PROUVER QUE L'HUMIDITÉ NE POSE PAS DE PROBLÈME LORS DE L'UTILISATION DU FREE COOLING DANS LES STATIONS DE TÉLÉCOMMUNICATION DE BASE

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1 PROUVER QUE L'HUMIDITÉ NE POSE PAS DE PROBLÈME LORS DE L'UTILISATION DU FREE COOLING DANS LES STATIONS DE TÉLÉCOMMUNICATION DE BASE 1 2 PAR EHSAN B. HAGHIGHI PHD, SPÉCIALISTE THERMIQUE DANTHERM COOLING

2 Le free cooling est la méthode de refroidissement la plus efficace en énergie et génère les plus grandes économies dans le refroidissement des systèmes électroniques. Nous recevons fréquemment des demandes si le free cooling peut être utilisé dans des régions ayant une humidité relative élevée sans endommager les équipements. La réponse est oui.

3 PROUVER QUE L'HUMIDITÉ NE POSE PAS DE PROBLÈME LORS DE L'UTILISATION DU FREE COOLING DANS LES STATIONS DE TÉLÉCOMMUNICATION DE BASE / PARTIE UNE INFORMATIONS ESSENTIELLES - EN BREF Nos clients ont besoin d'une preuve concrète que le free cooling peut être utilisé dans les régions à humidité élevée sans créer d'environnement intérieur avec des niveaux d'humidité relative trop élevés. Ce livre blanc a ainsi pour but d'analyser l'humidité relative à l'intérieur d'un site télécom standard en comparaison avec différentes températures de point de consigne et une HR extérieure de 99 %. L'étude montre que le free cooling peut être appliqué malgré des conditions météorologiques très humides, car l'humidité relative de l'air ambiant diminue jusqu'à atteindre un niveau recommandé par l'ashrae lorsqu'elle est sujette à la charge thermique interne. i 1. INTRODUCTION La plupart des opérateurs télécoms ont la chose suivante en commun : la volonté d'avoir un système de refroidissement sur site le plus efficace possible en énergie. Le free cooling demeure la méthode de refroidissement la plus efficace en énergie et génère les plus grandes économies dans le refroidissement des systèmes électroniques, mais la technologie amène avec elle des inquiétudes sur les risques d'endommager les équipements. Ces inquiétudes proviennent de la supposition que l'élimination de la chaleur par de l'air humide extérieur entraîne la formation d'un environnement intérieur avec des niveaux d'humidité trop élevés. Ces inquiétudes sont compréhensibles, mais inutiles. Le free cooling peut être appliqué malgré l'humidité relative élevée de l'air ambiant, mais nous comprenons que cela nécessite une preuve concrète. Le présent livre blanc définit ainsi les niveaux d'humidité en relation avec l'utilisation du free cooling comme moyen d'élimination de chaleur sur les sites des réseaux télécoms et basés sur différentes températures de point de consigne et une HR extérieure de 99 %.

4 2. HUMIDITÉ RELATIVE INTERNE SELON LES PARAMÈTRES THÉORIQUES L'étude suivante est basée sur des estimations selon les lois de la thermodynamique en considérant les classes environnementales recommandées et autorisées par l'ashrae et l'etsi pour l'équipement informatique au niveau de la mer. L'étude comprend des estimations basées sur des paramètres HR de 99 %. La figure 1 montre la fourchette recommandée (le quadrilatère le plus petit) et la fourchette autorisée (les autres quadrilatères) pour l'équipement informatique dans les différentes classes : A1-A4 au niveau de la mer. La classe A1 correspond aux serveurs d'entreprises avec un contrôle environnemental strict. Les classes A2, A3 et A4 correspondent aux serveurs de volume avec un certain contrôle environnemental [1]. Le tableau 1 montre les valeurs recommandées pour l'équipement informatique pour différentes classes basées sur les valeurs standards de l'etsi [2]. Dans cette série de livres blancs, l'humidité relative acceptable est estimée à une fourchette comprise entre 20 et 80 %. Cependant, comme cela peut être constaté dans quelques classes, l'humidité relative autorisée se situe dans une fourchette plus large (voir figure 1 et tableau 1). Le free cooling est l'apport d'air extérieur frais pour atteindre une température de point de consigne spécifique à l'intérieur d'un shelter. Lorsque l'air extérieur pénètre à l'intérieur du shelter, celui-ci est réchauffé par la charge thermique à l'intérieur du shelter générée par les équipements. Le processus peut être matérialisé par une ligne droite sur un diagramme psychrométrique (la ligne bleue sur la figure 1). L'air extérieur avec une humidité relative (HR) de 99 % et différentes températures (0-23 C) est supposé être fourni à un boîtier / shelter comprenant des équipements électroniques. Le point de consigne de la température intérieure est supposé se situer à C. La température sèche (T), le point de rosée (Td) et l'humidité relative (HR) sont reliés par la formule modifiée de Magnus comme illustré ci-dessous [3]. a = 17,625, b = 243,04, T et Td sont en C et HR est en %. L'air extérieur (ligne bleue sur la figure 1) traverse un processus de point de rosée constant. Selon cette supposition, l'air extérieur est chauffé et l'humidité relative évolue naturellement. La figure 2 montre l'humidité relative intérieure calculée par les équations (1) à (3). En se basant sur les résultats de la plupart des cas, l'humidité relative est comprise entre la limite inférieure et la limite supérieure sélectionnées (entre 20 et 80 %). Pour quelques points où l'humidité relative se trouve au-delà de cette fourchette, une unité de climatisation et/ou un chauffage sont nécessaires pour ajuster le climat intérieur.

5 2. SUITE, HUMIDITÉ RELATIVE INTERNE SELON LES PARAMÈTRES THÉORIQUES Plage de température ( o C) Plage d'humidité relative (%) 3.1 (normal) 3.1 (exceptionnel) à à à à à à à Tableau 1 : Classes environnementales recommandées par l'etsi pour l'équipement informatique [2] Figure 1 : diagramme psychrométrique, unités métriques SI, niveau de la mer, pression atmosphérique - 101,3 kpa (classes environnementales recommandées et autorisées par l'ashrae pour l'équipement informatique au niveau de la mer) [1]

6 3. HUMIDITÉ RELATIVE INTERNE SELON LES PARAMÈTRES RÉELS Afin de générer des résultats de calculs basés sur des conditions réelles, les calculs suivants supposent que le shelter se trouve dans un lieu très humide tel que San Francisco. La figure 3 et la figure 4 montrent heure par heure la température extérieure et l'humidité relative pour l'aéroport international de San Francisco [4]. Limite inférieure Limite supérieure Humidité relative (%) Tset ( C) Figure 2 : humidité relative intérieure vs. point de consigne de la température du boîtier pour l'air extérieur avec des températures différentes et une HR de 99 %.

7 3. SUITE, HUMIDITÉ RELATIVE INTERNE SELON LES PARAMÈTRES RÉELS L'humidité relative intérieure est calculée à l'aide de la procédure expliquée dans la section 2 en utilisant les équations (1) à (3) et en supposant que le point de consigne intérieur se situe à 27 C (figure 3). L'humidité relative intérieure calculée est indiquée sur la figure 4. Comme le montre la figure, même si l'humidité relative extérieure est proche de 100 % pendant une grande partie de l'année, l'humidité relative intérieure se situe toujours sous 80 % et peu souvent sous 20 % (5 % de la durée totale). D'autre part, comme le montre la figure 4, l'humidité relative est comprise entre les limites supérieures et inférieures sélectionnées (20 à 80 %) pendant 95 % de l'année. Tair Tset HR air HR in T (C) HR (%) t (hr) t (hr) Figure 3 : température extérieure pour l'aéroport international de San Francisco et point de consigne du shelter 4. CONCLUSION Figure 4 : humidité relative de l'air extérieur pour l'aéroport international de San Francisco et le shelter intérieur Le présent livre blanc avait pour but de définir les niveaux d'humidité en relation avec l'utilisation du free cooling comme moyen d'élimination de chaleur sur les sites des réseaux télécoms. Basés sur les classes environnementales recommandées et autorisées par l'ashrae et l'etsi au niveau de la mer, les calculs montrent que l'humidité relative reste comprise entre les limites supérieures et inférieures sélectionnées pour les paramètres inclus. En conclusion, le free cooling peut être utilisé pour l'élimination de la chaleur excessive dans les régions extrêmement humides sans endommager les équipements. Pour les cas où l'humidité relative risque de dépasser la fourchette autorisée, une climatisation est recommandée pour ajuster le climat intérieur. Ceci est discuté dans la partie deux de cette série de livres blancs. Références [1] ASHRAE, 2012, Thermal Guidelines for Data Processing Environments, Third Edition [2] ETSI EN V2.2.2 ( ), European Standard (Telecommunications series) [3] Alduchov, O. A., and R. E. Eskridge, 1996: Improved Magnus form approximation of saturation vapor pressure. J. Appl. Meteor., 35, [4]

8 DANTHERM COOLING DÉVELOPPE ET FABRIQUE DES SYSTÈMES D'ÉLIMINATION DE LA CHALEUR FIABLES ET EFFICACES EN ÉNERGIE POUR L'INDUSTRIE DU REFROIDISSEMENT DES SYSTÈMES ÉLECTRONIQUES DANTHERM COOLING EST LE PARTENAIRE PRIVILÉGIÉ POUR LE REFROIDISSEMENT DES SYSTÈMES ÉLECTRONIQUES ET LE PLUS GRAND FOURNISSEUR MONDIAL DE SOLUTIONS DE CONTRÔLE CLIMATIQUE Copyright 2015 par Dantherm cooling holding A/S Tous droits réservés. Aucune partie de cette publication ne peut être reproduite, distribuée ou transmise sous quelque forme que ce soit ou par quelque moyen que ce soit, y compris par photocopie, enregistrement ou autres méthodes électroniques ou mécaniques, sans l'autorisation écrite préalable de l'éditeur, sauf dans le cas de brèves citations associées à des analyses critiques ou de certains autres usages non commerciaux autorisés par la loi sur le droit d'auteur.