Report
Reference
Climatisation du datacenter de l'Office des Nations Unies à Genève : Comparaison entre une climatisation via le réseau
Genève-Lac-Nations et une climatisation via un groupe de froid classique
VEYRAT, Sandrine, et al. & SIG
VEYRAT, Sandrine, et al. & SIG. Climatisation du datacenter de l'Office des Nations Unies à Genève : Comparaison entre une climatisation via le réseau
Genève-Lac-Nations et une climatisation via un groupe de froid classique. Genève : SIG, 2014
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http://archive-ouverte.unige.ch/unige:36160
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Climatisation du datacenter de l’Office des Nations Unies à Genève
Comparaison entre une climatisation via le réseau Genève-Lac-Nations et une climatisation via
un groupe de froid classique
Sandrine Veyrat Bruno Vulliez Daniel Cabrera Pierre Hollmuller
Mars 2014
Réalisé dans le cadre du Partenariat SIG – UNIGE
Groupe Energie
Institut Forel / Institut des Science de l’Environnement Site Battelle - Bat D - 7 route de Drize - CH 1227 Carouge
www.unige.ch/energie
I
Remerciements
Nous tenons à remercier les institutions et personnes suivantes pour leurs apports dans le cadre de l’élaboration de ce rapport :
MM. Perdrisat, Nicoulaz et Gardi des Services Industriels de Genève ;
M. Viquerat, Weinmann-Energies SA;
MM. Martinelli, Gentet et Reboulet de l’Office des Nations Unies à Genève ;
M. Pampaloni du groupe Energie de l’Université de Genève.
II
Liste des abréviations
GLN : Genève-Lac-Nations
DC : Datacenter
EER : Energy Efficiency Ratio
CRAC : Computer Room Air Conditionning Unit
MF : Machine de Froid
ONUG : Office des Nations Unies de Genève
PUE : Power Usage Effectivness
SIG : Services Industriels de Genève
STSW : Static Switch
TP : Tableau Principal
TS : Tableau Secondaire
Unige : Université de Genève
IT : Information Technology
III
Table des matières
REMERCIEMENTS ... I LISTE DES ABRÉVIATIONS ... II TABLE DES MATIÈRES ... III
INTRODUCTION ... 1
PARTIE 1 DESCRIPTION DE L’ÉTUDE DE CAS ... 2
1.1 DESCRIPTION GÉNÉRALE DU SITE ... 2
1.1.a Les bâtiments de l’ONUG ... 2
1.1.b Installations techniques ... 2
1.2 DESCRIPTION GÉNÉRALE DU DATACENTER ... 4
1.2.a Système de climatisation ... 4
1.2.b Monobloc de ventilation ... 6
1.2.c Installations électriques... 6
1.3 DESCRIPTION DES MESURES EFFECTUÉES ... 6
1.3.a Période des mesures ... 6
1.3.b Mesures thermiques ... 7
1.3.c Mesures électriques... 9
PARTIE 2 ANALYSE THERMIQUE ET HYDRAULIQUE DE LA CLIMATISATION DU DATACENTER ... 11
2.1 FONCTIONNEMENT GLOBAL DU SYSTÈME ... 11
2.1.a Boucle de distribution ... 11
2.1.b Armoires de réfrigération (CRACs) ... 14
2.2 PUISSANCES, DÉBITS ET TEMPÉRATURES DE TRAVAIL... 15
2.2.a Puissances et signatures énergétiques ... 15
2.2.b Débits ... 17
2.2.c Températures de travail ... 17
2.3 RÉSUMÉ ... 19
PARTIE 3 ANALYSE ÉLECTRIQUE DU DATACENTER ... 20
3.1 INTRODUCTION ... 20
3.2 INFORMATIQUE ... 20
3.2.a Onduleur 1 ... 20
3.2.b Onduleur 2 ... 22
3.2.c Bilan onduleurs 1 et 2 ... 23
3.3 ECLAIRAGE,CRACS ET AUTRES ... 24
3.3.a Éclairage ... 24
3.3.b CRACs (armoires de climatisation des salles) ... 25
3.3.c Autres constituants ... 25
3.4 PRODUCTION DE FROID ... 25
3.4.a Le groupe de froid ... 26
3.4.b La pompe de circulation ... 27
3.4.c Le monobloc de ventilation ... 27
3.5 CONCORDANCE ENTRE BILANS ÉLECTRIQUE ET THERMIQUE ... 27
PARTIE 4 PERFORMANCES ÉNERGÉTIQUES DU DATACENTER ... 28
IV
4.1 INTRODUCTION ... 28
4.2 BILAN ÉNERGÉTIQUE... 29
4.2.a Climatisation via le réseau GLN ... 29
4.2.b Climatisation par machine frigorifique ... 32
4.3 BENCHMARKING ... 34
CONCLUSION ... 36
RÉFÉRENCES ... 38
ANNEXES ... 39
1
Introduction
Contexte Général
Aujourd’hui, de nombreux bâtiments sont connectés au réseau Genève-Lac-Nations (GLN). Ce réseau, développé par les Services Industriels de Genève (SIG), utilise l’eau du lac Léman pour refroidir les locaux des bâtiments. Il utilise donc une ressource locale et renouvelable afin de subvenir aux besoins de froid de plusieurs bâtiments proches de la place des Nations à Genève.
L’Office des Nations Unies de Genève (ONUG) occupe le Palais des Nations situé 14 avenue de la paix à Genève. Depuis 2009, les bâtiments de l’ONUG sont raccordés au réseau GLN afin de rafraîchir les salles de conférences et le datacenter.
Une analyse de la première année de fonctionnement de la connexion des bâtiments de l’ONUG au réseau GLN a été effectuée (Viquerat et al., 2012). Cependant, le réseau GLN était encore dans une phase de mise en route et la connexion des bâtiments de l’ONUG étant très récente, la régulation du système a pu être soumise à diverses modifications depuis.
Objectifs et contenu du rapport
Ce rapport s’intéresse tout particulièrement au datacenter de l’ONUG qui a besoin d’être refroidi tout au long de l’année, été comme hiver. Il a comme premier objectif de dresser un audit énergétique du datacenter en identifiant les consommations des différentes parties de l'infrastructure. Dans un deuxième temps, il s'agit d’analyser les performances énergétiques actuelles du datacenter, en insistant sur la part du système de climatisation, ici intégré au réseau hydrothermique GLN. Nous les comparons aux performances résultant à l’utilisation du groupe de froid (prévu en secours), ce qui permet de mettre en évidence les performances énergétiques de l’infrastructure obtenues par un système de refroidissement "classique". Ce rapport explicite donc le fonctionnement ainsi que la régulation de la climatisation du datacenter via le réseau GLN grâce à l'analyse des consommations thermiques. Il propose ensuite une mesure de l'efficacité énergétique de l'infrastructure sur la base des relevés de consommations électriques détaillées.
Cette étude s’effectue dans le cadre du Partenariat entre SIG et le Groupe Energie de l’Université de Genève (UniGe). Elle se base sur des mesures effectuées en février-mars 2013, lorsque la seule demande de froid de l’ONUG provient, en temps normal, du datacenter.
Ce rapport est divisé en quatre parties. La première partie présente l’étude de cas, le bâtiment, le datacenter, la climatisation et le type de mesures effectuées. La deuxième partie consiste en une analyse thermique et hydraulique du système de climatisation du datacenter et de son réseau de distribution, avec l’étude des puissances de froid, des débits, des températures. La troisième partie se base sur les consommations électriques des divers constituants du datacenter. Enfin, la quatrième et dernière partie traite de l’efficacité énergétique du datacenter selon deux cas de figure : celui d’une climatisation via le réseau hydrothermique GLN (comme c’est le cas actuellement) et celui d’une climatisation plus « classique » par machine frigorifique (MF).
2
PARTIE 1 Description de l’étude de cas 1.1 Description générale du site
1.1.a Les bâtiments de l’ONUG
L’Office des Nations-Unies à Genève se compose de plusieurs bâtiments (Figure 1.1):
- les bâtiments A, B, C et D construits entre 1929 et 1936 sont les plus anciens,
- le bâtiment E construit entre 1969 et 1973 est le plus récent et qui renferme la sous-station d’échange GLN pour la climatisation des locaux de l’ONUG.
Figure 1.1 : Vue générale du site de l’ONUG avec les bâtiments A, B, C et D en rouge et le bâtiment E en bleu.
Source : Viquerat et al. (2012)
1.1.b Installations techniques
Depuis juin 2009, les bâtiments de l’ONUG sont climatisés grâce au réseau GLN. La Figure 1.2 présente les installations de production de froid ainsi que la distribution au sein des différents bâtiments avant et après la connexion au réseau GLN (2007 et 2010). La climatisation des locaux peut se faire directement depuis l’eau du lac via l’échangeur primaire. Les anciennes machines de froid ont été conservées afin de pouvoir répondre à la demande de froid lorsque la ressource du lac n’est pas suffisante. Cependant, la chaleur n’est plus évacuée par les tours aéroréfigérées, mais par le réseau GLN via l’échangeur secondaire, et ce, gratuitement. La Figure 1.3 présente de façon simplifiée le fonctionnement de l’installation.
Dans ce rapport nous nous intéresserons uniquement au datacenter localisé dans le bâtiment E (encadré jaune Figure 1.2), mis en place seulement à partir de 2010. Celui-ci ne représente qu’une partie de la demande de froid, mais elle est continue tout au long de l’année (été comme hiver). Une nouvelle machine de froid de secours, dédiée uniquement à ce datacenter, a été installée et évacue sa chaleur via une tour aéroréfrigérée.
3 Installations d’origine (2007)
Nouvelles installations (2010)
Figure 1.2 : Installations de production et distribution de froid au sein des différents bâtiments avant et après la connexion au réseau GLN (2007 et 2010) ; MF en rouge et GLN en vert.
Source : modifié à partir de Viquerat et al. (2012)
4
Figure 1.3 : Schéma hydraulique « froid » simplifié des installations de production de froid.
Durant la période étudiée dans ce rapport, la seule demande de froid provient du datacenter du bâtiment E. La distribution de froid dans le bâtiment se limite donc au datacenter.
1.2 Description générale du datacenter
Le datacenter de l’ONUG se situe dans le bâtiment E du Palais des Nations, en sous-sol. Il n’est donc que très peu influencé par la météo. Il se compose de plusieurs salles :
le local ventilation (onduleur): non climatisé,
le local ASC (onduleur et batteries): climatisé,
la salle serveurs : climatisée,
la salle de contrôle : non climatisée,
la salle réseau : climatisée.
1.2.a Système de climatisation
Comme vu à la section 1.1.b précédente, la production d’eau froide destinée à la climatisation des bâtiments de l’ONUG et notamment du datacenter se fait directement au niveau de l’échangeur primaire de la sous-station GLN. L’échangeur de chaleur sépare physiquement le réseau de distribution du bâtiment (côté secondaire) du réseau primaire GLN. La chaleur est alors extraite du bâtiment pour être rejetée dans le circuit primaire puis dans le lac. Cependant il existe tout de même un groupe de froid de secours, spécialement dédié au datacenter, qui évacue sa chaleur par une tour aéroréfrigérée. Les caractéristiques techniques de ce groupe de froid sont visibles en Annexe 1. L’eau de refroidissement produite au niveau de l’échangeur GLN est ensuite distribuée dans l’ensemble des bâtiments via le réseau secondaire du bâtiment E. Une passerelle de transfert entre le bâtiment E et le reste des bâtiments (A, B, C et D) permet de distribuer l’eau à l’ensemble du site et d’avoir une climatisation entièrement assurée par eau du lac. Là encore, les anciens groupes de froid existants ont été conservés et sont utilisés en cas de panne ou d’insuffisance du système de production GLN.
En ce qui concerne le datacenter, l’eau en provenance de l’échangeur primaire ou du groupe de froid circule dans une bouteille de mélange avant d’être distribuée dans la boucle de refroidissement spécifique au datacenter. Cette bouteille agit comme un vase « tampon » homogénéisateur qui permet d’équilibrer les pressions et débits entre les deux circuits.
Par suite, l’eau est donc distribuée au niveau des computer room air conditioning units (CRACS) situés dans chacune des salles climatisées chargés de pulser l’air frais uniquement grâce à des convecteurs. La circulation d’air au sein des salles est donc assurée par ces unités en récupérant l’air
5 chaud des équipements informatiques (IT). Le principe de climatisation du datacenter est illustré sur la Figure 1.4.
Figure 1.4 : Schéma hydraulique « froid » simplifié de la distribution dans le datacenter.
Le local ASC et la salle réseau disposent de deux CRACs, dont un seul fonctionne continuellement. Le second se met en marche uniquement si la température de retour est supérieure à 24°C, les deux CRACs fonctionnant alors en même temps. La salle serveurs compte quant à elle trois CRACs, dont deux sont en marche continuellement. De la même façon que précédemment, le troisième CRAC se met en route uniquement si la température de retour dépasse 24°C. Les CRACs fonctionnent par alternance, de manière à équilibrer les heures de fonctionnement de chacun. Les caractéristiques de ces CRACs sont présentées en Annexe 2, Annexe 3 et Annexe 4 pour chacune des salles climatisées.
La salle des serveurs bénéficie d'une architecture optimisée afin de mieux valoriser l'énergie thermique fournie par les CRACs. La disposition des rangées de baies informatiques est établie selon l’approche d'allées "froides" qui approvisionnent les serveurs en air froid (situées en face avant des baies), et d'allées "chaudes" qui concentrent l'air réchauffé par les composants informatiques (situées en face arrière des baies). Dans cette configuration, les racks sont alignés selon la direction de l’air dans les couloirs « chauds » et « froids ». L’air frais est donc pulsé au travers d'un faux plancher et sort par des dalles perforées au sol au niveau des allées froides. L’air chaud est ensuite récupéré au niveau des allées chaudes par la partie supérieure des climatiseurs CRACs. Le principe de fonctionnement est visible sur la Figure 1.5.
Figure 1.5 : Architecture de la salle serveurs et déplacement d’air induit par les CRACs.
Modifié à partir du site : http://techmeasures.wordpress.com/2012/01/27/tia-942-standardization-for-data-centers/
(consulté le 21.08.2013)
6 Toutefois, l’architecture interne de la salle serveurs ne bénéficie pas d’un agencement optimal souvent caractérisé par un confinement physique des couloirs froids et chauds via des cloisons. La séparation physique du couloir froid du reste de l’espace, permettrait en effet de réduire les tourbillons d’air froid et chaud au-dessus des racks et éviterait donc une recirculation d’une partie de l’air chaud expulsé vers le haut, dans l’allée froide. Ainsi une plus grande différence de température de l’air entre l’entrée et la sortie dans les climatiseurs d’air repris augmenterait l’efficacité du refroidissement.
1.2.b Monobloc de ventilation
L’ONUG est également équipée d’un monobloc de ventilation qui pulse de l’air à 16°C afin de renouveler l’air du bâtiment. D’après M. Martinelli, le débit d’air de ce monobloc est de 7'000 m3/h mais seulement 50% du débit, soit 3'500 m3/h, sont affectés aux locaux du datacenter (salles serveurs et réseau), l’autre moitié étant dédiée à des locaux techniques externes au datacenter. Ce débit est faible comparé à celui de chacun des CRACs de la salle serveurs et de la salle réseau, respectivement de 18'000 m3/h et 5'900 m3/h. Ainsi nous négligerons par la suite, la contribution du monobloc de ventilation dans le calcul du bilan thermique des salles climatisées.
1.2.c Installations électriques
Les composants du datacenter sont alimentés en électricité depuis une cabine basse tension dans le bâtiment E (BT E). En cas de panne de cette cabine, l’alimentation électrique est redondante, c’est-à- dire qu’une autre cabine basse tension dans le bâtiment F (BT F) est capable de prendre la relève en cas de panne.
Le datacenter est équipé de deux onduleurs identiques de type Masterys MC du fournisseur Socomec. Ce sont des onduleurs on-line double conversion. Les caractéristiques techniques de ces onduleurs sont visibles en Annexe 5. L’onduleur 1 se situe dans le local ventilation et l’onduleur 2 et les batteries se situent dans le local ASC. Ils ont chacun une capacité de 120 kVA, soit 108 kW. Ils ne fonctionnent jamais à pleine charge car chacun des onduleurs est dimensionné de manière à assurer la continuité de l’intégralité de l’approvisionnement électrique du matériel IT en cas de panne de l’un d’entre eux grâce à des Static Switch (STSW). Chacun est utilisé à environ 40% de leur pleine charge avec un rendement proche des 95%. Chaque onduleur alimente la salle serveurs. L’onduleur 1 alimente également la salle contrôle qui elle-même alimente la salle réseau. L’éclairage et les CRACs ne sont pas secourus par les onduleurs (section 1.3.c). Par sécurité, tous les branchements sont redondants entre les deux onduleurs et entre les cabines BT E et F.
1.3 Description des mesures effectuées
1.3.a Période des mesures
Des mesures thermiques et électriques ont été effectuées du 22.02.2013 au 08.03.2013, période pendant laquelle la demande de froid du bâtiment provient exclusivement du datacenter.
7 Afin d’analyser le fonctionnement de la climatisation du datacenter via le réseau GLN et via le groupe de froid, ce dernier a été mis en marche à trois reprises spécialement pour effectuer des mesures :
le 27.02.2013 de 07h à 17h,
le 01.03.2013 de 12h à 16h,
le 05.03.2013 de 08h à 19h.
Le reste du temps le groupe de froid est éteint et la climatisation fonctionne via le réseau GLN.
1.3.b Mesures thermiques
Trois types de mesures sont effectués : des mesures de débit, des mesures de température d’eau et des mesures de température d’air. Les emplacements des capteurs de mesures sont visibles sur la Figure 1.6. La dénomination des capteurs de mesures et la description de la mesure correspondante sont récapitulées dans le Tableau 1-1.
Tableau 1-1 : Dénomination des capteurs de mesures thermiques et hydrauliques et description de la mesure correspondante.
Nom Unité Description Source
Tretour globale °C Température de retour vers le lac SIG
Tretour MF °C Température de retour à la sortie de l’échangeur secondaire côté lac
SIG
Tretour HE °C Température de retour à la sortie de l’échangeur primaire côté lac
SIG
Tdistrib prim °C Température de distribution à l’entrée de l’échangeur primaire côté lac
SIG
Débit prim m3/h Débit circuit primaire SIG
Débit second m3/h Débit circuit secondaire SIG et ONUG
Tdistrib second °C Température de distribution circuit secondaire SIG et ONUG
Tretour second °C Température de retour circuit secondaire SIG et ONUG
Pth second Puissance thermique circuit de distribution secondaire ONUG
Tdistrib DC °C Température de distribution vers le datacenter après bouteille mélange
ONUG
Tretour DC °C Température de retour du datacenter avant bouteille mélange ONUG
Td2S °C Température de distribution de l’air du CRAC 2 dans salle serveurs
ONUG
Tr2S °C Température de retour de l’air du CRAC 2 dans salle serveurs ONUG
Td3S °C Température de distribution de l’air du CRAC 3 dans salle serveurs
ONUG
Tr3S °C Température de retour de l’air du CRAC 3 dans salle serveurs ONUG
Td1R °C Température de distribution de l’air du CRAC 1 dans salle réseau ONUG
Tr1R °C Température de retour de l’air du CRAC 1 dans salle réseau ONUG
Td2R °C Température de distribution de l’air du CRAC 2 dans salle réseau ONUG
Tr2R °C Température de retour de l’air du CRAC 2 dans salle réseau ONUG
Td1A °C Température de distribution de l’air du CRAC 1 dans local ASC ONUG
Tr1A °C Température de retour de l’air du CRAC 1 dans local ASC ONUG
Td2A °C Température de distribution de l’air du CRAC 2 dans local ASC ONUG
Tr2A °C Température de retour de l’air du CRAC 2 dans local ASC ONUG
8
Figure 1.6 : Schéma hydraulique « froid » simplifié du bâtiment E de l’ONUG, climatisation du datacenter et emplacements des divers instruments de mesures thermiques et hydrauliques le long du réseau.
9 Les mesures côté secondaire et côté datacenter nous ont été données par l’ONUG depuis leur système d’automatisme METASYS® de Johnson Controls (par pas de temps de 15 minutes). Les mesures côté primaire nous ont été fournies par les SIG qui possédaient également les données côté secondaire (en moyennes horaires). Ainsi, les données du circuit secondaire sont redondantes. Les débits et les températures de retour, côté secondaire, des SIG et de l’ONUG (en moyennes horaires) correspondent très bien, ce qui n’est pas le cas pour les températures de distribution (Figure 1.7). La température de distribution des SIG est stable et similaire à la température de retour, tandis que la température de distribution de l’ONUG présente de nombreuses variations qui semblent correspondre à des bruits de mesure. Par conséquent, on ne prendra en compte par la suite que les mesures des SIG pour le circuit secondaire.
Figure 1.7 : Débit secondaire et températures de distribution et de retour secondaires des SIG et de l’ONUG ; moyennes horaires.
1.3.c Mesures électriques
Les mesures électriques ont été réalisées par pas de temps de 15 minutes par l’Université de Genève avec l’aide des SIG. Les emplacements des capteurs de mesures sont visibles sur la Figure 1.8. La dénomination et la description de ces points de mesures sont présentées dans le Tableau 1-2.
Plusieurs mesures ont été effectuées à chaque point :
la tension (V),
l’intensité (A),
la puissance apparente (kVA),
la puissance réactive (kVar),
la puissance active (kW),
le facteur de puissance.
A partir des mesures de tensions, nous avons déduit que la salle réseau est alimentée par l’onduleur 1 (Annexe 6). De plus, après une première analyse des mesures et suite à une discussion avec M. Martinelli, nous avons appris que l’électricité pour l’éclairage et les CRACs n’est pas assurée par les onduleurs. Ces puissances ne sont pas mesurées, mais elles sont calculées sur la base de certaines hypothèses dans la suite de ce rapport.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
22.02 23.02 24.02 25.02 26.02 27.02 28.02 01.03 02.03 03.03 04.03 05.03 06.03 07.03 08.03
Débit (m3/h) Température (°C)
Tdistrib second SIG Tdistrib second ONUG Tretour second SIG Tretour second ONUG Débit second SIG Débit second ONUG
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Figure 1.8 : Schéma de principe de câblage électrique simplifié du datacenter de l’ONUG et emplacements des instruments de mesures électriques (rouge).
Tableau 1-2 : Dénomination et description des points de mesures électriques.
Nom Description
Mono Monobloc de ventilation
MF Machine de froid
in_TP1 Départ vers le tableau principal de l’onduleur 1 in_TP2 Départ vers le tableau principal de l’onduleur 2 out_ond1 Sortie de l’onduleur 1
out_ond2 Sortie de l’onduleur 2
serveurs1 Départ vers les serveurs depuis le tableau secondaire de l’onduleur 1 serveurs2 Départ vers les serveurs depuis le tableau secondaire de l’onduleur 2 stsw1-1 Départ vers le static switch 1 depuis le tableau secondaire de l’onduleur 1 stsw1-2 Départ vers le static switch 2 depuis le tableau secondaire de l’onduleur 1 stsw2-1 Départ vers le static switch 1 depuis le tableau secondaire de l’onduleur 2 stsw2-2 Départ vers le static switch 2 depuis le tableau secondaire de l’onduleur 2 réseau Départ vers la salle réseau depuis la salle de contrôle
11
PARTIE 2 Analyse thermique et hydraulique de la climatisation du datacenter
2.1 Fonctionnement global du système
2.1.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 distribution du circuit primaire
ΔTret-distrib second °C Différence entre la température de retour et la température de distribution du circuit secondaire
ΔTret-distrib DC °C Différence entre la température de retour et la température de distribution du circuit datacenter
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.
0 20 40 60 80 100 120
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)
Dprim Dsecond
MF MF MF
0 1 2 3 4 5 6 7
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)
ΔTret-distrib prim ΔTret-distrib second ΔTret-distrib DC
MF MF MF
-5 -2.5 0 2.5 5 7.5 10 12.5 15
0 50 100 150 200 250 300 350 400
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) Puissance (kW)
Pprim Psecond Text
MF MF MF
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
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 m2 pour la salle réseau, 40 m2 pour le local ASC (onduleur 2) et 30 m2 pour le local ventilation (onduleur 1). La surface totale éclairée est donc d’environ 345 m2. L’éclairage n’affichant jamais une consommation continue, le nombre d’heures de fonctionnement par an des luminaires et dans chaque pièce a été estimée : 130 h dans la salle serveurs, 780 h dans la salle réseau et 260 h dans les locaux ASC et ventilation. Ainsi l’éclairage consomme 1’027 kWh/an, qui correspond à une puissance horaire moyenne continue d’environ 0.1 kW. Ces données sont récapitulées dans le Tableau 3-1 ci- dessous.
Tableau 3-1 : Valeurs estimées pour le calcul de la consommation de l’éclairage dans le datacenter.
Salle Psurf (W/m2) Surface (m2) Pél (W) Nh (h) Eél (kWh)
Serveurs 10 200 2000 130 260
Réseau 10 75 750 780 585
ASC 10 40 400 260 104
Ventilation 10 30 300 260 78
Total - 345 3450 1430 1027
25 3.3.b CRACs (armoires de climatisation des salles)
Les puissances électriques des CRACs de chacune des salles climatisées est inclue, comme l’éclairage, dans les 20.3 kW de puissance non secourue par les onduleurs (section 3.3).
Ainsi, nous estimons la puissance électrique moyenne de chaque CRAC à partir des intensités électriques telles que données par les fiches protocoles (Annexe 9, Annexe 10 et Annexe 11) et des données techniques des CRACs (Annexe 12). Les résultats sont récapitulés dans le Tableau 3-2 ci- dessous.
Tableau 3-2 : Intensités d'alimentation des CRACs et puissances correspondantes.
Serveurs Réseaux ASC
CRAC1 CRAC2 CRAC3 CRAC1 CRAC2 CRAC1 CRAC2
Intensité (A) 6.1 6.1 6.0 1.7 1.8 1.7 1.4
Pél (kW) 3.34 3.34 3.29 0.89 0.95 0.47 0.39
Pél moy (kW) 3.32 0.92 0.43
La puissance électrique moyenne estimée des CRACs pour chacune des salles se décompose comme suit :
Salle serveurs (2 CRACs) : 2 x 3.32 kW = 6.6 kW
Salle réseaux (1 CRAC) : 1 x 0.92 kW = 0.9 kW
Salle ASC (1 CRAC) : 1 x 0.43 kW = 0.43 kW
De ce fait, l’ensemble des CRACs représente au total une puissance d’environ 7.9 kW.
3.3.c Autres constituants
Au niveau de l’infrastructure non-informatique il reste finalement une consommation non-identifiée de 20.3 – (7.9 + 0.1) = 12.3 kW.
Afin de s’assurer que cette consommation électrique est bien liée au datacenter, nous vérifions plus bas (section 3.5) la concordance entre bilans électrique et thermique.
3.4 Production de froid
Le schéma électrique de la Figure 3.7 présente l’alimentation électrique ne participant pas aux charges internes du datacenter, soit pour le système de production et distribution de froid (hors CRACs, traités ci-dessus). Les valeurs indiquées sont soit des puissances moyennes mesurées, soit des puissances estimées.
26
Figure 3.7 : Schéma électrique des autres charges du datacenter de l’ONUG (point rouge = mesures ; point vert = estimation)
3.4.a Le groupe de froid
Lorsque le groupe de froid est enclenché, il consomme entre 30 et 50 kW, avec une moyenne d’environ 40.7 kW (Figure 3.8), ce qui correspond à un EER de 2.7 par rapport aux 107 kW thermique des CRACs. A noter que ces valeurs restent proches de celles données par la fiche technique (Annexe 1).
Figure 3.8 : Puissance électrique du groupe de froid de secours du datacenter (lors des mises en marche) ; acquisition toutes les 15 minutes
27 3.4.b La pompe de circulation
Nous estimons à environ 1 kW la puissance de la pompe de circulation du circuit secondaire (utilisée uniquement lorsque le refroidissement se fait via GLN).
3.4.c Le monobloc de ventilation
Le monobloc de ventilation a une puissance en fonctionnement de 1.6 kW, mais ne fonctionne pas la nuit ni les weekends. Sur les deux semaines en question, il consomme une puissance moyenne de 0.5 kW (Figure 3.9). Etant donné que seul environ 50% du débit du monobloc est dédié à d’autres locaux (section 1.2.b), la consommation électrique moyenne dédiée au datacenter s’élève à 0.2 kW.
Figure 3.9 : Puissance électrique du monobloc de ventilation (rouge) et de la part dédié au datacenter (bleu) ; moyennes horaires.
3.5 Concordance entre bilans électrique et thermique
L’ensemble des charges électriques internes au datacenter s’élève à 111 kW (section 3.2.c), dont 2.4 kW de pertes de l’onduleur situé dans le local de ventilation, qui n’est pas climatisé. Les charges évacuées par climatisation s’élèvent ainsi à 108.6 kW, ce qui est en très bonne corrélation avec la puissance thermique de 107 kW des CRACs, obtenue via les fiches de mise en service (section 2.1.b).
Cela reste cependant inférieur aux 137 kW mesurés sur le circuit de distribution secondaire connecté à GLN (section 2.1.a), ce qui pourrait éventuellement provenir d’une utilisation de froid externe au datacenter.
28
PARTIE 4 Performances énergétiques du datacenter 4.1 Introduction
Ce chapitre, qui se base sur les analyses des sous-systèmes effectuées dans les chapitres précédents est consacré à l’analyse énergétique globale du datacenter de l’ONU.
A partir du bilan thermique et électrique, présenté sous forme de tableau et de diagramme de flux, nous allons en particulier nous intéresser au PUE (Power Usage Effectiveness). Cet indicateur, développé et reconnu au niveau international (Green Grid, 2011 ; AGIT, 2012), mesure la performance des datacenters par le rapport entre la consommation électrique totale d’un datacenter (intégrant l’infrastructure physique, en particulier pour le refroidissement, plus la charge informatique) et la consommation électrique nécessaire aux équipements informatiques uniquement (incluant les serveurs, switchs, et équipements réseaux) :
Il est important de souligner que le PUE est défini de façon inverse au rendement, si bien que sa valeur est supérieure ou égale à 1 : plus sa valeur est faible et proche de 1, plus le datacenter est efficient ; plus sa valeur est élevée, plus la consommation de l’infrastructure non IT est importante et moins le datacenter est efficient.
En principe ce rapport devrait être établi sur la base d’une consommation annuelle. Nous l’estimerons ici à partir des puissances moyennes observées sur deux semaines de mesure, en considérant que celle-ci sont représentatives du fonctionnement global sur l’année (extrapolation des consommations annuelles par règle de trois).
En général, la climatisation des salles informatiques représente un poste important de la consommation électrique de l’infrastructure, et son optimisation contribue à baisser (améliorer) le PUE (Aebischer et al., 2003). Conformément aux objectifs de l’étude, nous porterons donc une attention particulière à la climatisation du datacenter de l’ONU, en comparant son fonctionnement via machines de froid ou via le réseau GLN.
29
4.2 Bilan énergétique
4.2.a Climatisation via le réseau GLN
La figure suivante représente le diagramme de flux énergétique (électrique et thermique) du datacenter de l’ONU lorsqu’il est climatisé via GLN. Le détail des puissances électriques moyennes par sous-système et leur extrapolation au niveau annuel sont récapitulées dans le Tableau 4-1. Leur répartition (en pourcentage de la puissance électrique totale) est illustrée dans la Figure 4.2.
Figure 4.1 : Diagramme de flux énergétique (climatisation via GLN).
30
Tableau 4-1 : Bilan des puissances électriques moyennes des différents sous-systèmes et consommations annuelles extrapolées (climatisation via GLN).
Sous-système Pél (kW) Eél (MWh/an)
Infrastructure Pompe secondaire 1.0 8.8
CRACs 7.9 69.2
Monobloc 0.2 1.8
Onduleurs (pertes) 4.6 40.3
Eclairage 0.1 1.0
Autres constituants 12.3 107.7
Equipement IT Serveurs 67.8 593.9
Réseaux 7.8 68.3
Switch 2.5 21.9
Non identifié 8.0 70.1
Total Total infrastructure 26.1 228.8
Total IT 86.1 754.2
Total 112.2 983.0
PUE Ptot/PIT 1.30 1.30
Figure 4.2 : Distribution des consommations électriques par sous-système (climatisation via GLN).
Sur les 112 kW de puissance électrique totale dédiée au datacenter (par extrapolation environ 980 MWh d’énergie annuelle), 86 kW (77%) sont consommés par les équipements informatiques, dont une grande majorité par les serveurs (61%). Le solde de la consommation IT se subdivise essentiellement, à parts égales, entre les réseaux et une consommation non identifiée (qui est attribuée à l’informatique, car transitant via les onduleurs et donc secourue).
Sur les 26 kW (23%) de consommation liée à l’infrastructure, seuls 9 kW sont liés à la climatisation (7% pour les CRACs et 1% pour la pompe de circulation du circuit de distribution secondaire). Le solde majoritaire de 17 kW se partage entre les pertes de l’onduleur (4%) et une consommation non identifiée (11%) qui transite néanmoins par le tableau électrique du datacenter.
A noter que les consommations de l’éclairage et du monobloc de ventilation sont quant à elles négligeables (inférieures à 1%) et ne sont pas représentées sur la Figure 4.2.
