Refroidissement adiabatique par systèmes de panneau de contact dans les centres de traitement de données

Principe d’évaporation

L’air sec a une énorme capacité naturelle pour refroidir par l’échange de chaleur avec l’eau. L’eau absorbe une grande quantité de chaleur de l’air pour s’évaporer. Cet échange entre l’air et l’eau fait baisser la température de l’air. Ce processus de refroidissement de l’air utilise beaucoup moins d’énergie que les processus de réfrigération traditionnels utilisés par les systèmes d’air conditionné typiques.

Un refroidisseur à panneau de contact utilise essentiellement ce principe pour refroidir l’air chaud en le forçant à passer à travers une grande surface de panneau inorganique humidifiée avec de l’eau (il fonctionne comme une éponge). Ce type de refroidissement ne consomme pas d’énergie pour évaporer l’eau. Le panneau en lui-même a une chute de pression d’air qui représentera une petite augmentation de la consommation d’énergie des ventilateurs et une petite pompe de circulation est utilisée pour distribuer l’eau à travers les panneaux. La consommation totale d’énergie qui résulte de la chute de pression d’air supplémentaire et de la pompe de recirculation d’eau n’est pas significative par rapport à la consommation totale d’énergie du système de refroidissement du centre de traitement de données.

Où fonctionne le refroidissement par évaporation

L’effet de refroidissement par évaporation est directement associé à la capacité de l’air à absorber l’eau. En d’autres mots, cela dépend de la différence entre la température du bulbe sec et la température du bulbe humide. Plus la différence est grande, plus l’effet de refroidissement est important. Le refroidissement par évaporation peut réduire de manière significative, voire éliminer, les appareils de refroidissement par compresseur dans les centres de données, suivant les conditions de l’air intérieur et extérieur et le type de solution de refroidissement implémentée.

Cela dit, certains endroits du monde sont plus adaptés que d’autres à l’utilisation du refroidissement par évaporation. La température du bulbe humide fixera la température minimale théorique à laquelle l’air peut être refroidi pendant le processus de refroidissement par évaporation, en supposant que l’efficacité de saturation du processus soit de 100 %. Il est donc très important de considérer la répartition de la température extérieure du bulbe humide dans le monde entier pour identifier les endroits les plus adaptés pour l’utilisation du refroidissement par évaporation.

En général, pour les applications du centre de traitement de données, on considère que les endroits où la température du bulbe est > 25 oC ont un potentiel bas pour implémenter des solutions de refroidissement par évaporation.

Conditions de refroidissement du centre de traitement de données

Les conditions de refroidissement sont définies par le comité technique ASHRAE 9.9 (TC9.9) dans la 4e édition (2015) des guides thermiques pour centres de traitement de données.

Cette nouvelle enveloppe avec des intervalles d’exploitation plus grands soutient l’introduction de nouvelles technologies d’économies d’énergie comme le refroidissement gratuit (également appelé « free cooling ») et l’usage de solutions de refroidissement par évaporation.

Ci-contre, une représentation des différents intervalles (A1 à A4, tous deux recommandés et autorisés) avec les spécifications pour refroidissement à l’air.

En profitant du fait que les dernières générations de machines de distribution électrique et TI fonctionnent à des températures de plus en plus élevées, tout en conservant des taux élevés de fiabilité, les centres de traitement de données utilisent maintenant des températures d’impulsion d’air refroidi plus élevées, tout en conservant le ∆T habituel (impulsion/retour), ce qui permet dans bien des cas à la température de l’air d’impulsion pendant les pics estivaux (qui représentent dans certains cas un pourcentage très bas d’heures / an) de dévier des valeurs recommandées vers les valeurs autorisées par ASHRAE (bien souvent dans l’intervalle A1).

Cela permet aux centres de données d’implémenter des solutions de refroidissement à haute performance énergétique, avec des chiffres très bas d’effectivité d’utilisation d’énergie, et dans certains cas, le centre de donnés peut fonctionner sans « refroidissement par compresseur ».

Performance énergétique

Le PUE (Power Usage Effectiveness) est une mesure qui détermine l’efficacité énergétique d’un centre de données. On la calcule en divisant la quantité totale d’énergie fournie à un centre de données par l’énergie utilisée pour exploiter l’infrastructure de TI :

L’énergie totale de l’installation inclut toute l’énergie de l’infrastructure TI et tout ce que supporte sa charge, comme l’infrastructure d’apport d’énergie (par exemple UPS, interrupteurs, générateurs, PDU, batteries, pertes de distribution), l’infrastructure de refroidissement (par exemple CRAC, AHU, refroidisseurs, tours de refroidissement, pompes, etc.) et autres.

Typiquement, le PUE est calculé pour le profil météorologique annuel complet et présenté sous la forme d’un chiffre unique comme PUE annuel.

La proportion idéale théorique de PUE serait 1, donc plus cette proportion en sera proche, plus le centre de données sera efficace.

Le refroidissement représente un pourcentage important de la consommation d’énergie totale dans les centres de données et c’est une pratique commune d’analyser son effectivité d’utilisation d’énergie partielle individuellement (pPUE).

La consommation d’eau

Le WUE (Water Usage Effectiveness) est une mesure qui détermine l’utilisation de l’eau dans les centres de données et qui est exprimée en litres/kilowatt-heure (l/kWh) :

L’utilisation annuelle d’eau inclut toute l’eau utilisée pour le fonctionnement du centre de données, comme l’eau utilisée pour l’humidification, pour refroidir le centre de données (tours de refroidissement, CRAC ou AHU) ou pour refroidir le générateur d’énergie électrique.

De même que pour le PUE, le refroidissement représente un pourcentage important de la consommation totale d’eau dans les centres de traitement de données, et c’est une pratique commune d’analyser son effectivité partielle (pWUE).

Avantages de l’utilisation du refroidissement par évaporation par panneau de contact Fisair

  • Niveaux maximum d’efficacité énergétique (pPUE annuel)
  • La plus grande efficacité de saturation du marché
  • Le panneau avec la plus petite perte de charge sur le marché
  • Utilisation réduite de l’eau (pWUE) par rapport à d’autres solutions de refroidissement par évaporation
  • Stockage d’eau de secours réduit, par rapport à d’autres solutions de refroidissement par évaporation.
  • Exploitation avec tout type d’eau (sans traitement de l’eau)
  • Il n’y a pas de risques de goutte d’eau dans la partie interne de l’enveloppe ni dans les composants (par exemple, l’échangeur de chaleur de plaques air-air)
  • Permet des solutions de refroidissement sans utiliser de compresseur (« refroidissement mécanique »)
  • Infrastructure électrique réduite
  • Réduction du CapEx, OpEx et coût de capital

Intervalle de produits

FISAIR offre une gamme complète de produits de refroidissement par évaporation par panneau de contact :

Centres de traitement de données de petite à grande échelle : HEF2E pour intégration à des centrales de traitement d’air (CTA)

Caractéristiques et principaux avantages:

  • Basse consommation en énergie;
  • Entièrement construit en acier inoxydable AISI304, en option AISI 316;Media pads evaporative coolers | HEF2E
  • Panneau d’évaporation haute performance / hygiène. Non inflammable et inorganique;
  • Assemblage sans colle, qui fournit une haute performance de saturation, une perte de charge très basse et un cycle de vie prolongé;
  • Exploitation avec tout type d’eau, y compris de l’eau déminéralisée;
  • Ions d’argent sur la surface du panneau d’évaporation (antibactérien et protection contre la formation de moisissure);
  • Cassettes standards pour une maintenance facile;
  • Permet la maintenance depuis les côtés ou depuis la face avant de l’appareil;
  • Montage facile et rapide dans la CTA;
  • Certificat hygiénique suivant le VDI6022.

Série standard:

De 570 mm x 350 mm (425 m3/h à 2,5 m/s) jusqu’à 2 975 mm x 2400 mm (55 000 m3/h à 2,5 m/s) sur une pièce, et jusqu’à 6 150 mm x 4 800 mm sur l’ensemble modulable (220 000 m3/h à 2,5 m/s).

Centres de traitement de données grande échelle : HEF2E pour des centrales de traitement d’air (CTA)

 

Free cooling direct

Exemple de free cooling direct avec refroidissement par évaporation par panneau de contact FISAIR

Lieu Londres Madrid
Charge de chaleur 125 kW 125 kW
Température de l’air fourni 26 26
∆T 12 12
Modes de refroidissement
Free-Cooling 8582 h/a (98%) 7324 h/a (84%)
Par évaporation (HEF2E)* 178 h/a (2%) 1436 h/a (16%)
Compresseur 0 h/a (0%) 0 h/a (0%)

* en utilisant le système par évaporation FISAIR HEF2E avec les détails suivants : vitesse frontale de l’air 2,0 m/s ; impulsion HR < 80 %

Performance HEF2E dans des conditions de conception annuelles extrêmes à = 20 ans
BS BH
Madrid 41 25,3
Londres 35,8 22,6

Free cooling indirect

 

Exemple de free cooling indirect avec refroidissement par évaporation par panneau de contact FISAIR

Lieu Londres Sídney Tokio
Charge de chaleur 125 kW 125 kW 125 kW
Température de l’air fourni 26 26 26
∆T 12 12 12
Modes de refroidissement
Free-Cooling 8276 h/a (94%) 6505 h/a (74%) 5984 h/a (68%)
Evaporativo (HEF2E)* 484 h/a (6%) 2255 h/a (26%) 2776 h/a (32%)
Compresseur 0 h/a (0%) 4 h/a (0,1%) 1484 h/a (17%)

* en utilisant le système par évaporation FISAIR HEF2E avec les détails suivants : vitesse frontale de l’air 2,0 m/s ; Efficacité du récupérateur de plaques air-air = 75 % @ relation de débit d’air 1 : 1

Centres de données à petite échelle : conduit en ligne – HEF3-CAD

Caractéristiques et principaux avantages:evaporative air cooler | Contact panel evaporative humidifiers | Fisair

Pour des applications de conduits à eau directe.

  • 6 tailles standard à débits d’air allant jusqu’à 3 700 m3/h sans entraînement de gouttes.
  • Performance optimale à des coûts d’exploitation minimes.
  • Installation facile et maintenance.
  • Grande augmentation de la performance de récupération de chaleur dans l’air de reprise.
  • Acier inoxydable AISI-304, dans le réservoir et la structure.
  • Vidange complet du plateau.
  • Facile à démonter pour le nettoyage et la maintenance.
  • Accesible sur tous les côtés.

Centres de données de petite à grande échelle : Refroidisseurs de fluides / Dry-coolers / Refroidisseurs – HEF7

Sections refroidissement par évaporation composées de:Cellular panel evaporative coolers | Fisair's Photos adiabatic cooling system

  • Le système de refroidissement adiabatique dispose d’un panneau d’évaporation organique ou inorganique haute performance dans un cadre en acier inoxydable.
  • Appareil de pompage (réservoir, interrupteur de niveau, motovanne et régulateur de débit).
  • Tableau de contrôle (protection IP-55, protections, écran lumineux et indicateur d’état).
  • En option : communication par BMS et contrôle de conductivité de l’eau pour minimiser la consommation.

Références d’application

Parmi les références importantes, figure le Centre de données de Telefónica Alcala (Alcalá de Henares, région de Madrid, Espagne)

Certification: TIER IV Gold

PUE anual: <1.3

Produit fourni: refroidisseurs par évaporation HEF FISAIR HEF2E pour les CTA.

L’incorporation des refroidisseurs par évaporation HEF2E de FISAIR aux centrales de traitement d’air a permis au centre de traitement de données de Telefónica de fonctionner sans besoin de réfrigération mécanique pendant 92 % du temps, tout au long de l’année, uniquement en utilisant le free cooling et / ou le refroidissement par évaporation, contribuant ainsi à obtenir la certification TIER IV Gold de l’Uptime Institute, avec un PUE (Power Usage Effectiveness) annuel situé entre 1,2 et 1,3.

Type d’installation : Refroidisseurs + CTA avec refroidissement par évaporation direct (DFC)

Nbre de CTA : 36

Utilisation du free cooling (air extérieur) et / ou refroidissement par évaporation: 8460 h / an (92%)

Utilisation du refroidissement mécanique (compresseur): 300 h / an (8%)

    OAutres références importantes:

    • HP 
    • Oracle 
    • Telefónica (Movistar) 
    • BBVA 
    • Maphre 
    • Banco popular 
    • Data4 (Milan et Paris)
    • Turkcell

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