Architecture Data centers

Un refroidissement à moindre frais

Abritant des serveurs par milliers, ces bâtiments constituent un cadre propice aux solutions innovantes de récupération de chaleur.

Malgré les progrès de l’informatique, l’explosion des besoins de traitement et de stockage de données conduit à bâtir des data centers toujours plus gros. Il y a dix ans, une construction de ce type occupait une surface d’environ 10 000 m2 et nécessitait 2 MW de puissance électrique. Aujourd’hui, elles atteignent voire dépassent 60 000 m2 et peuvent appeler jusqu’à 64 MW !

Si les équipements purement informatiques représentent la plus grande part des consommations, les réseaux de distribution électriques, ainsi que les installations de production et de diffusion de froid indispensables au bon fonctionnement des serveurs, requièrent aussi de grandes quantités de courant. La réduction de ces besoins annexes constitue donc un enjeu majeur pour les gestionnaires de centre. Pour évaluer l’efficacité énergétique de leurs sites, ces derniers se fondent sur l’indice PUE (« Power Data Effectiveness » en anglais), qui est égal à l’énergie totale divisée par l’énergie des seuls systèmes informatiques. Dans les années 2000, un PUE satisfaisant avoisinait 2. De nos jours, on considère une valeur de 1,4 à 1,5 comme une bonne performance. L’un des meilleurs, le data center Amazon à Saint-Ghislain en Belgique, atteint même 1,09.

Désormais, les centres de données atteignent 60 000 m2 et appellent jusqu’à 64 MW.

Le recours au « free cooling ». Symbole de cette recherche d’économie, les régimes d’eau des systèmes de production d’eau glacée augmentent. D’après Gilles Montigny, responsable du marché des data centers chez Schneider Electric, des températures de 7 °C en sortie des groupes froids et de 12 °C en retour étaient encore la règle il y a dix ans. Dorénavant, le standard est 15/25 °C. Le responsable expérimente même un régime de 20/30 °C à la demande d’un client sur un site particulier. Dans ces conditions, l’air expulsé par les serveurs à 35-36 °C est refroidi à 20-27 °C avant d’être de nouveau poussé vers le matériel informatique. Le rendement des machines thermiques devient alors optimal.

Cependant, le principal moyen de réduire les consommations électriques liées au refroidissement reste le recours massif au free cooling. Ce procédé consiste à échanger de la chaleur directement avec l’extérieur, sans mettre en route les compresseurs des groupes froids. Le plus souvent, l’air tient lieu de fluide de refroidissement. Dans ce cas, seuls les ventilateurs d’insufflation et d’extraction consomment de l’électricité. Certains sites ont recours à l’eau, avec un puisage et un rejet en rivière ou en nappe phréatique : des pompes s’ajoutent alors au ventilateur. Pour l’instant, le free cooling sur épingles enterrées verticalement dans le sol avec circulation d’eau glycolée n’est pas encore employé.

Une autre piste pour améliorer le bilan énergétique des data cente rs consiste à récupérer la chaleur qu’ils dissipent pour chauffer les bâtiments environnants ou alimenter des réseaux de chaleur ( lire p age 74) . Toutefois, si un data center

dissipe des centaines de mégawatts-heure de chaleur par an, il ne peut chauffer de l’eau qu’à une température d’environ 30 °C. Celle-ci peut néanmoins servir de « source froide » pour une pompe à chaleur. La machine peut ainsi générer une eau comprise entre 60 et 90 °C, idéale pour le chauffage ou la production d’eau chaude sanitaire.

Des produits sur-mesure. Dans ce contexte, les industriels du bâtiment, équipementiers en tête, ont développé des activités dédiées aux data centers . C’est le cas de Schneider Electric, qui a mis en place une offre globale incluant distribution électrique, production et distribution de froid, et supervision. « Nous avons construit notre catalogue grâce à plusieurs acquisitions, explique Gilles Montigny. Il y a eu, en 2007, le rachat de l’américain APC, spécialiste des alimentations ondulées et des solutions de confinement en allées chaudes ou froides. Puis celui, en 2010, d’Uniflair, qui fournit des groupes froids, des armoires de climatisation et des faux planchers de distribution ».

Le groupe a notamment lancé cette année une nouvelle gamme de groupes froids, baptisée « Aquaflair TSAC ». Ces équipements maximisent la surface d’échange pour le free cooling . Ils fonctionnent ainsi en mode sec jusqu’à 20 °C extérieurs, puis, au-delà de cette température, ajoutent un effet adiabatique : de l’eau est pulvérisée sur l’extérieur des échangeurs. Sous l’effet de la chaleur, elle s’évapore et refroidit la surface. Lorsque ces premières mesures ne suffisent plus, les compresseurs prennent le relais. Ces groupes froids, capables de fonctionner jusqu’à une température extérieure de 45 °C, ressemblent davantage à des dry coolers adiabatiques avec une petite puissance de compression (250 à 500 kW) qu’à des groupes froids traditionnels.

Côté alimentation électrique, Samuel Schott, responsable du marché data centers chez Rittal, ajoute que les exploitants veulent connaître les consommations d’électricité en détail, serveur par serveur. L’industriel propose pour cela sa gamme d’unités de distribution d’énergie (PDU) switched : des rails de distribution d’électricité, mono ou triphasés, avec alimentation redondante et mesure de l’énergie et de l’intensité par phase.

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« Montrer patte verte grâce à l'électricité renouvelable »

« Notre récent data center PAR7, mis en service à La Courneuve, a besoin de 64 MW de puissance électrique. Sa consommation annuelle se comptera en gigawatts-heure. Le seul moyen de montrer “patte verte”, est d’acheter de l’électricité verte. Afin de répondre aux demandes de nos clients, nous garantissons 100 % d’électricité d’origine renouvelable, certificats Equilibre EDF à l’appui. Nos utilisateurs sont soumis à la pression du rapport “Clicking Clean”, publié tous les six mois par Greenpeace, sur l’origine de l’électricité qu’ils consomment. En janvier 2017, l’ONG expliquait qu’Apple, Google, Facebook et le nouveau venu Switch progressaient vers une consommation d’électricité d’origine 100 % renouvelable, tandis que Netflix, Amazon Web Services et Samsung étaient en retard. »

Fatrice Coquio, président d’InterXion France.

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Récupération - La chaleur se diffuse au réseau urbain

A Bailly-Romainvilliers (Seine-et-Marne), la piscine du Val d’Europe est chauffée depuis 2012 grâce à la récupération de chaleur d’un data center Natixis. La configuration de base était idéale : une nouvelle zone dont l’aménagement a été étudié par l’Epamarne pour valoriser la chaleur basse température du centre de données grâce à un réseau de chauffage urbain basse température. Ce dernier a été financé, réalisé et est exploité par Dalkia dans le cadre d’un réseau privé. Un tel réseau, avec délégation de service public, requiert au moins deux ans d’instruction. Le data center étant alors en construction, l’autorisation a été délivrée plus vite.

Trois boucles. Ce d at a center absorbe 23 MW de puissance électrique, dont 7 MW de refroidissement, assuré par des groupes froids eau/eau qui récupèrent de la chaleur à 30-35 °C sur les serveurs, renvoient vers ceux-ci de l’eau à 20-25 °C et fournissent au réseau, à travers un échangeur, une eau à 55 °C. Le réseau compte trois boucles : la première relie le data center à la chaufferie gaz, qui assure le secours et le complément de chaleur. Les seconde et troisième boucles partent de la chaufferie. L’une alimente la piscine et couvre tous ses besoins en chauffage et en eau chaude sanitaire. L’autre distribuera la zone en développement qui accueillera à terme 600 000 m2 d’activités tertiaires.

Le coût du réseau – hors échangeur de chaleur – atteint 9,2 M€, dont 3,46 millions d’euros pour le réseau et une subvention de 1 M€ du Fonds Chaleur. La chaleur est vendue à 80 € HT/MWh aux clients du réseau. Un contrat de fourniture de chaleur lie Natixis et Dalkia pour quinze ans.

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