Conception des installations climatiques d'un data center : cloisonnement des allées, faux plafond diffusant et résilience en cas de rupture d'alimentation.
EOLIOS Ingénierie a réalisé le dimensionnement des installations climatiques d'un data center, en partenariat avec IMOGIS. Plusieurs scénarios de crise ont été étudiés afin de tester la résilience des systèmes de climatisation.
L'essentiel. Étude CFD de conception d'un data center à Paris (partenaire IMOGIS). Les simulations démontrent l'efficacité du cloisonnement des allées chaudes et froides : sans cloisonnement, de nombreuses recirculations provoquent une surchauffe généralisée jusqu'à +20 °C par rapport aux critères ASHRAE retenus. L'étude valide le faux plafond diffusant et l'ajout de grilles modulables, puis éprouve la salle en cas de rupture d'alimentation électrique.
Dans le cadre de la conception d'un data center en partenariat avec IMOGIS, EOLIOS a réalisé le dimensionnement des installations climatiques. Les premières études se sont concentrées sur la conception des allées chaudes et allées froides : bien que ce type de conception soit désormais connu et maîtrisé, l'efficacité de ce cloisonnement a une nouvelle fois été démontrée.
Sans cloisonnement, de nombreuses recirculations ont été mises en évidence, entraînant une surchauffe généralisée (jusqu'à +20 °C par rapport aux critères de conception ASHRAE retenus). En parallèle, le principe de diffusion dans les allées froides a été étudié.
Confinement physique des allées chaudes ou froides qui empêche le mélange de l'air rejeté par les serveurs avec l'air froid soufflé. Il supprime les recirculations, abaisse les températures d'aspiration et améliore l'efficacité énergétique du refroidissement.
L'enjeu a été d'étudier le risque d'apparition de points chauds selon différentes urbanisations critiques. L'étude a mis en évidence l'efficacité des systèmes de régulation du faux plafond diffusant, qui apportent une grande flexibilité dans la répartition des puissances serveur de la salle. Plusieurs scénarios ont permis d'appréhender divers modes de fonctionnement défavorable.
Des mouvements aérauliques globaux ont été observés, capables de concentrer les rejets calorifiques des systèmes, armoires et éclairages en quelques points défavorables. Ces phénomènes ont été optimisés par l'ajout de grilles modulables dans certaines zones spécifiques du hall serveur.
Plafond technique équipé de grilles réglables par lesquelles l'air froid est diffusé vers la salle. Sa régulation zone par zone offre une grande flexibilité pour adapter la répartition du froid aux puissances réellement installées.
À retenir. Le cloisonnement des allées et un faux plafond diffusant à grilles modulables suffisent souvent à supprimer les recirculations et à absorber des urbanisations très hétérogènes, sans surdimensionner la production de froid.
Le faux plafond diffusant transforme le plénum haut en une surface de soufflage pilotable : au lieu d'un débit uniforme, chaque zone reçoit l'air froid par des grilles réglables dont on ajuste l'ouverture. Cette granularité est décisive dans une salle où les puissances par baie sont hétérogènes et évoluent au fil des tranches d'exploitation. La CFD sert ici à relier, zone par zone, le débit diffusé à la charge thermique réellement dissipée sous la grille.
Cartographie des charges : report des puissances serveur baie par baie sur le plan de plafond.
Réglage des ouvertures : modulation du taux d'ouverture des grilles pour aligner le débit sur la charge locale.
Contrôle des mouvements globaux : identification des boucles aérauliques qui concentrent les rejets en quelques points.
Reprise d'air maîtrisée : vérification que l'air chaud rejoint la reprise sans court-circuiter les allées froides.
Volume tampon, ici en partie haute, mis en légère surpression et depuis lequel l'air froid est distribué vers la salle par des grilles. Sa pression et le taux d'ouverture des grilles fixent le débit délivré en chaque point.
Capacité d'une installation à réaffecter le froid disponible vers les zones qui en ont besoin, sans surdimensionner l'ensemble. Un faux plafond à grilles modulables l'obtient par réglage local plutôt que par ajout de puissance.
À retenir. La valeur d'un faux plafond diffusant tient à son pilotage : c'est le réglage fin des grilles, validé par la CFD, qui absorbe les urbanisations hétérogènes sans surdimensionner la production de froid.
Concevoir les installations climatiques d'un data center par la simulation suppose une chaîne de calcul rigoureuse, où chaque hypothèse est tracée avant d'exploiter les résultats. Le modèle numérique n'a de valeur que s'il reproduit fidèlement la physique de la salle : convection forcée des recycleurs, convection naturelle des panaches chauds, conduction dans les cloisons et rayonnement entre surfaces. La force de l'approche est de rendre quantifiable, dès la conception, ce qui resterait autrement une intuition d'ingénieur.
Modélisation géométrique : reprise du volume de la salle, des baies, des recycleurs et du faux plafond diffusant à l'échelle réelle.
Maillage : découpage du volume d'air en cellules de calcul, raffiné au droit des grilles, des allées et des entrées de baies où les gradients sont les plus forts.
Conditions aux limites : débits et températures de soufflage, puissances dissipées par baie, propriétés des parois et consignes de régulation.
Modèle de turbulence : fermeture des équations de Navier-Stokes moyennées pour restituer le brassage réel de l'air.
Convergence & exploitation : vérification de la stabilité des résidus, puis cartographies de température, de vitesse et de pression exploitables baie par baie.
Découpage du volume d'air en cellules élémentaires où sont résolues les équations d'écoulement et de transfert de chaleur. Un maillage fin restitue mieux les gradients près des grilles et des baies, au prix d'un temps de calcul plus élevé ; tout l'art consiste à le raffiner là où c'est utile.
Ensemble d'équations complémentaires qui représentent les effets des tourbillons sur l'écoulement moyen sans les résoudre un à un. Il conditionne la justesse du brassage d'air simulé dans les allées et autour des baies.
À retenir. La fiabilité d'une étude de conception tient autant à la qualité du maillage et des conditions aux limites qu'à la puissance de calcul : un modèle bien posé transforme le dimensionnement climatique en décision mesurable plutôt qu'en marge de sécurité subie.
Une fois la conception optimisée, des études de rupture d'alimentation électrique concessionnaire ont estimé les températures maximales extrêmes et la durée de dépassement des seuils pour les serveurs les plus défavorables.
Des recommandations ont porté sur la mise en place d'onduleurs pour certains systèmes de régulation, afin d'accélérer la relance des systèmes de secours et de limiter l'élévation de température du local.
Alimentation sans interruption qui maintient l'électricité pendant la bascule vers les groupes de secours. Alimenter les systèmes de régulation via un onduleur accélère la reprise de la ventilation et limite la montée en température lors d'une coupure.
Cloisonnement, faux plafond diffusant et rupture d'alimentation : les réponses aux questions que se posent concepteurs et exploitants avant une étude CFD.
Sans cloisonnement, de nombreuses recirculations apparaissent et provoquent une surchauffe généralisée, jusqu'à +20 °C par rapport aux critères ASHRAE. Le cloisonnement supprime le mélange des flux et fiabilise le refroidissement, comme le montre aussi notre étude interne du data center DC28.
Ses grilles réglables offrent une grande flexibilité pour répartir le froid selon les puissances serveur réellement installées, zone par zone, et absorber des urbanisations hétérogènes.
L'étude simule différentes urbanisations critiques pour localiser les concentrations de rejets calorifiques, puis ajoute des grilles modulables dans les zones spécifiques concernées afin de rééquilibrer la diffusion.
Des études de coupure du réseau concessionnaire estiment les températures maximales extrêmes et la durée de dépassement des seuils pour les serveurs les plus défavorables, jusqu'à la relance des systèmes de secours.
Alimenter certains systèmes de régulation via un onduleur accélère la relance des secours et limite l'élévation de température du local pendant la bascule.
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