Rôle du réfrigérant et équipements de refroidissement dans les centres informatiques modernes

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1 2 décembre 2014 Rôle du réfrigérant et équipements de refroidissement dans les centres informatiques modernes Par Kevin Mathieu, ing., PA LEED Directeur Associé

2 Plan de la présentation Caractéristiques des centres informatiques Caractéristiques des systèmes de refroidissement Période du 20 ième siècle Période de transition Systèmes modernes de refroidissement Technologies futurs Conclusion 2

3 Caractéristiques des centres informatiques Un espace qui supporte des serveurs critiques pour les entreprises (24/7). L impact d une période de non-disponibilité peut être critique pour une entreprise. Conditions ambiantes particulières (température, humidité, propreté) Potentiel de surchauffe d équipement critique suite à une panne de refroidissement 3

4 Caractéristiques des centres informatiques Salle de serveurs typique moyenne (300 W/pi 2 ) 600 kw de chaleur 10 litres d eau pcm 56 pcm/pi 2 45 k$ / mois 16 pi 2000 pi 2 4

5 Caractéristiques des centres informatiques Causes des interruptions de services non-planifiées (2013) 67 sites sondés 12% 12% 7% 18% 4% 24% 22% ASC Accident/Erreur humaine Cyber Attaque (DDoS) Météréologie Système de refroidissement/ventilation Génératrice Équipement informatique 5

6 Caractérisques des centres informatiques 6

7 Caractérisques des centres informatiques Durée de vie des équipements TI : 1 à 5 ans Durée de la vie utile des infrastructures É/M :10 ans 25 ans 7

8 Caractéristiques des systèmes de refroidissement SYSTÈMES TYPIQUES ÉQUIPEMENTS LOCAUX DE REFROIDISSEMENT 8

9 Caractéristiques des systèmes de refroidissement Système de refroidissement type 9

10 Caractéristiques des systèmes de refroidissement Faible coût d achat Faible coût opération ROI Flexibilité Modularité Facilité d installation Mise en service simple Simplicité d opération «trouble shooting» simple Fiabilité Disponibilité en tout temps 10

11 Période du 20 ième siècle Systèmes de refroidissement basés sur les systèmes de refroidissement de type commercial (pression, température, conditions d opération, design) Réfrigérant R22 principalement Deux grandes familles : les centrales d eau glacée et les climatiseurs locaux à expansion directe 11

12 Période du 20 ième siècle Centrale d eau glacée Refroidissement local Refroidisseur (centrifuge, à vis, scroll, absorption) Condenseur (à l air, l eau, eau glycoolée) Rejet de chaleur (tour d eau, refroidisseur de liquide) Climatiseurs refroidis à l eau glacée (CRAH) circuit d eau secondaire directement dans les cabinets informatiques 12

13 Période du 20 ième siècle Rejet de chaleur Refroidissement local Condenseur refroidi à l air Refroidisseur de liquide Tour d eau Climatiseur avec système à expansion direct (CRAC) 13

14 Période de transition Éléments à l origine de la période de transition Protocole de Montréal Protocole de Kyoto Création du comité technique TC 9.9 (augmentation de la quantité et densité) 14

15 Période de transition - Protocole de Montréal Protocole de Montréal relatif à des substances qui appauvrissent la couche d ozone But : impose la suppression de l utilisation des CFC sauf pour des utilisations qualifiées de critiques ou essentielles Adopté en 1985 Signé par 24 pays en 1987 Entrée en vigueur : 1989 Accord international 15

16 Période de transition Protocole de Kyoto Protocole de Kyoto Traité international visant à la réduction des émissions de gaz à effet de serre venant s'ajouter à la Convention-cadre des Nations unies sur les changements climatiques. Signé en décembre 1997 et en vigueur depuis février Objectif : une réduction des émissions de gaz à effets de serres, entre 2008 et 2012, d au moins 5% par rapport au niveau de

17 Période de transition TC 9.9 Consommation d énergie (charge électrique élevée et continue) Importance de la continuité des opérations Création du comité technique TC 9.9 en 2003 afin de mieux répondre aux besoins des équipements informatiques 17

18 Les membres Agences gouvernementales (US) Consultants Les fabricants de serveurs Utilisateurs Fabricants d équipements de refroidissement Période de transition TC

19 Étape no.1 : Période de transition TC 9.9 Révision des conditions de température et d humidité Contrôle précis des conditions de retour (20 e siècle) 19

20 Étape no.2 : Période de transition TC 9.9 Analyse des tendances de consommation d énergie Env. 300W/pi2 20

21 Étape no.3 : Période de transition TC 9.9 Analyse de la consommation électrique Division des consommations énergétiques moyennes pour un centre de données CRAC - Refroidi à l'air Consommation typique par composantes 23% 11% 46% Serveurs ASC Éclairage 17% 13% Compresseur 8% 8% Ventilation Refroidissement 70% Venditlateur Condenseur 4% Autres 21

22 Étape no.3 (suite): Période de transition TC 9.9 Caractéristiques physiques pour le transfert de 160 kw Air pcm 4 x 4 Eau glacée 110 usgpm 3 Réfrigérant (pompé) R-134a 1-3/8-2- 5/8 22

23 Étape no.4 : Recommandations de design Période de transition TC 9.9 Essais pour vérifier l impact des différents paramètres d opération sur la consommation électrique. 23

24 Période de transition TC 9.9 Étape no.4 (suite) : Recommandations de design Augmenter le différentielle de température (air, eau) Augmenter la température d alimentation (air, eau) Augmentation du transfert d énergie avec une même force motrice Réduction du lift Augmentation de l utilisation des économiseurs 24

25 Étape no.4 : Période de transition TC 9.9 Recommandations de design- réfrigérant Refroidisseur centrifuge : l efficacité augmente de 1-3% pour chaque 1F additionnel à la sortie de l évaporateur. Température évap de 60F à charge partielle, la consommation est de 0,2 kw /tonne VS le standard de 0,5 0,6 kw/tonne pour conditions usuelles À 60F, refroidissement gratuit presqu à l année 25

26 Étape no.4 : Période de transition TC 9.9 Recommandations de design- ventilateur distribution d air avec peu de restriction ventilateur de type haute efficacité moteur électrique à haute efficacité filtres à faible perte de pression variateur de vitesse 26

27 Étape no.4 : Recommandations de design- pompe moteur électrique à haute efficacité température différentielle élevée pompe à haute efficacité variateur de vitesse Période de transition TC

28 Étape no.4 : Période de transition TC 9.9 Recommandations de design- CRAC/CRAH les performances doivent respectés le std 127 «Method of Testing for Rating Computer and Data Processins Room Unitary Air Conditioners» contrôle d humidité variateur de vitesse (évaporateur et condenseur) 28

29 Étape no.5 : Implantation des recommandations Période de transition TC 9.9 Difficulté d implantation des nouveaux concepts serveurs d anciens générations infrastructure mécanique du 20 ième siècle plancher surélevé standard 29

30 Systèmes modernes de refroidissement Les systèmes de refroidissement actuellement disponibles sur le marché ont atteints une certaine maturité. Les serveurs d anciennes générations ont été remplacés Installation des systèmes à l extérieur des zones «serveurs» 30

31 Systèmes modernes de refroidissement Les systèmes modernes peuvent être divisés comme suit : ÉQUIPEMENTS LOCAUX DE REFROIDISSEMENT 31

32 Systèmes modernes de refroidissement Rejet de chaleur Tour d'eau 32

33 Systèmes modernes de refroidissement Rejet de chaleur Refroidisseur de liquide 33

34 Systèmes modernes de refroidissement Rejet de chaleur Refroidisseur de liquide - adiabatique 34

35 Systèmes modernes de refroidissement Équipement de refroidissement Refroidisseur 35

36 Systèmes modernes de refroidissement Équipement de refroidissement Refroidisseur sans huile 36

37 Systèmes modernes de refroidissement Refroidisseur local Centrales d air 37

38 Systèmes modernes de refroidissement Refroidisseur local Centrales d air 38

39 Systèmes modernes de refroidissement Refroidisseur local Centrales d air 39

40 Systèmes modernes de refroidissement Refroidisseur local Centrales d air 40

41 Systèmes modernes de refroidissement Refroidisseur local Climatiseurs périmétriques 41

42 Systèmes modernes de refroidissement Refroidisseur local Climatiseurs périmétriques 42

43 Systèmes modernes de refroidissement Refroidisseur local Climatiseurs locaux 43

44 Systèmes modernes de refroidissement Refroidisseur local Climatiseurs locaux 44

45 Systèmes modernes de refroidissement Refroidisseur local Climatiseurs locaux 45

46 Systèmes modernes de refroidissement Refroidisseur local Plancher surélevé 2 étages 46

47 Image banc de charge moderne Systèmes modernes de refroidissement 47

48 Systèmes modernes de refroidissement Humidification Contrôle de l'humidité : Variation de 5%HR = 1 litre (salle de 2000 pi 2 ) Système classique (20ième siècle) capacité totale:80 l/h serp. réchauffe:240 kw Humidicateur ultrasonique capacité totale:8 l/h consommation :0,7 kw 48

49 Caractéristiques des centres informatiques Salle de serveurs typique moyenne (300 W/pi 2 ) 600 kw de chaleur 10 litres d eau pcm 36 pcm/pi k$ / mois 16 pi 2000 pi 2 49

50 Systèmes modernes de refroidissement Liste partielle des documents de référence ASHRAE 90.1 ASHRAE 90.4 «Energy Standard for Data Centers and Telecommunications Buildings» (en développement) ASHRAE 127 LEED Uptime Institut 50

51 Commissioning avec des charges non critiques Analyse coûts totaux (achat, énergie, entretien) Prévoir des économiseurs Systèmes flexibles Systèmes modernes de refroidissement Stratégies de redondance coordonnées avec la mission de la salle 51

52 Systèmes modernes de refroidissement Salles de serveurs existantes Faire le bilan des consommateurs d énergie Évaluer la rentabilité des solutions Valider les exigences de température et humidité relative Oser faire la réingénierie des systèmes 52

53 Tendances / Technologies futurs Systèmes de refroidissement avant-gardistes Centre Informatique refroidi à l'eau de mer 53

54 Tendances / Technologies futurs Serveurs refroidis par évaporation (Novec 1230) 54

55 Serveurs refroidis par huile Tendances / Technologies futurs 55

56 Les grands utilisateurs construisent leurs propres serveurs et systèmes de refroidissement. Construction de serveurs qui peuvent supporter des températures de -5 o C à 45 o C à l entrée Tendances / Technologies futurs 56

57 Conclusion Les systèmes de refroidissement doivent être implantés et non seulement installés Prévoir des infrastructures flexibles Suivre les guides de bonnes pratiques disponibles Tenir compte du coût total des équipements Bien comprendre les besoins des serveurs (densité, quantité, redondance) 57

58 Questions