Datacentre: concilier faisabilité, performance et éco ... · 18/10/2011 Datacentre: concilier...

Datacentre : concilier faisabilité, performance et éco-responsabilité

La climatisation des salles informatiques: La climatisation des salles informatiques: comprcomprééhension et hension et éétat des lieuxtat des lieux

Charles Vion, Responsable Service ProjetSylvain Ferrier, Responsable Commercial Travaux

18/10/2011 Datacentre : concilier faisabilité, performance et éco-responsabilité | Intervention HVAC

Sommaire

I. Quelques bases de thermodynamique appliquées• Echanges thermiques• Equilibre thermique• Diagramme psychrométrique

II. Mise en œuvre du traitement d’air• Traitement de base• Traitement avec faux plancher• Efficacité de la diffusion de l’air• Traitement local de la charge• Freecooling

III. La problématique de la climatisation dans les datacentres• Evolution de la densité dans les salles• Définition de l’usage – classe ASHRAE• PUE• Redondance

IV. Quelques exemples concrets


I. Quelques bases de thermodynamique appliquées


I.1 Echanges climatiques d’un local

On caractérise une ambiance par:- Température- Hygrométrie- Pression- Empoussièrement- Pollution (Cov,etc)- …

ParoisMenuiseries

Fuites

OccupantsEquipements


I.1 Echanges climatiques d’un local

Température d’ambiance stable ⇔⇔⇔⇔ Σ Flux énergétiques = 0

CAS GENERAL:

Flux énergétique

Tint

Apports / Déperditions

Conditions Extérieures:Température TextHygrométrieRayonnement SolaireVent ...


I.2 Echanges climatiques d’un datacentre

Flux énergétique

Tint

Apports / Déperditions




Dans un DATACENTRE:


I.3 Equilibre Thermique

10

15

20

25

30

35

40

0 5 10 15 20 25 30 35

Temps

Tem

pérature

Si on ne fait rien, on atteint

une température intérieure d'équilibre

non maitrisée

Local non climatisé



10

15

20

25

30

35

40

0 5 10 15 20 25 30 35

Temps

Tem

pérature

I.3 Equilibre Thermique

Une température intérieure maitrisée

Local climatisé



I.4 Diagramme de l’air humide

TEMPÉRATURE (°C)

HYGROMETRIE RELATIVE ( %)

POIDS D'EAU ( g/kg

ENTHALPIE ( kJ/kg )

POINT DE ROSÉE ( °C )

Les caractéristiques d’une ambiance/flux d’air



Refroidissement adiabatique

Déshumidification

ChauffageRefroidissement

Les évolutions d’une ambiance/flux d’air

Humidification



Exemple d’une salle informatique

Exemple de zone cible :

Température 21 °K ± 2 °

Hygrométrie relative 50 % ± 20


0.000

0.002

0.004

0.006

0.008

0.010

0.012

0.014

0.016

0.018

0.020

8 9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

P ( W) = 0.34 Q (m3/h) ( Temp. ambiante - Temp. soufflage )

Réchauffage

exemple :

100 kW à dissiper avec un DT de 7°

débit d'air de 42 020 m3/h

AMBIANCE :

23 °C; 50 %

SOUFFLAGE :

16 °C

Refroidissement


Relation Puissance, Débit d’air, température de soufflage, température d’ambiance


0.000

0.002

0.004

0.006

0.008

0.010

0.012

0.014

0.016

0.018

0.020-10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 910

1112

13

1415

1617

18

19

20

21

2223

2425

2627

28

2930

31

3233

3435

36

3738

3940

Température (°K)

Poids d'eau

( kg eau

/ kg as )

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

95

hiver

printemps

été

automne

HIVER

AUTOMNE

PRINTEMPS

ETE


Exemple d’une salle informatique


II. Mise en œuvre du traitement d’air


II.1 Traitement basique – interne à la salle

EQUIPEMENT INFO

CLIMATISEUR

Par exemple:

Climatiseur à détente directe

Ventiloconvecteur sur réseau eau glacée…


II.2 Traitement basique – externe à la salle

BAIE CLIMATISEUR

filtre

batterie froide

ventilateur

Faux plancher

Attention !!!

Plus la charge thermique est importante plus la hauteur du faux plancher doit être importante

Couloir froidCouloir chaud


BAIE

Attention !!!

L'air qui traverse ici

ne participe pas au

refroidissement

baie mal obturéebaie correctement obturée

augmentation du débit

inefficacité

dégradation du PUE

II.3 Efficacité de la diffusion de l’air


CONFINER LES ALLÉES POUR CANALISER L'AIR CHAUD

II.4 Confinement des allées


BAIE

CLIMATISEUR

filtre

batterie froide

ventilateur

couloir froid couloir chaud

Les équipements de climatisation intégrés entre les baies correspondent à ce principe

II.5 Traitement local – internes à la salle


CTA AIR NEUFfiltre

batterie froide

ventilateur

Air rejetéAir neuf traité

batterie chaude humidificateur

récupérateur

Le rôle de la centrale d'air neuf est de :

- assurer la surpression du local

- corriger l'hygrométrie relative du local

en général le débit est de l'ordre de 1 vol / h

II.6 Air Neuf: surpression et contrôle de l’hygrométrie


II.7 Le Freecooling

Batterie froide en complément

Humidificateur

FREE COOLING

=

UTILISER LES FRIGORIES GRATUITES DE L'AIR EXTERIEUR

Free cooling direct total tout air neuf


II.7 Le Freecooling

Free cooling direct partiel

Batterie froide en complément

Humidificateur


II.7 Le Freecooling

Pas de free cooling – recyclage total

Batterie froide assure seule le traitement


II.7 Free-Cooling


III. La problématique de la climatisation dans les datacentres


III.1 Une problématique dans un environnement complexe


III.4 Densité des salles

W / m²

3000

2000

1500

1000

500

250

1990 1995 2000 2005 2010 2015

Quand on parle de W / m², il s'agit de la puissance en

courant HQ disponible dans la salle, ramenée à la surface de

la salle.

Une densité de 3000 W / m² peut correspondre à une salle équipée en totalité de baies de 10 kw, ou àun mix entre des baies de 4 kw,10

kW jusqu'à 30 kW


III.5 Les classes de l’ASHRAE



ASHRAE 2007 - Recommandation Class 1 &2

Température 20° à 25°C

Hygrométrie relative 40 à 55 % HR

en bleu

ASHRAE 2011 - Recommandation Class A1 à A4


Hygrométrie relative < 60 % HR

Point de rosée > 5.5 °C et < 17 °C

en rouge



ASHRAE 2007 - Allowable Class 1

ASHRAE 2011 - Allowable Class A1


Hygrométrie relative 20 à 80 % HR

Point de rosée < à 17 °C


III.3 Tier, redondance & indisponibilitédes installations

TAUX DE INDISPONIBILITÉDISPONIBILITE INSTALLATION

Tier Level RequirementsSingle non-redundant distribution path serving the IT equipment

Non-redundant capacity components

Basic site infrastructure guaranteeing 99.671% availability 99.671 % 29 h

Fulfills all Tier 1 requirements

Redundant site infrastructure capacity components guaranteeing 99.741%

availability 99.741 % 23 h

Fulfills all Tier 1 and Tier 2 requirements

Multiple independent distribution paths serving the IT equipment

All IT equipment must be dual-powered and fully compatible with the topology of a

site's architecture

Concurrently maintainable site infrastructure guaranteeing 99.982% availability 99.982 % 1.6 h

Fulfills all Tier 1, Tier 2 and Tier 3 requirements

All cooling equipment is independently dual-powered, including chillers and heating,

ventilating and air-conditioning (HVAC) systems

Fault-tolerant site infrastructure with electrical power storage and distribution

facilities guaranteeing 99.995% availability 99.995 % 0.4 h

4

1

2

3

ANNEE

8 760 h

IMPACTS SUR CVC & ELECTRICITE

TIER 1 N équipements

TIER 2 N+1 équipements

TIER 3 N+1 équipements + double distribution

TIER 4 2 (N+1) équipements + double distribution active


III.2 Le PUE

Power Usage Effectiveness (PUE) and Datacenter Efficiency (DCE)

Le PUE est défini comme suit :

Puissance Equipements Techniques

PUE =

Puissance IT

Le DCE est l'inverse du PUE

Source:


III.6 Ce qui est observé sur le terrain

TEMPERATURE HYGROMETRIE CHARGE / m² salle TIER PUE

DATA - Banque, IT 21 à 23 °C 30 à 70 % HR 1 000 à 1 500 W/m² TIER 3+

DATA - Banque 23 à 25 °C 40 à 55 % HR 1 500 à 2 000 W/m² TIER 4

DATA - IT 17 à 23 °C 30 à 70 % HR 1 000 à 2 500 W/m² TIER 4 PUE < 1.4

DATA - Recherche 20 à 24 °C 30 à 70 % HR

DATA - IT 20.5 à 23.5 °C Pt Rosée 5.5 à 8.5 °C 2 300 W/m² TIER 3

DATA - Banque 18 à 26 °C 35 à 60 % HR 700 à 2 100 W/m² PUE < 1.6

DATA - IT 17 à 23 °C 30 à 70 % HR 200 baies de 4 kVA PUE < 1.3

DATA - Banque 21 à 23 °C 40 à 60 % HR 800 à 1 500 W/m² TIER 4 PUE < 1.8

locaux TGBT 5 à 30 °C NClocaux onduleurs 23 à 27 °C NClocaux batteries 19 à 30 °C NC

Contraintes tirés de projets récents: 2008 à 2011


IV. Exemples concrets: Contraintes et Solutions


CNRS IN2P3

Contraintes extraites du programme:• Déploiement sur 4 phases dans le temps (600kW à 2900kW)

• Optimisation du budget investissement

• Récupération d’énergie

• Forte densité

• Pas de plancher technique


CNRS IN2P3

Solution technique retenue:• Pas de plancher technique

• Traitement local par unités terminales air/eau proche des équipements et armoire à eau glacée pour l’ambiance

• Production de froid air/eau glacée

• Récupération sur double condenseur

• Coordination architecture des réseaux froids/ urbanisation de la salle


DATA IV

Contraintes extraites du programme:• Tiers 3+

• Le plus compact possible

• Facilité pour le déploiement et la maintenance des baies

• PUE < 1.6

• Evolutivité de la charge

• Autonomie de 72h


Solution technique retenue• Diffusion innovante par le plafond

• Recycleurs en couloir technique

• 2 réseaux actifs

• Surdimensionnement des réseaux

• Solution à débits variables

DATA IV


Datacentre Telecom

Contraintes extraites du programme:• PUE < 1.4

• Tiers 4

• Evolution de la charge

• Réduction des coûts de fonctionnement

• Modularité


Datacentre Telecom

Solution technique retenue• Groupe froid air/eau glacée

• CTA de en Locaux techniques

• Régulation des CTA avec optimisation du fonctionnement en freecooling


N’hésitez pas à nous contacter

Sylvain FERRIER Direction du développement

30 rue de la poudrette, 69100 VILLEURBANNE Tel: 04 78 41 20 00

Datacentre: concilier faisabilité, performance et éco ... · 18/10/2011 Datacentre: concilier...

Documents

Transcript of Datacentre: concilier faisabilité, performance et éco ... · 18/10/2011 Datacentre: concilier...