Datacentre : concilier faisabilité, performance et éco-responsabilité

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1 Datacentre : concilier faisabilité, performance et éco-responsabilité La climatisation des salles informatiques: compréhension et état des lieux Charles Vion, Responsable Service Projet Sylvain Ferrier, Responsable Commercial Travaux

2 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

3 I. Quelques bases de thermodynamique appliquées

4 I.1 Echanges climatiques d un local On caractérise une ambiance par: - Température - Hygrométrie - Pression - Empoussièrement - Pollution (Cov,etc) - Menuiseries Parois Fuites Equipements Occupants

5 I.1 Echanges climatiques d un local CAS GENERAL: Apports / Déperditions Tint Flux énergétique Conditions Extérieures: Température Text Hygrométrie Rayonnement Solaire Vent... Température d ambiance stable Σ Flux énergétiques = 0

6 I.2 Echanges climatiques d un datacentre Dans un DATACENTRE: Apports / Déperditions Tint Flux énergétique Conditions Extérieures: Température Text Hygrométrie Rayonnement Solaire Vent... Température d ambiance stable Σ Flux énergétiques = 0

7 I.3 Equilibre Thermique Température d ambiance stable Σ Flux énergétiques = 0 40 Local non climatisé 35 Température Si on ne fait rien, on atteint une température intérieure d'équilibre non maitrisée Temps

8 I.3 Equilibre Thermique Température d ambiance stable Σ Flux énergétiques = 0 40 Local climatisé 35 Température Une température intérieure maitrisée Temps

9 I.4 Diagramme de l air humide Les caractéristiques d une ambiance/flux d air ENTHALPIE ( kj/kg ) HYGROMETRIE RELATIVE ( %) POIDS D'EAU ( g/kg POINT DE ROSÉE ( C ) TEMPÉRATURE ( C)

10 I.4 Diagramme de l air humide Les évolutions d une ambiance/flux d air Refroidissement adiabatique Humidification Refroidissement Chauffage Déshumidification

11 I.4 Diagramme de l air humide Exemple d une salle informatique Exemple de zone cible : Température 21 K ± 2 Hygrométrie relative 50 % ± 20

12 I.4 Diagramme de l air humide Relation Puissance, Débit d air, température de soufflage, température d ambiance P ( W) = 0.34 Q (m3/h) ( Temp. ambiante - Temp. soufflage ) exemple : 100 kw à dissiper avec un DT de 7 Refroidissement débit d'air de m3/h SOUFFLAGE : 16 C Réchauffage AMBIANCE : 23 C; 50 %

13 I.4 Diagramme de l air humide Exemple d une salle informatique ETE PRINTEMPS AUTOMNE HIVER Poids d'eau ( kg eau/ kg as ) hiver printemps été automne Température ( K)

14 II. Mise en œuvre du traitement d air

15 II.1 Traitement basique interne à la salle EQUIPEMENT INFO CLIMATISEUR Par exemple: Climatiseur à détente directe Ventiloconvecteur sur réseau eau glacée

16 II.2 Traitement basique externe à la salle Couloir froid BAIE Couloir chaud CLIMATISEUR filtre batterie froide ventilateur Attention!!! Faux plancher Plus la charge thermique est importante plus la hauteur du faux plancher doit être importante

17 II.3 Efficacité de la diffusion de l air BAIE Attention!!! L'air qui traverse ici ne participe pas au refroidissement baie correctement obturée baie mal obturée augmentation du débit inefficacité dégradation du PUE

18 II.4 Confinement des allées CONFINER LES ALLÉES POUR CANALISER L'AIR CHAUD

19 II.5 Traitement local internes à la salle couloir froid BAIE couloir chaud CLIMATISEUR filtre batterie froide ventilateur Les équipements de climatisation intégrés entre les baies correspondent à ce principe

20 II.6 Air Neuf: surpression et contrôle de l hygrométrie filtre Air rejeté récupérateur CTA AIR NEUF Air neuf traité batterie chaude batterie froide humidificateur ventilateur 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

21 II.7 Le Freecooling Free cooling direct total tout air neuf Humidificateur Batterie froide en complément FREE COOLING = UTILISER LES FRIGORIES GRATUITES DE L'AIR EXTERIEUR

22 II.7 Le Freecooling Free cooling direct partiel Humidificateur Batterie froide en complément

23 II.7 Le Freecooling Pas de free cooling recyclage total Batterie froide assure seule le traitement

24 II.7 Free-Cooling

25 III. La problématique de la climatisation dans les datacentres

26 III.1 Une problématique dans un environnement complexe

27 III.4 Densité des salles W / m² 3000 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 à un mix entre des baies de 4 kw,10 kw jusqu'à 30 kw

28 III.5 Les classes de l ASHRAE

29 III.5 Les classes de l ASHRAE ASHRAE Recommandation Class A1 à A4 Température 18 à 27 C Hygrométrie relative < 60 % HR Point de rosée > 5.5 C et < 17 C en rouge ASHRAE Recommandation Class 1 &2 Température 20 à 25 C Hygrométrie relative 40 à 55 % HR en bleu

30 III.5 Les classes de l ASHRAE ASHRAE Allowable Class 1 ASHRAE Allowable Class A1 Température 15 à 32 C Hygrométrie relative 20 à 80 % HR Point de rosée < à 17 C

31 III.3 Tier, redondance & indisponibilité des installations Tie r Leve l Requirements Single non-redundant distribution path serving the IT equipment Non-redundant capacity components TAUX DE DISPONIBILITE INDISPONIBILITÉ INSTALLATION Basic site infrastructure guaranteeing % availability % 29 h Fulfills all Tier 1 requirements Redundant site infrastructure capacity components guaranteeing % availability % 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 arc hitecture Concurrently maintainable site infrastructure guaranteeing % availability % 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 % availability % 0.4 h IMPACTS SUR CVC & ELECTRICITE TIER 1 TIER 2 N équipements N+1 équipements TIER 3 TIER 4 N+1 équipements + double distribution 2 (N+1) équipements + double distribution active ANNEE h

32 III.2 Le PUE Power Usage Effectiveness (PUE) and Datacenter Efficiency (DCE) Le PUE est défini comme suit : PUE = Puissance Equipements Techniques Puissance IT Le DCE est l'inverse du PUE Source:

33 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 à W/m² TIER 3+ DATA - Banque 23 à 25 C 40 à 55 % HR à W/m² TIER 4 DATA - IT 17 à 23 C 30 à 70 % HR à 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 W/m² TIER 3 DATA - Banque 18 à 26 C 35 à 60 % HR 700 à 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 W/m² TIER 4 PUE < 1.8 locaux TGBT 5 à 30 C NC locaux onduleurs 23 à 27 C NC locaux batteries 19 à 30 C NC Contraintes tirés de projets récents: 2008 à 2011

34 IV. Exemples concrets: Contraintes et Solutions

35 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

36 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

37 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

38 DATA IV Solution technique retenue Diffusion innovante par le plafond Recycleurs en couloir technique 2 réseaux actifs Surdimensionnement des réseaux Solution à débits variables

39 Datacentre Telecom Contraintes extraites du programme: PUE < 1.4 Tiers 4 Evolution de la charge Réduction des coûts de fonctionnement Modularité

40 Datacentre Telecom Solution technique retenue Groupe froid air/eau glacée CTA de en Locaux techniques Régulation des CTA avec optimisation du fonctionnement en freecooling

41 N hésitez pas à nous contacter Sylvain FERRIER Direction du développement 30 rue de la poudrette, VILLEURBANNE Tel: