transition entre le mode économiseur et le mode à base de réfrigérant peut être très compliquée et pourrait entraîner un perte provisoire de refroidissement pendant la transition. En définitive, la fiabilité de cette transition dépend des contrôles. Le système de contrôle des systèmes de refroidissement préfabriqués et normalisés avec mode économiseur intégré est développé en combinaison avec le matériel. Cela rend le système de contrôle par essence plus fiable que les systèmes de contrôle personnalisés développés pour les installations de systèmes de refroidissement uniques sur le terrain.
La dérivation du climatiseur via l’échangeur de chaleur ou via les modes économiseurs de la roue thermique ont les systèmes de contrôle les plus simples. Le système de contrôle du mode économiseur le plus complexe est la dérivation du groupe de production d’eau glacée via l’échangeur de chaleur à cause de la zone morte entre la température basse de l’eau du condenseur requise par l’échangeur de chaleur à plaques et la température élevée de l’eau du condenseur requise par le groupe de production d’eau glacée.
Contrôle d’humidité du datacenter Tous les types de mode économiseur dans le Tableau 1 sauf un isolent l’air extérieur de l’air intérieur du datacenter. L’humidité du datacenter n’est, par conséquent, pas affectée par le mode économiseur, même lorsque le niveau de l’humidité extérieure est élevé. Cependant, la dérivation du climatiseur via le mode économiseur d’air frais direct fournit l’air extérieur directement dans le datacenter, ce qui réduit considérablement le nombre d’heures en mode économiseur sous des climats humides. Bien qu’il soit possible de réguler l’humidité, l’énergie supplémentaire utilisée peut compenser les économies d’énergie du mode économiseur.
Durée de vie Les systèmes de refroidissement qui utilisent l’eau pour transporter l’énergie thermique ont en général une durée de vie plus courte que ceux qui utilisent l’air. Cela est dû aux effets de salissure de l’eau circulant à travers des conduits. Les surfaces soumises à l’eau ont tendance à limiter les systèmes de refroidissement qui utilisent l’assistance par évaporation. Dans l’ensemble, la durée de vie de tout système de refroidissement est considérablement affectée par la quantité de maintenance effectuée tout au long de sa vie.

Risques en matière de disponibilité

Tous les types de mode économiseur sont vulnérables aux menaces externes comme les ouragans, tornades et tremblements de terre. Cependant, il existe des menaces plus courantes qui doivent être considérées. • Perte de l’eau de refroidissement : il peut y avoir une perte des services municipaux d’approvisionnement en eau en raison des projets de construction dans le voisinage d’un datacenter, à travers des coupures prévues ou imprévues. Étant donné que les groupes de production d’eau réfrigérée dépendent entièrement des tours de refroidissement qui fonctionnent de manière continue, la dérivation du groupe de production d’eau glacée via le mode économiseur de l’échangeur de chaleur est plus sensible. Cette menace est généralement traitée en installant des réservoirs de stockage d’eau assez grands pour suppléer l’approvisionnement en cas de coupure de 24 heures ou plus. Une menace de perte de refroidissement à l’étape d’assistance par évaporation des autres types de modes économiseurs a beaucoup moins de chance de se produire, car elle doit coïncider avec des conditions climatiques extérieures chaudes et sèches.
Les systèmes qui dépendent également de l’assistance par évaporation comme moyen pour assurer le refroidissement tout au long de l’année sont également vulnérables à la perte de l’eau de refroidissement. L’on peut pallier cette faiblesse en installant une réserve d’eau de secours tel que décrit ci-dessus, ou en dimensionnant le système de refroidissement mécanique de sorte à gérer 100 % de la charge. • Mauvaise qualité de l’air : les modes économiseurs qui fournissent l’air extérieur directement dans le datacenter peuvent constituer une menace pour l’équipement informatique. Certains filtres à air de ces systèmes de refroidissement sont efficaces pour la filtration des particules de la taille de micron comme les micro-organismes. Cependant, sous la menace des cendres volcaniques, des fumées émanant d’un incendie proche ou d’une tempête de sable, les modes économiseurs air frais doivent probablement basculer au refroidissement au réfrigérant, au risque de voir les filtres rapidement s’obstruer. Cette menace est généralement traitée en installant une unité de réfrigération redondante capable de supporter la charge thermique pour l’ensemble du datacenter. Dans les modes économiseurs qui utilisent des médias humides pour l’assistance par évaporation, les médias sont vulnérables à l’accumulation de particules. Dans ces cas, il est fort probable que les médias nécessitent d’être remplacés après cette menace.

ASHRAE dispose d’un livre blanc et d’un livre portant sur la contamination particulaire et gazeuse dans des environnements datacoms. Ces deux publications fournissent des détails sur les modes de défaillances qui peuvent être causés par la contamination gazeuse et particulaire, en particulier dans les applications en mode économiseur d’air frais direct placées dans les zones industrielles. Celles-ci donnent également des directives pour les substances autorisées et les conditions d’utilisation afin d’assurer un fonctionnement sans problème. • Extinction des incendies à l’intérieur du datacenter : les datacenters qui dépendent des agents propres de lutte contre l’incendie (c.-à-d. FM200, INERGEN, ECARO-25) doivent sceller l’espace des datacenters afin de maintenir la concentration appropriée d’agents propres afin d’efficacement lutter contre un incendie. Cela exige la fermeture de tous les registres d’air et les ouvertures, ce qui est problématique pour les modes économiseurs qui fournissent l’air frais directement dans le datacenter. Tout comme avec la menace de la mauvaise qualité de l’eau, cette menace est gérée en s’assurant que le système mécanique est capable de gérer 100 % de la charge thermique du datacenter.