a Boucle de distribution

La Figure 2.1 présente les débits, les ΔT, les températures de distribution et de retour et les puissances du système sur la période étudiée, du 22.02.2013 au 08.03.2013. Le Tableau 2-1 décrit les différents paramètres de cette figure. Notons que la puissance thermique du circuit primaire Pth prim représentée graphiquement sur la Figure 2.1 n’a pas été mesurée, nous l’avons par conséquent calculé à partir des valeurs de débit et de températures du circuit primaire fournies par SIG.

Tableau 2-1 : Description des différents paramètres présentés sur la Figure 2.1.

Nom Unité Description

Dprim m³/h Débit circuit primaire Dsecond m³/h Débit circuit secondaire

ΔTret-distrib prim °C Différence entre la température de retour et la température de

Tdistrib prim °C Température de distribution côté primaire Tretour prim °C Température de retour côté primaire Tdistrib second °C Température de distribution côté secondaire Tretour second °C Température de retour côté secondaire Tdistrib DC °C Température de distribution côté datacenter Tretour DC °C Température de retour côté datacenter Pprim kW Puissance circuit primaire

Psecond kW Puissance circuit secondaire

Text °C Température extérieure

La lecture des données du graphique de la Figure 2.1 doit se faire en trois parties distinctes:

 du 22.02 au 27.02.2013,

 entre le 27.02.2013 et le 02.03.2013, identifiée comme période de tests de régulation,

 du 02.03 au 08.03.2013.

A cela il faut ajouter les intervalles de temps pendant lesquels le groupe de froid du datacenter fonctionne, c’est-à-dire lorsque la climatisation du datacenter n’est plus assurée par GLN.

Entre le 27.02.2013 et le 02.03.2013 (encadré rouge pointillé) des changements ont été effectués au niveau de la régulation du réseau de distribution secondaire d’eau froide de l’ONUG. Au cours de cette période et d'après M. Martinelli, une vanne de circulation d'eau qui ne concerne pas le datacenter aurait pu être ouverte à plusieurs reprises. La vanne en question pourrait être celle en charge de la circulation d'eau froide via la passerelle de transfert entre les bâtiments E et A (cf. Figure 1.2) ou de la climatisation d'installations du bâtiment E. Par conséquent, ces tests ayant rendu

12 l’interprétation des données obtenues pendant cette période quelque peu hasardeuse, elles ne seront pas prises en compte dans la suite du rapport.

Toutefois, en dehors de la période d'essais, pendant les deux intervalles du 22.02 au 27.02 et du 2.03 au 08.03.13, aucune autre installation de climatisation n’est censée fonctionner. Toute la demande thermique « froid » devrait donc directement être imputée à la climatisation du datacenter.

Figure 2.1 : Débits primaire et secondaire (haut), ΔT primaire, secondaire et datacenter (milieu haut), températures de distribution et de retour primaire, secondaire et datacenter (milieu bas) et puissances primaire et secondaire (bas) sur la période étudiée (MF = périodes de fonctionnement de la machine de froid ; rectangle rouge pointillé = période de tests) en données horaires.

22.02.13 23.02.13 24.02.13 25.02.13 26.02.13 27.02.13 28.02.13 01.03.13 02.03.13 03.03.13 04.03.13 05.03.13 06.03.13 07.03.13 08.03.13 Débit (m³/h)

22.02.13 23.02.13 24.02.13 25.02.13 26.02.13 27.02.13 28.02.13 01.03.13 02.03.13 03.03.13 04.03.13 05.03.13 06.03.13 07.03.13 08.03.13 ΔTret-distrib(°C)

22.02.13 23.02.13 24.02.13 25.02.13 26.02.13 27.02.13 28.02.13 01.03.13 02.03.13 03.03.13 04.03.13 05.03.13 06.03.13 07.03.13 08.03.13 Text (°C)

22.02.13 23.02.13 24.02.13 25.02.13 26.02.13 27.02.13 28.02.13 01.03.13 02.03.13 03.03.13 04.03.13 05.03.13 06.03.13 07.03.13 08.03.13 Température (°C)

Tdistrib prim Tretour prim Tdistrib second Tretour second Tdistrib DC Tretour DC

MF MF MF

13 Du 22.02 au 27.02.2013 :

Pendant cette période, la climatisation fonctionne via le réseau GLN, le débit secondaire observé est de 76 m³/h. Cette valeur est très stable bien qu’une faible chute du débit à environ 65 m³/h soit enregistrée le 26.02.2013. Le débit primaire varie quant à lui un peu plus et oscille entre 20 et 30 m³/h. Les différentiels de température entre retour et distribution côté secondaire et côté datacenter sont très stables, respectivement d’environ 1.5K et 2.5K, pour une température de distribution d’environ 11.5-12°C en moyenne. Côté primaire le différentiel de température varie entre 4K et 5.5K pour une température de distribution de 8-9°C. La demande de froid est relativement constante, de type ruban, et de l’ordre de 140 kW. La petite chute de débit observée correspondrait apparemment à une baisse de puissance thermique enregistrée pendant la même période. Le ruban de 140 kW se recoupe avec les constatations faites précédemment à partir de l’analyse de la puissance thermique froid sur une année (Pnom ≈ 150 kW, Viquerat et al., 2012).

En outre, on note que la température de retour secondaire est toujours inférieure à la température de retour du datacenter. Cela est dû à la bouteille de mélange qui connecte les deux circuits, secondaire et datacenter.

Du 02.03 au 08.03.2013 :

La climatisation est toujours opérationnelle via l’échangeur primaire GLN et le débit secondaire est désormais constant à la valeur de 50 m³/h. Le débit primaire est alors beaucoup moins stable et varie entre 20 et 80 m³/h. La température de distribution est de 10.5-11°C côté secondaire et datacenter.

Le différentiel de température entre retour et distribution est de 2.5K côté secondaire, soit 1K plus élevé que précédemment, et reste le même côté datacenter. Côté primaire, il est moins stable et varie entre 1.5K et 5.5K pour une température de distribution comprise entre 6°C et 10°C. La demande de froid n’est pas modifiée et reste à peu près constante aux alentours de 140 kW. On relève encore une fois la présence de la bouteille de mélange avec la différence de température entre le retour du datacenter et secondaire.

Climatisation sur groupe de froid :

Les périodes où la climatisation du datacenter fonctionne sur la machine de froid sont indiquées par des rectangles rouges. Pendant cette période, les vannes de circulation d’eau entre le circuit secondaire et celui du datacenter sont fermées et la climatisation du datacenter fonctionne alors en boucle fermée. Le débit côté primaire chute à des valeurs proches de 0 m³/h et la puissance devient quasiment nulle, le solde pouvant correspondre à la demande de l’imprimerie, qui semble faire l’objet d’une demande de froid en continu (Viquerat et al., 2012). La température de distribution côté DC, aux alentours de 9°C, est plus basse qu’avec GLN et le ΔT augmente à environ 3K. Du côté secondaire, lors de la première mise en route de la MF le 27 février (avant les changements de régulation) le débit résiduel reste important, aux alentours de 35 m³/h. Il chute à une valeur d’environ 10 m³/h lors de la mise en route du 5 mars.

Les températures de distribution et de retour moyennes, ainsi que les ΔT moyens, sont récapitulés dans le tableau en Annexe 8.

14 2.1.b Armoires de réfrigération (CRACs)

A l’intérieur des différentes salles climatisées qui composent le datacenter, seules les températures de distribution et de retour de l’air au niveau des CRACs sont mesurées. Ces températures sont visibles en Annexe 7. Nous n’avons pas réalisé de mesures de débit d’air ni de puissance des climatiseurs.

Il est possible d’identifier quels CRACs fonctionnent grâce au différentiel de température mesurées entre le retour et la pulsion d’air ΔTretour/pulsion. La Figure 2.2 présente ces différentiels de température pour les différents CRACs de chacune des salles. Nous avons ainsi pu identifier une valeur de ΔTretour/pulsion qui correspond au seuil de déclenchement/arrêt des CRACs. Ces valeurs sont respectivement de 5K pour la salle serveurs, 7.5K pour la salle réseau et 3K pour le local ASC.

Figure 2.2 : Différences de température de l’air entre le retour et la distribution des CRACs pour la salle serveurs (haut), la salle réseau (milieu) et le local ASC (bas) ; acquisition toutes les 15 minutes (MF = périodes de fonctionnement de la machine de froid).

15 A cet égard :

 Pour la salle serveur (Figure 2.2, haut), seuls les CRACs 2 et 3 sont mesurés (cf. Figure 1.6).

Etant donné que dans cette salle deux CRACs sont sensés fonctionner en permanence, nous supposons que le CRAC 1 est éteint lorsque les deux autres sont en marche, et qu’il est en marche si l’un des deux autres est éteint.

 Pour la salle réseau (Figure 2.2, milieu), chacun des deux CRACs assure alternativement la climatisation de base. Il est secondé par l’autre lorsque la température de reprise dépasse 24°C (voir les pics d’enclenchement/arrêt).

 Pour la salle ASC (Figure 2.2, bas), chacun des deux CRACs assure alternativement la climatisation de base, sans avoir besoin d’être secondé par l’autre.

Nous estimons la puissance thermique moyenne de chaque CRAC à partir des différentiels de températures et des débits d’airs nominaux (Tableau 2-2), tels que donnés par les fiches de protocoles (Annexe 9, Annexe 10 et Annexe 11).

Tableau 2-2 : Valeurs de débit d’air, de différentiel de température moyen ΔTretour/pulsion moy et de puissances thermiques moyennes calculées à partir des fiches du protocole de mise en service pour chacune des salles climatisées.

Débit d’air (m³/h) ΔTretour/pulsion moy (K) Pth (kW)

Salle serveurs 36’000 7.73 93.5

Salle réseau 5’900 5.00 9.9

Local ASC 3’100 3.25 3.4

Total 106.8

Au total, la puissance moyenne estimée à partir des CRACS s’élève à environ 107 kW. Cette valeur est légèrement inférieure à la valeur moyenne de 137 kW mesurée sur le circuit de distribution. La différence pourrait s’expliquer par les points suivants :

 Un débit d’air réel légèrement différent des valeurs mentionnées dans les fiches de protocole.

 Un débit de fuite sur la boucle de distribution, ainsi que semble l’indiquer le débit résiduel lors du fonctionnement sur machine de froid (Figure 2.1).

 Le défaut de précision des sondes de température.

On note par ailleurs la cohérence entre les ΔT des fiches de protocoles et les ΔT observés (Figure 2.2).

2.2 Puissances, débits et températures de travail

Cette analyse comprend uniquement la période de climatisation via GLN, en dehors desquelles les mesures de débit et températures sur le circuit secondaire et primaire n’ont pas de signification.

2.2.a Puissances et signatures énergétiques

La Figure 2.3 montre une bonne corrélation des puissances thermiques de part et d’autre de l’échangeur (puissances primaire et secondaire). La puissance côté primaire est supérieure en moyenne d’environ 6% à la puissance côté secondaire.

16

Figure 2.3 : Corrélation entre les puissances côté primaire et côté secondaire de l’échangeur de chaleur primaire ; données horaires du 22.02.2013 au 08.03.2013.

La signature énergétique exprime la demande de froid du bâtiment en fonction de la température extérieure. La Figure 2.4illustre la signature énergétique du bâtiment E de l’ONUG du 22.02 au 08.03.2013 d’après la puissance primaire (gauche) puis la puissance secondaire (droite).

Figure 2.4 : Signatures énergétiques du bâtiment E, puissance primaire (gauche) et puissance secondaire (droite) ; données horaires du 22.02.2013 au 08.03.2013.

On note donc :

 Du côté primaire, la puissance est généralement comprise dans un intervalle allant de 120 à 180 kW sur la période de mesures. Quelques valeurs isolées se trouvent en dehors de cet intervalle, notamment des pics de puissance à environ 225 kW et 240 kW. Néanmoins, l’essentiel des puissances est regroupé autour de la valeur « ruban » de 145 kW.

 Du côté secondaire, la puissance est comprise dans un intervalle plus restreint, entre 120 et 160 kW pendant la même période de mesures. La puissance est toutefois centrée autour de la valeur ruban de 140 kW. Quelques points de mesures se trouvent également en dehors de ce ruban.

La signature énergétique du bâtiment E, de type ruban, démontre que les facteurs météorologiques tels que la température de l’air extérieur n’ont pas d’influence directe sur la demande de froid du datacenter. En effet, l’infrastructure est située au sous-sol du bâtiment E et son enveloppe ne donne pas sur l’extérieur.

17 2.2.b Débits

La Figure 2.5 permet de visualiser la régulation du débit en fonction de la demande thermique froid, au niveau de la boucle primaire GLN et de la boucle de distribution secondaire.

Figure 2.5 : Débits en fonction de la puissance thermique, côté primaire (gauche) et côté secondaire (droite) ; données horaires du 22.02.2013 au 08.03.2013.

On constate notamment :

 Une grande dispersion des débits dans la boucle primaire (Figure 2.5, gauche), compris entre 20 et 75 m³/h, bien que les puissances primaires soient quasi-constantes, regroupées autour de la valeur moyenne de 145 kW calculée sur le circuit primaire GLN (Figure 2.1).

 Une stabilité des débits du côté secondaire (Figure 2.5, droite) avec deux valeurs « paliers », 50 et 76 m³/h qui correspondent respectivement aux situations postérieure et antérieure aux tests de régulation effectués entre le 27.02 et le 02.03 sur la boucle de distribution (Figure 2.1).

2.2.c Températures de travail

Les puissances thermiques mesurées sur les boucles primaire et secondaire peuvent également être exprimées en fonction des températures de distribution et de retour de chaque côté de l’échangeur primaire (Figure 2.6).

Figure 2.6 : Températures de distribution et de retour en fonction de la puissance thermique, côté primaire (gauche) et côté secondaire (droite) ; données horaires du 22.02.2013 au 08.03.2013.

18 On constate notamment :

 Sur le circuit primaire, la température de distribution (Figure 2.6, gauche) qui dépend directement de la température du lac est très variable et comprise dans un intervalle de température 5.5°C – 10.5°C. Comme pour le débit précédemment, il y a une importante variation des températures de distribution pour des puissances comprises entre 120 et 160 kW. La température de retour est quant à elle plus stable et comprise entre 10.5°C et 12.5°C.

La différence de température ΔTret-distrib prim entre le retour et la distribution varie donc de 2K à 6K.

 Sur le circuit secondaire, les variations de températures sont moins marquées (Figure 2.6, droite). En effet, pour des puissances comprises entre 120 et 160 kW, la température de distribution se situe entre 9.5°C et 11.5°C et le retour de l’ordre de 12.5°C à 13.5°C.

Ainsi la différence de température ΔTret-distrib second entre le retour et la distribution est comprise entre 1.5K et 3.5K.

Les écarts de température enregistrés sur la distribution du circuit primaire s'expliquent par la variabilité de la température de la ressource sur laquelle il n’y a aucune correction de température.

Ainsi, lorsque la température du lac augmente, l’écart ∆Tconsigne entre les températures de distribution secondaire et de distribution primaire diminue. Dans cette situation, le débit sur la boucle primaire augmente de manière à garantir la prestation « froid » fixée par la demande des installations climatisées de l’ONUG (Figure 2.7).

Figure 2.7 : Effets de l’augmentation de la température de la ressource sur le débit de la boucle primaire GLN.

Ainsi, d’après le retour d’expérience effectué sur la première année de fonctionnement (Viquerat et al., 2012), en période estivale la hausse significative de la température du lac induisait fréquemment un appel de débit primaire qui dépassait le débit de concession, de 460 m³/h, même pour la seule puissance du datacenter, inférieure à 200 kW. A noter que ce point a été depuis lors corrigé.

19

2.3 Résumé

En résumé, sur la période de mesures du 02.03.2013 au 08.03.2013 (climatisation via GLN), la puissance thermique primaire moyenne calculée est de 147 kW, la puissance thermique secondaire moyenne mesurée est égale à 137 kW et la demande de froid du datacenter estimée à partir des CRACs est d’environ 107 kW.

20

PARTIE 3 Analyse électrique du datacenter 3.1 Introduction

Cette partie analyse la distribution de l’énergie électrique au sein du datacenter ainsi que la consommation électrique des différents postes de consommation du datacenter à partir des mesures électriques mises en place en différents points de l’infrastructure par SIG. L’objectif est de faire un bilan de la consommation électrique totale du datacenter puis de différencier l’énergie électrique consommée par les équipements informatiques (salles serveurs, réseau, switchs) de l’électricité consommée par le reste de l’infrastructure et qui rendent le datacenter opérationnel (climatisation des locaux, pompes de distribution d’eau froide, pertes, etc.). Toutefois, l’accès limité aux différents locaux du datacenter et notamment aux salles informatiques ne nous a pas permis de détailler les consommations électriques autant qu’espéré. Ainsi nous n’avons pas d’informations sur la consommation électrique par rack ou par serveur mais les données sont plutôt interprétées au niveau de chaque salle. Lorsque les consommations spécifiques de certains postes (CRACs, éclairage) n’ont pas pu être mesurées, nous les avons estimées sur la base de diverses données et hypothèses.

Les valeurs présentées ci-dessous sont basées sur les mesures effectuées au cours de la période allant du 02.03 au 08.03.2013, c'est-à-dire après la phase de tests sur la régulation. En effet, les différentes données récoltées à partir du 02.03 sont plus représentatives du fonctionnement et de la régulation actuels du système de refroidissement de l'ONUG.

Pour des raisons similaires, en ce qui concerne le groupe de froid du datacenter, on utilise uniquement les données enregistrées lors des 12 heures de fonctionnement de celui-ci le 05.03.2013.

3.2 Informatique

3.2.a Onduleur 1

La Figure 3.1 présente le schéma électrique de la partie « onduleur 1 » du datacenter, qui concerne les installations électriques secourus par l’onduleur 1. Les valeurs indiquées en rouge sont des puissances moyennes mesurées (moyenne des données enregistrées du 02.03 au 08.03) et celles indiquées en vert des puissances moyennes déduites par calculs. Les évolutions dynamiques des paramètres mesurés sont illustrées dans la Figure 3.2 et la Figure 3.3.

21

Figure 3.1 : Schéma de principe de câblage électrique simplifié concernant la partie « onduleur 1 » du datacenter de l’ONUG (points rouges = mesures ; points verts = calculs).

Il existe une importante différence d’environ 13 kW, entre la puissance électrique moyenne entrante au niveau du tableau principal de l’onduleur 1 (60.1 kW) et la puissance moyenne mesurée en sortie de cet onduleur (44.6 kW). Le rendement de l’onduleur 1 étant estimé à environ 95% d’après les données techniques (Annexe 5), la puissance moyenne calculée en entrée de l’onduleur est de 47.1 kW. Les pertes électriques moyennes de l’onduleur s’élèvent donc à 2.4 kW. Par défaut de bilan entre les alimentations du tableau principal et de l’onduleur, il subsiste une puissance moyenne de 13 kW. Cette partie du courant ne traversant pas l’onduleur 1, elle alimente en principe des installations techniques non secourus, moins « sensibles » que les serveurs, telles que les CRACs, l’éclairage (analysé dans la section 3.3 ci-dessous).

La puissance électrique moyenne mesurée de 44.7 kW en sortie d’onduleur alimente en partie la salle réseau, à hauteur de 7.8 kW, la salle serveurs avec 33.6 kW de puissance moyenne ainsi qu’un static switch avec une faible puissance moyenne de 2.5 kW. A noter que cette dernière consommation nous parait élevée pour un static switch, mais nous n’avons pas trouvé d’explication à cela dans le cadre de ce travail. Enfin, par défaut de bilan, il subsiste une puissance moyenne de 0.7 kW non identifiée, qui fait à priori partie intégrante de l’équipement informatique de la salle serveurs.

22

Figure 3.2 : Puissances électriques en entrée du tableau principal de l’onduleur 1 (rouge) et en sortie de l’onduleur 1 (vert) ; moyennes horaires.

Figure 3.3 : Puissances électriques des différentes installations alimentées par l’onduleur 1 en sortie du tableau secondaire 1 ; moyennes horaires.

3.2.b Onduleur 2

De façon analogue, la Figure 3.4 présente le schéma électrique de la partie « onduleur 2 » du datacenter. Les évolutions dynamiques des paramètres mesurés sont représentées sur la Figure 3.5 et la Figure 3.6.

Il existe à nouveau une différence importante entre la puissance électrique moyenne entrante au niveau du tableau principal de l’onduleur 2 (51.0 kW) et la puissance moyenne en sortie de ce même onduleur (41.5 kW). L’onduleur 2 étant identique au premier (rendement d’environ 95%), la puissance moyenne calculée en entrée de l’onduleur est de 43.7 kW, ce qui implique des pertes estimées à 2.2 kW. La différence entre les alimentations du tableau principal et de l’onduleur, de 7.3 kW en moyenne, correspond comme précédemment à de l’électricité non secourue par l’onduleur 2 et qui alimente des équipements de l’infrastructure directement depuis l’alimentation électrique générale (cabine BT E) (analysé dans la section 3.3 ci-dessous).

Sur la puissance moyenne de 41.5 kW destinée à l’alimentation IT, 34.2 kW sont dédiés aux serveurs.

Dans cette partie du circuit, une puissance moyenne non négligeable de 7.3 kW et non mesurée est attribuée à des équipements informatiques.

23

Figure 3.4 : Schéma de principe de câblage électrique de la partie « onduleur 2 » du datacenter de l’ONUG (points rouges

= mesures ; points verts = calculs).

Figure 3.5 : Puissances électriques en entrée du tableau principal de l’onduleur 2 (rouge) et en sortie de l’onduleur 2 (vert) ; moyennes horaires.

Figure 3.6 : Puissances électriques des différentes installations alimentées par l’onduleur 2 en sortie du tableau secondaire 2 ; moyennes horaires.

3.2.c Bilan onduleurs 1 et 2

La puissance moyenne qui transite via les tableaux électriques principaux (TP1 et 2) des deux onduleurs s’élève donc globalement à 111 kW et se décompose comme suit.

24 Pour l’équipement informatique (86.1 kW) :

 Serveurs : 67.8 kW

 Réseau : 7.8 kW

 Switchs : 2.5 kW

 Non-identifiés : 8.0 kW

Pour le reste de l’infrastructure (24.9 kW) :

 Pertes onduleurs : 4.6 kW

 Autres : 20.3 kW

3.3 Eclairage, CRACs et autres

Ce chapitre l’infrastructure non-informatique comprise dans le datacenter dont la consommation globale a été mis en évidence ci-dessus par différence entrée – sortie des onduleurs (20.3 kW, hors pertes onduleurs). A noter que cette consommation ne comprend pas la production de froid (groupe de froid, distribution GLN, monobloc de ventilation), située hors du datacenter, qui fait l’objet de mesures électriques spécifiques (section 3.4).

Comme évoqué précédemment (section 3.2.a), une partie de l’alimentation électrique de l’infrastructure n’est pas secourue par les onduleurs et approvisionne des postes non informatiques, tels que les CRACs et l’éclairage principalement. A défaut de mesures spécifiques pour ces deux postes, nous estimons ci-dessous leurs consommations probables.

3.3.a Éclairage

Afin d’estimer la puissance électrique moyenne de l’éclairage, on estime la puissance moyenne par unité de surface pour chacun des locaux du datacenter de 10 W/m². D’après les services techniques de l’ONUG, la surface des locaux a été évaluée approximativement à 200 m² pour la salle serveurs, 75

Afin d’estimer la puissance électrique moyenne de l’éclairage, on estime la puissance moyenne par unité de surface pour chacun des locaux du datacenter de 10 W/m². D’après les services techniques de l’ONUG, la surface des locaux a été évaluée approximativement à 200 m² pour la salle serveurs, 75