Fiche de Lecture Génie Climatique et Énergétique. Étude d un data center en phase d exécution

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1 Fiche de Lecture Génie Climatique et Énergétique Étude d un data center en phase d exécution Tuteur institutionnel : Tuteur d entreprise : François BOUCHEIX Armel JEGOU Charles CHRISTIN du 7 février au 29 juillet 2011

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3 Ce rapport de projet de fin d études synthétise le travail effectué pendant 6 mois (du 7 février au 29 juillet 2011) au sein de l entreprise Cegelec, dans l agence Grands Projets et Infrastructures Sud-Ouest basée à Toulouse. Cette agence est porteuse de projets de grande ampleur. La réalisation du génie électrique et du génie climatique du data center de la caisse de retraite AGIRC-ARRCO est l un de leurs nombreux projets en cours. Le 21 ème siècle est l ère de l informatique et des nouvelles technologies. Les data centers, encore inconnus de nos dictionnaires, sont nés d un réel besoin de traitement de l information virtuelle, les amenant ainsi à se développer de manière considérable en moins de dix ans. Désormais, ils représentent une part significative de la consommation énergétique mondiale (1%). Très énergivores, les data centers sont de plus en plus montrés du doigt. Ils sont de véritables gouffres énergétiques absents de la réglementation thermique : rien ne limite leurs consommations. Seule une réelle volonté émise par le Maître d ouvrage permet une cohérence énergétique. L effort d économie d énergie doit être réalisé durant tous les stades de vie du bâtiment : dès les premières études, pendant la phase d exécution, et par la suite pendant l exploitation du bâtiment. J ai étudié le data center d AGIRC-ARRCO en phase d exécution. Lors de cette phase, le système de refroidissement est déjà défini dans ces grandes lignes : type de refroidissement, puissance frigorifique à installer, régime d eau glacée, performances minimales souhaitées, distribution d air. Le data center étudié présente une caractéristique contractuelle très intéressante : il est demandé à Cegelec de ne pas dépasser un certain coefficient de consommation appelé PUE. La première partie de ce rapport décrit le projet étudié et précise la notion de PUE. Le PUE est un indicateur synthétique, efficient et reconnu internationalement permettant une évaluation rapide de l efficacité énergétique d un data center. Il permet également de comparer les centres informatiques entre eux et de déterminer si des améliorations d efficacité énergétique sont nécessaires. Le PUE (coeficient) se calcule par la relation suivante : Théoriquement, un data center parfait présente un PUE égal à 1. Dans ce cas, toute la puissance consommée par l enceinte est destinée au fonctionnement des équipements informatiques et aucune puissance de refroidissement n est nécessaire.

4 Mais la théorie est bien loin de la réalité et un data center «moyen» présente un PUE proche de 2,2. C est à dire qu un data center moyen consomme plus en refroidissement que le traitement informatique du site. Rare sont ceux qui, comme le data center étudié, peuvent se vanter d atteindre un PUE inférieur à 1,7. Le PUE imposé par le Maître d ouvrage oblige Cegelec à être conscient de l impact énergétique de tous ses choix relatifs au système de refroidissement. Pour l entreprise d exécution, la technicité des équipements devient prioritaire sur la réalisation de bénéfices à l achat des produits. La deuxième partie de mon projet de fin d études consiste en l établissement d une méthode de calcul de consommation du matériel climatique. Il est surprenant de constater que, malgré la politique actuelle de limitation des consommations, aucune réglementation ni aucun logiciel de calcul de PUE n existent. La méthode de calcul présentée a pour but de guider l entreprise dans son choix des équipements avec une vision économe, rentable et durable. Elle constitue une première approche dans le calcul des consommations des équipements climatiques d un data center. Dans la troisième partie, j étudie l impact de consommation du système de refroidissement selon différents fournisseurs et selon différents modes de conception. Les calculs de consommation sont réalisés à partir de données concrètes, obtenues auprès des fournisseurs. La méthode permet de comparer les fournisseurs entre eux : - groupes froids : Trane, Ciat, MTA, Swegon - aéroréfrigérants : Trane, Ciat, Thermokey - armoires de climatisation : Stulz, Emerson, Emicon, Ciat, Swegon - pompes : Salmson, Grundfos - centrales de traitement d air : Ciat - ventilation d extraction : données théoriques, fournisseurs non consultés La méthode permet aussi de comparer les choix de conception : - changement de régime d eau des armoires de climatisation : avec le même fournisseur : 7-12, 8-3 ou changement de régime d eau des groupes froids et aéroréfrigérants : avec le même fournisseur : 7-12, 8-3 ou changement de filtration des armoires de climatisation des salles informatiques : avec le même fournisseur : F7 ou G4

5 - changement de taille d armoire de climatisation dans les salles informatiques : avec le même fournisseur, 1 modèle économe et onéreux VS 1 modèle énergivore et bon marché - changement de taille de groupe froid : avec le même fournisseur, 1 modèle économe et onéreux VS 1 modèle énergivore et bon marché - changement de technologie de groupe froid : vis ou scroll - changement de température extérieure de travail : avec le même fournisseur : 41 C ou 35 C La méthode de calcul à permis d établir un choix cohérent entre technicité et prix d achat. Les comparaisons ainsi établies, corrélées à l aspect financier de l exploitation du data center, montre au Maître d ouvrage l importance d un investissement initial lors d une démarche durable : le choix du scénario de fonctionnement détermine le temps de retour sur investissement. Les quatrième et cinquième parties décrivent l impact d un free cooling sur l eau ou sur l air, système non demandé par le Maître d ouvrage pour ce data center. Il peut être surprenant de constater que les méthodes passives d apports frigorifiques ne soient pas obligatoires. Ces parties montrent la difficulté de généralisation du free cooling sur les data centers. Elles montrent la pertinence du free cooling selon la zone géographique du data center qui présente des températures clémentes en hiver. Par sa disponibilité annuelle, nous verrons que seul le free cooling sur l air est validé. La cinquième partie montre alors que ce système ne signifie pas forcément «froid gratuit» et peut, notamment pour le data center étudié, être un système très énergivore. L évolution des technologies est rapide et les besoins en traitement informatique est exponentielle. La réalisation des data centers est en pleine expansion ; ils constituent un nouveau pôle de compétence au sein du secteur climatique. Les enjeux en termes d économie d énergie sont considérables. Ces ouvrages feront l objet dans la décennie actuel d un enseignement au sein des écoles d ingénieurs.