7. Simulation et optimisation des consommations d’un centre de calcul de 32kW
7.1. Configuration « classique » d’un datacenter de 32kW
Le centre de calcul que nous nous proposons d’étudier est séparé en 2 parties. D’une part une
salle informatique contenant au total 32 serveurs informatiques d’une puissance respective de 1kW,
d’autre part un groupe froid « classique » tel que décrit par Mackay [11]. La Figure 115 ci-dessous
propose une vision d’ensemble de l’installation :
Figure 115 : Schéma de principe général de la configuration initiale
La partie encadrée en pointillé rouge à droite de la Figure 115 représente la salle des serveurs.
Les équipements informatiques y sont arrangés en rack et disposés de manière à créer une allée
froide au centre de la pièce. Les serveurs sont de type classique avec une puissance et un débit
constants. Juste à gauche de cette zone, une armoire CRAH aspire l’air chaud à travers le faux
plafond, puis le conditionne et le réinjecte dans la salle via le faux plancher. Cette unité de
conditionnement est alimentée en eau froide par un circuit d’eau relié à l’évaporateur d’une pompe
à chaleur. La circulation du fluide est assurée par une pompe à débit variable P1. Finalement, le
condenseur de la PAC est refroidi par une tour de refroidissement qui évacue l’énergie vers
l’environnement extérieur. Le débit d’eau dans le circuit condenseur est assuré par une pompe de
circulation à vitesse constante.
7.1.1. Configuration de la salle informatique et du système de distribution
d’air
La salle informatique possède des caractéristiques très similaires à celles décrites par [21]
Figure 116 : vue de dessus de la salle informatique
Tableau 20 : Caractéristiques des équipements
Description Valeur Unité
𝑃𝐼𝑇 Puissance serveur 1000 W
𝐷𝐼𝑇 Débit serveur 160 m
3/h
𝐷
𝐶𝑅𝐴𝐻Débit total CRAH 0-8155 m
3/h
7.1 Configuration « classique » d’un datacenter de 32kW
Figure 117 : vue de coté de la salle informatique Figure 118 : vue en perspective 3D
Dans cette salle informatique, les 32 serveurs d’une puissance respective de 𝑃
𝐼𝑇= 1 𝑘𝑊 sont
arrangés en rack, contenant chacun 4 équipements superposés (Figure 117). Ainsi chaque rack
dissipe une puissance totale de 4 𝑘𝑊 et est traversé par une ventilation constante de 640 𝑚
3/ℎ.
Les racks sont alignés sur 2 rangées comptant chacune 4 unités. Les cloisons des racks sont en tôles
métalliques dont la masse volumique est de 𝜌
𝑐𝑙= 7500 𝑘𝑔. 𝑚
−3, la conductivité thermique de
𝜆
𝑐𝑙= 46 𝑊. 𝑚
−1. °𝐶
−1et la capacité calorifique de 𝐶
𝑝𝑐𝑙= 460 𝐽. 𝑘𝑔
−1. °𝐶
−1. Le système de
ventilation est de type allée chaude / allée froide. L’air froid est soufflé à une température 𝑇
𝐶𝑂au
niveau du sol et entre les 2 rangées par une grille de soufflage représentée en bleu (Figure 116 et
Figure 118). Les serveurs informatiques aspirent l’air froid nécessaire à leur refroidissement depuis
l’allée froide, et le restituent dans les allées chaudes, selon le sens des flèches (Figure 117).
Finalement l’air chaud est capté depuis les allées chaudes via des grilles situées au niveau du plafond.
On fait l’hypothèse que les bouches de reprise des allées chaudes de droite et de gauche absorbent
chacune 1/2 du débit 𝑀
𝐶𝑅𝐴𝐻. La moyenne des températures d’air à l’entrée des grilles d’aspiration
est notée 𝑇
𝐶𝐼.
Sur le Tableau 20, on remarque que la température 𝑇
𝐶𝑂est variable de 16°C à 24°C et que le
débit de la ventilation 𝐷
𝐶𝑅𝐴𝐻varie également de 0 à 8155 𝑚
3/ℎ. En effet, ces deux variables
seront pilotées par les automates du groupe froid qui détermineront le débit nécessaire au système
pour assurer le bon fonctionnement des serveurs, en fonction de la température 𝑇
𝐶𝑂.
7.1.2. Configuration du système de production d’air froid
Comme nous l’avons évoqué précédemment, la configuration du groupe froid est de type
« classique » au sens de Mackay [11]. Le schéma de principe est présenté sur la Figure 119
ci-dessous :
7 Simulation et optimisation des consommations d’un centre de calcul de 32kW
Figure 119 : schéma de principe du groupe froid
configuration initiale
L’air à température 𝑇
𝐶𝐼provenant de la salle informatique, est aspiré par le ventilateur de l’unité
CRAH. Il passe ensuite à travers l’échangeur air/eau, puis ressort à la température 𝑇
𝐶𝑂. Un
régulateur PID contrôle la température 𝑇
𝐼𝐼𝑀𝐴𝑋, correspondant à la température maximale en entrée
de tous les serveurs de la salle. Ce dernier agit sur le débit du ventilateur de l’armoire CRAH 𝑀
𝐶𝑅𝐴𝐻,
afin de maintenir 𝑇
𝐼𝐼𝑀𝐴𝑋< 𝑇
𝑠𝑒𝑐𝑢ce qui permet de s’assurer que la température de l’air de
refroidissement des équipements est inférieure à une valeur limite Dans le cas de cette étude, nous
choisissons 𝑇
𝑠𝑒𝑐𝑢= 32°𝐶 correspondant à la température maximale autorisée par l’ASHRAE [15].
En fixant 𝑇
𝑠𝑒𝑐𝑢à la température limite acceptable par les serveurs, nous employons une méthode
de régulation « agressive ». Mais une température élevée permet également de limiter le débit d’air
du ventilateur et ainsi de diminuer sa consommation tout en garantissant une bonne sécurité de
fonctionnement.
L’échangeur air/eau est alimenté en eau froide par le circuit évaporateur de la PAC. Le débit
d’eau circulant dans ces canalisations est assuré par une pompe à débit variable P1, contrôlée par
un second régulateur PID. Ce dernier module le débit du circuit, afin d’assurer la température d’air
souhaitée à la sortie du groupe froid 𝑇
𝐶𝑂.
Quelque soit le débit imposé par la pompe P1, la PAC fournit en permanence une eau froide à
une température 𝑇
𝐶𝐻𝐼𝑂. Les ingénieurs de Cap-ingelec on pour habitude d’imposer un écart de
température d’au moins 7°C entre la température de consigne de la pompe à chaleur 𝑇
𝐶𝐻𝐼𝑂et la
température de l’air soufflé 𝑇
𝐶𝑂. Cette précaution permet d’éviter d’avoir un débit d’eau trop
important dans le circuit évaporateur et ainsi de limiter la consommation de la pompe de
circulation.
Le condenseur de la pompe à chaleur est refroidi en permanence par un circuit d’eau relié à la
tour de refroidissement. Une pompe à débit constant P2 assure la circulation du fluide dans le
réseau à un débit 𝑀
𝐶𝑂. La tour a pour objectif d’évacuer au maximum la chaleur du circuit
condenseur, afin de maximiser les performances de la PAC. Par conséquent, un troisième
régulateur PID est employé et contrôle le débit du ventilateur de la tour de manière à maintenir la
température de la cuve à 𝑇
𝐶𝑂𝐼𝑚𝑖𝑛, soit la température minimale acceptable par le condenseur [27].
En effet, selon les données du fabricant TRANE [69] et de la documentation Tess , c’est dans ces
7.2 Simulation CFD et création du ROM POD
Dans le document
Optimisation énergétique du rafraichissement des datacenters
(Page 159-162)