Comprendre le fonctionnement d'un data center

Comprendre le fonctionnement de la climatisation d'un data center

EOLIOS est expert de la dissipation des calories pour les data centers.

Avec l'augmentation de la quantité d'informations et le degré d'informatisation des processus de travail, la question de la sécurité de ces informations lors du fonctionnement ininterrompu des serveurs devient de plus en plus aiguë. Un échec dans ce domaine peut suspendre toutes les activités de l'entreprise et entraîner de graves pertes. L'une des principales conditions pour un fonctionnement stable des serveurs est le maintien de la température optimale de l'air dans le volume des salles de serveurs, obtenu à l'aide de systèmes basés sur une climatisation de précision.

L'exploitation d'un centre de données est énergivore : le système de refroidissement consomme souvent autant (ou plus) d'énergie que les ordinateurs qu'il prend en charge.

Dans cet article, nous examinerons certaines des technologies de refroidissement des data centers les plus couramment utilisées, ainsi que les nouvelles approches de la simulation CFD.

Conception d'allée froide / d'allée chaude

Il s'agit d'une disposition de racks de centre de données qui utilise des rangées alternées de type « allées froides » et « allées chaudes ».

Devant les racks sont disposées des diffusions d'air froid (généralement via des grilles) pour que les serveurs aspirent l'air ; les allées chaudes évacuent la chaleur de l'arrière des serveurs. Les gaines d'aération sont généralement connectées à un faux plafond prélevant l'air chaud des allées chaudes pour être refroidi, puis l'air refroidi est évacué dans les allées froides, via un faux plancher ou des gaines.

Les racks de serveurs vides doivent être remplis par des panneaux obturateurs, pour éviter la surchauffe et réduire la quantité d'air froid gaspillé. En effet, le vide créé par l'absence de serveurs peut entraîner des transferts d'air parasite compte tenu des différences de pression entre zone chaude et froide ; ce déplacement d'air parasite est de l'énergie perdue.

Système d'eau glacée

Cette technologie est la plus couramment utilisée dans les centres de données de taille moyenne à grande.

L'air dans le centre de données est amené par des systèmes de traitement de l'air, connus sous le nom de systèmes de traitement de l'air de la salle informatique (CRAH), et de l'eau réfrigérée (fournie par un système de refroidissement externe à l'installation) est utilisée pour refroidir la température de l'air.

Quelle est la différence entre les unités CRAC et CRAH ?

Unités CRAC

Les unités CRAC fonctionnent comme les unités de climatisation des maisons. Elles ont un système d'expansion direct et des compresseurs intégrés directement dans l'unité. Elles assurent le refroidissement en soufflant de l'air sur un échangeur rempli de réfrigérant ; le réfrigérant maintient son état froid grâce à un compresseur interne, et l'excès de chaleur est expulsé par un mélange de glycol, d'eau ou d'air. Alors que la plupart des unités CRAC ne fournissent qu'un volume constant (fonctionnement marche/arrêt), de nouveaux modèles permettant des variations de flux d'air sont en cours de développement.

Il existe différentes manières de placer les unités CRAC, mais elles sont généralement installées à l'opposé des allées chaudes d'un centre de données. Là, elles libèrent de l'air refroidi à travers les perforations du plancher surélevé (grilles ou perforations des dalles de sol), refroidissant les serveurs informatiques.

Unités CRAH

Les unités CRAH fonctionnent comme des unités de traitement d'air à eau glacée installées dans la plupart des immeubles de bureaux. Elles assurent le refroidissement en soufflant de l'air sur un échangeur rempli d'eau glacée. L'eau réfrigérée est généralement fournie par des « groupes refroidisseurs d'eau » — autrement connus comme une usine d'eau glacée. Les unités CRAH peuvent réguler la vitesse du ventilateur pour maintenir une pression statique définie, garantissant que les niveaux d'humidité et la température restent stables.

La production d'eau glacée peut être réalisée par détente directe ou par des DRY de type rafraîchissement adiabatique, beaucoup plus économes en énergie.

Quelle est la température optimale d'un data center ?

Les salles de serveurs contiennent un mélange d'air chaud et froid : les ventilateurs du serveur expulsent l'air chaud pendant le fonctionnement, tandis que la climatisation apporte de l'air frais pour contrecarrer l'air d'échappement chaud. Le maintien du bon équilibre entre air chaud et air froid a toujours été primordial pour la disponibilité des data centers. Si un centre devient trop chaud, l'équipement court un risque de panne plus élevé — entraînant temps d'arrêt, perte de données et perte de revenus.

Dans les années 2000, la plage de température recommandée était de 20 à 24 °C : la gamme conseillée par l'ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) comme optimale pour une disponibilité et une durée de vie maximales du matériel, avec un espace tampon suffisant en cas de panne de climatisation.

Depuis 2005, de nouvelles normes et de meilleurs équipements sont apparus, avec des tolérances améliorées pour des plages plus élevées : l'ASHRAE recommande désormais une plage de fonctionnement acceptable de 18 à 27 °C.

La hausse des températures en entrée de serveur rend également l'usage du free cooling ou du free chilling (utiliser l'air extérieur pour souffler de l'air frais en salle ou refroidir l'eau, à la place du groupe de production d'eau glacée) bien plus intéressant, notamment dans des régions tempérées comme la France. Avec des consignes de 25 °C en salle au lieu de 15 °C, les périodes pendant lesquelles le free cooling peut être utilisé sans activer la climatisation s'allongent considérablement — ce qui génère d'importantes économies d'énergie et améliore le PUE (Power Usage Effectiveness). Il en va de même avec le free chilling, utilisable plus fréquemment pour refroidir les boucles d'eau (consigne à 15 °C au lieu de 7 °C).

Les problématiques d'une température de consigne trop élevée

Malheureusement, des températures de fonctionnement plus élevées peuvent réduire le temps de réaction en cas d'augmentation rapide due à une panne de l'unité de refroidissement. Un centre dont les serveurs fonctionnent à des températures plus élevées risque de subir instantanément des pannes matérielles simultanées. Les récentes réglementations ASHRAE soulignent l'importance d'une surveillance proactive de la température à l'intérieur des salles serveurs.

Que se passe-t-il s'il fait trop chaud ?

Lorsque la température à l'intérieur du centre augmente trop, l'équipement peut facilement surchauffer, ce qui peut endommager les serveurs. Les données pourraient être perdues, causant des problèmes majeurs aux entreprises qui font confiance aux services du data center. C'est pourquoi tous les centres doivent disposer de systèmes de refroidissement permettant de surmonter une période de crise ou de maintenance.

Que se passe-t-il en cas de panne des systèmes de climatisation ?

En fonction de la densité de puissance installée, l'augmentation des températures d'air à l'intérieur de la salle serveur peut être extrêmement rapide. Nous observons généralement, lors des simulations de défaillance de type panne de courant, une élévation de l'ordre de 1 °C par minute. Il en résulte un risque important de dégradation du matériel et de pertes de données si les systèmes de redondance et de sécurité ne sont pas correctement dimensionnés. Par ailleurs, le temps de redémarrage et d'activation pleine puissance des compresseurs est un enjeu pour les halls les plus exigeants. Pour retarder les effets, il existe des systèmes à inertie permettant de stocker de l'énergie calorifique quelques minutes afin de lisser la courbe d'élévation en température.

Pourquoi réaliser une simulation CFD d'un data center ?

La simulation CFD fournit des informations sur la relation entre le fonctionnement des systèmes mécaniques et les variations de la charge thermique des équipements informatiques. Grâce à ces informations, le personnel informatique et le personnel du site peuvent optimiser l'efficacité du flux d'air et maximiser la capacité de refroidissement.