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Projets innovants : ddes data-centers «green» grâce (entre autres) au free-cooling

Publié le Tuesday, May 19, 2020 par Marc Lacaze

Les data-centers n’ont plus besoin de climatisation à 100 %. Déjà depuis plusieurs années, des solutions de refroidissement avec l’air extérieur sont mises en œuvre. Néanmoins, sous nos latitudes, nous sommes encore à la genèse de ce type de technologie, pourtant très économique financièrement et respectueuse de notre environnement.

innovation

SITUATION

L’engagement de la France, à l’intérieur des objectifs des « 3 x 20 » du « Paquet Energie Climat 2020 », est :

  • 20 % d’accroissement en efficacité énergétique.
  • 20 % d’énergie renouvelable dans le mix énergétique.
  • 20 % de réduction des émissions de CO2.

Aucun secteur d’activité ne peut échapper à cette opportunité de réduction de ses coûts énergétiques et donc de fonctionnement.

Selon Greenpeace, aujourd’hui le monde de l’IT* (information technology) est responsable de 7 % des besoins mondiaux en énergie, et ce secteur double tous les 4 ans (source EMC) ! Ainsi, les prospectivistes pensent que cette activité dépassera en 2020, les émissions carbones du transport aérien d’aujourd’hui ! De ce fait, il est important que le monde de l’IT se prépare à une envolée des prix de l’électricité et améliore son efficacité énergétique. Ainsi, les data-centers sont une source importante d’amélioration de leurs performances financière et énergétique..

CONSTAT SUR LA CONSOMMATION ÉNERGÉTIQUE

Le fonctionnement d’un data-center couvre une plage de 24/24, 365 jours par an. L’énergie d’un data-center peut représenter jusqu’à 50 % des dépenses ; sa consommation moyenne est de 5.15 MWh/m²/an et le PUE* moyen est de 1.8. (Source GT Data-center).

Pour rappel, le PUE est le quotient entre la consommation d’énergie du data et la consommation d’énergie des équipements informatique. Il est admis que l’optimisation des consommations du data-center permet des réductions d’environ 40 % des consommations sur une année, sur un budget qui représente presque 50 % de la consommation d’un site (source APL France).

On enregistre pour cette activité, deux grands pôles de consommation (source ATEE) :

  • L’activité numérique générée par les serveurs. (50 %)
  • L’activité consacrée à l’évacuation des calories des serveurs. (40 %)
  • Autres (10 %)

De ce fait, un gain réalisé sur les installations de refroidissement est déterminant sur les coûts d’exploitation des sites.

LE FREE-COOLING, UNE SOLUTION PERTINENTE !

Le free-cooling (qui signifie refroidissement gratuit), est une méthode qui utilise la différence de température entre l’air extérieur plus froide et la température du milieu ou de l’équipement à refroidir. Dans le cas qui nous intéresse, se sont les salles de serveurs (ou directement les baies) qui sont refroidies par l’air extérieur. Les puissances installées en free-cooling sont très en-dessous de celles consacrées à un refroidissement classique par groupe froid : l’énergie (consommation électrique) dépensée sur l’année est donc nettement moindre.

  • Les gisements de gain

Comme vu ci-dessus, un système de refroidissement représente en moyenne 40 % de la consommation d’une salle serveur. Il est généralement confié à un ou plusieurs groupes froids fonctionnant en cascade.

Dans le cas du free-cooling, l’apport de l’air extérieur suffira à refroidir les équipements. En effet, le principe de fonctionnement consiste à utiliser l’air extérieur pour refroidir les équipements jusqu’ à une consigne donnée. De ce fait, les consommations énergétiques, qui dans ce cas sont principalement dues à la consommation des systèmes de ventilation, sont très significativement inférieures à celles des groupes froids. Les gains des consommations électriques sont compris entre 35% et 50 % suivant les installations et le pilotage retenu pour celles-ci (source constructeurs).

  • Qui peut en bénéficier ?

En France, 100% du territoire français est éligible au free-cooling. Le temps d’utilisation du free-cooling dans nos régions, permet un fonctionnement de l’ordre de 7500 heures (entre 7000 et 8500 hrs/an), ce qui représente plus de 310 jours possibles, avec un taux d’utilisation de 85 %. Certain site, comme pour SIGMA dans la région Nantaise, tend vers une utilisation de 93 %, soit plus de 8000 heures.

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Avantages forts :

S’APPUYER SUR LES PRÉCONISATIONS DE L’ASHRAEContrairement à une croyance bien ancrée, il n’est pas nécessaire de maitriser la température d’un data center entre 20° et 22°.

Les préconisations de l’ASHRAE, l’American Society of Refrigerating Heating and Air-Conditioning Engineers (organisme américain à but non lucratif dont ses membres sont issus de divers milieux : universitaires, industriels, consultants et utilisateurs finaux), valident une température continue pour les équipements entre 24°, avec des périodes acceptables à 27°.

L’acceptation de ce plafond haut pour le refroidissement, permet pour le pilotage du système, un délai acceptable dans le cas qui nous préoccupe, pour réajustement de la température de l’air. Celle-ci qui pouvant faire suite à une montée en charge  du data-center. Ces recommandations d’équilibre entre hygrométrie et températures sont également établies en fonction de la classe du matériel installé (voir le tableau psychométrique de l’ASHRAE).

Que se soit pour un pilotage par hygrométrie relative ou spécifique, la prise en compte de ce couple -température et hygrométrie -, est primordiale.

QUELLES ENTREPRISES ONT MIS EN PLACE CE PROCÉDÉ ?

Voici quelques liens qui mettent en lumière les entreprises ayant choisi cette option technique dans le but d’améliorer leurs empreintes énergétiques tout en diminuant leurs coûts d’exploitation :

Grâce à une maitrise optimum de pilotage de la qualité de l’air, SIGMA NANTES à la particularité de passer à un fonctionnement exceptionnellement haut de 93 % d’utilisation en free-cooling.

LIMITE D’UTILISATION DU FREE-COOLING

Ce système ne dédouane pas totalement la mise en place de groupes froids et notamment lors de ces deux périodes saisonnières :

  • en été, où la température l’air extérieur est supérieure à celle qui doit être refroidit (quelques jours par an dans nos régions)
  • en hivers dans le cas d’un niveau d’humidité de l’air qui donnerait un niveau supérieur aux valeurs données par les abaques de l’ASHRAE (couple température / hygrométrie).

Le(s) groupe(s) froid(s) vient alors en renfort de l’installation en place (environ 1300 hrs/an). La puissance de la « production froid » installée est alors nettement inférieure.

EN CONCLUSION

  • Aujourd’hui, pour son efficience énergétique, un data-center ne saurait faire l’impasse sur ce système de refroidissement des équipements informatiques grâce à l’air extérieur
  • Pour améliorer l’empreinte carbone, cette utilisation de l’air extérieur pour refroidir les équipements est la solution simple, naturelle et efficace.
  • Des financements importants existent pour la réalisation des travaux d’un projet neuf. Pour cela, se rapprocher des interlocuteurs locaux, en valorisant les Certificats d’Économie d’Énergie (CEE) en fiche non standardisée, ainsi que les aides locales possibles.
  • Toutes les réalisations effectuées sont un succès. Elles ont toutes un PUE avoisinant au moins 1.3.
  • Il est impératif de respecter les préconisations de l’ASHRAE pour le réglage des températures et de l’hygrométrie de l’air.

N’attendez plus ! Dans le cadre de vos projets pour votre data-center, faite appel à la mise en place d’une solution « green » et financièrement économique LE FREE-COOLING !

* IT = information technology
* UE = Power Usage Effectiveness

Marc Lacaze

Marc Lacaze expert Accompagnement des PMI et PME dans leurs Coûts Énergétiques & la Performance de l’Outil de Production. Mise en place d’organisation maintenance « utilité et production » chez des industriels de l’aéronautique et équipementiers automobile, leaders européens ou mondial de leur marché.

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