Améliorer l'efficacité des centres de données grâce à des technologies de refroidissement avancées

La capacité des centres de données augmente rapidement, mais pour chaque Mo de données transmises ou chaque opération en virgule flottante (FLOP) effectuée par l'IA, une plus grande quantité d'énergie est consommée. Dans les centres de données, seuls 60 à 80 % de l'énergie totale sont utilisés pour faire fonctionner le matériel serveur et les équipements informatiques ; 20 à 40 % de l'énergie sont utilisés pour refroidir le matériel serveur critique. Les centres de données les plus récents, qui utilisent un système de refroidissement très efficace, ne consomment plus que 10 % de l'énergie totale pour le refroidissement. Ce résultat est en grande partie obtenu grâce à des technologies de refroidissement libre ou par évaporation très avancées et efficaces.

Un regard approfondi sur les systèmes de refroidissement libre, évaporatif, adiabatique et mécanique

• Refroidissement libre (FC) : Connue sous le nom de « mode économiseur », cette méthode utilise l'air extérieur pour aider à refroidir le centre de données, évitant ainsi d'avoir recours à des systèmes de refroidissement mécanique ou à des systèmes d'évaporation gourmands en énergie. Ce mode est particulièrement efficace pendant les mois les plus froids ou la nuit.

• Refroidissement direct par évaporation (DEC) : Cette méthode s'appuie sur le processus naturel d'évaporation de l'eau pour éliminer la chaleur. Des systèmes spécialisés pulvérisent ou dispersent de l'eau sur un matériau échangeur de chaleur spécialisé, l'eau s'évapore efficacement, absorbant la chaleur au cours de ce processus et refroidissant ainsi l'air ; cependant, cela affecte de manière significative l'humidité de l'air passant dans le centre de données. L'efficacité de cette méthode dépend de la capacité de l'air ambiant à absorber l'humidité (qui est directement liée à son humidité et à sa température).

• Indirect Evaporative (Adiabatic) Cooling (IEC): Les systèmes de refroidissement adiabatiques augmentent l'efficacité du refroidissement libre et évitent les limites du refroidissement par évaporation. Comme pour le refroidissement par évaporation, l'évaporation de l'eau est utilisée pour refroidir l'air extérieur. Cet air refroidi est ensuite utilisé via un échangeur de chaleur pour refroidir l'air d'alimentation. De cette manière, les niveaux d'humidité peuvent être soigneusement contrôlés.

• DX/CW (mécanique) Refroidissement : Enfin, certaines conditions nécessitent un refroidissement supplémentaire. Les serpentins à détente directe (DX) et à eau glacée (CW) peuvent fournir un refroidissement supplémentaire. En général, ces systèmes sont dimensionnés pour fournir un appoint partiel à la charge globale de refroidissement.

Rôle crucial de la mesure de l'humidité

Des mesures précises de l'humidité sont essentielles pour que les deux technologies de refroidissement fonctionnent de manière optimale. Le bon équilibre de l'humidité garantit l'efficacité du système, évite les dommages matériels dus à la condensation et maintient la fiabilité opérationnelle.

• Prévention de la condensation: Les centres de données sont remplis d'équipements électroniques sensibles. La condensation, qui peut se produire si le point de rosée de l'air ambiant dépasse la température de n'importe quelle surface du centre de données, peut entraîner des courts-circuits et de la corrosion. La surveillance et le contrôle des niveaux d'humidité permettent d'éviter ces risques.
• Optimisation de la capacité de refroidissement: L'efficacité d'un système de refroidissement par évaporation est directement affectée par le niveau d'humidité de l'air ; un air trop humide n'absorbe pas l'eau de manière efficace, ce qui réduit la capacité de refroidissement du système. Des capteurs d'humidité précis permettent des ajustements en temps réel pour maintenir l'efficacité. Les mesures d'humidité permettent également d'évaluer en permanence l'efficacité des systèmes d'évaporation, ce qui permet de détecter rapidement toute perte de performance.
• Normes ASHRAE et fiabilité: L'American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) définit des lignes directrices pour le fonctionnement optimal des centres de données, notamment les niveaux d'humidité recommandés pour éviter les décharges électrostatiques et d'autres problèmes liés à l'humidité. Le respect de ces normes permet d'assurer un fonctionnement fiable du centre de données et d'éviter les temps d'arrêt.

Aperçu technique : Point de rosée et autres valeurs psychrométriques et graphique psychrométrique

Point de rosée : Il s'agit de la température à laquelle l'air est saturé d'humidité et où la rosée se forme. La compréhension du point de rosée est cruciale pour les responsables de centres de données, car elle permet de prévoir quand la condensation est susceptible de se produire, ce qui est essentiel pour prévenir les dommages liés à l'humidité dans les environnements sensibles.

Autres valeurs psychrométriques : Il s'agit notamment de l'humidité relative, de la température du thermomètre mouillé et de l'humidité spécifique, qui jouent toutes un rôle dans la détermination des propriétés de l'air dans l'environnement d'un centre de données. La compréhension de ces valeurs permet de concevoir et d'exploiter efficacement les systèmes CVC, en veillant à ce qu'ils réagissent avec précision aux variations des charges thermiques internes et des conditions météorologiques externes.

Graphique psychrométrique : Le graphique ASHRAE ci-dessous indique les conditions souhaitées pour le matériel informatique d'un centre de données. Le rôle du centre de données est de gérer l'air de refroidissement pour qu'il soit dans cette fenêtre critique. Une connaissance approfondie de l'humidité, du point de rosée et de la température permet d'utiliser les systèmes les plus efficaces pour conditionner l'air ; cela varie constamment en fonction de la charge du centre de données, des conditions de l'air extérieur et des tarifs de l'énergie.

Systèmes avancés de contrôle de l'humidité : Caractéristiques et avantages

Pour une performance optimale des systèmes d'évaporation et de refroidissement libre, les centres de données ont besoin de systèmes avancés de contrôle de l'humidité qui offrent :

• Précision et rapidité de réaction: Des capteurs de haute précision fournissent des relevés d'humidité en temps réel, ce qui permet d'ajuster immédiatement les systèmes de refroidissement, améliorant ainsi l'efficacité énergétique et la réactivité du système.
• Intégration avec les systèmes DCIM :: Des capteurs de haute précision fournissent des relevés d'humidité en temps réel, ce qui permet d'ajuster immédiatement les systèmes de refroidissement, améliorant ainsi l'efficacité énergétique et la réactivité du système.
• Fiabilité dans les environnements difficiles : Compte tenu de l'environnement dynamique des centres de données, les capteurs et les systèmes de contrôle doivent être robustes et fiables, capables de résister à des flux d'air élevés, à la poussière et à des températures variables.
• Facilité d'étalonnage et de maintenance préventive : Les temps d'arrêt sont inacceptables dans les centres de données et des accords de niveau de service stricts les imposent. Les instruments doivent donc être conçus dans l'optique d'une maintenance et d'un étalonnage sans temps d'arrêt.

Conclusion

Alors que les centres de données continuent d'évoluer vers des opérations plus efficaces sur le plan énergétique et plus respectueuses de l'environnement, l'intégration de technologies telles que le refroidissement par évaporation et le free cooling, associée à une surveillance environnementale précise, continue de constituer la pierre angulaire d'une stratégie d'infrastructure de centre de données moderne. La mesure et le contrôle précis de la température, de l'humidité et d'autres valeurs psychrométriques garantissent non seulement la conformité avec des normes telles que celles établies par l'ASHRAE, mais améliorent également l'efficacité opérationnelle globale, la durabilité et la fiabilité. En donnant la priorité aux systèmes avancés de gestion de l'environnement, les centres de données peuvent obtenir des améliorations significatives en termes de performance et de rentabilité, en alignant les objectifs opérationnels sur des objectifs environnementaux plus larges.

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