Centres de données, deuxième partie : Refroidissement par air et refroidissement par liquide dans les centres de données

Refroidissement par air ou par liquide

Pour les centres de données, le refroidissement est vital ! Comme l’indique une étude, « Imaginez que l’on réunisse dans un seul bâtiment suffisamment d’énergie pour alimenter 36 000 foyers ». Le refroidissement des centres de données se divise en deux catégories : le refroidissement par air et le refroidissement par liquide. Les deux sont actuellement utilisés dans ce domaine, mais le refroidissement liquide sera probablement le type de refroidissement le plus dominant à l’avenir.

Les centres de calcul qui prennent en charge l’intelligence artificielle (IA), l’extraction de données et les crypto-monnaies auraient tous besoin d’un refroidissement liquide pour répondre à leurs besoins en énergie. Les systèmes actuels de climatisation des salles d’ordinateurs (CRAC) et de traitement de l’air des salles d’ordinateurs (CRAH) ne peuvent gérer qu’une consommation d’énergie de 15 kW par rack de serveur, mais peuvent être poussés jusqu’à 50 kW par rack s’ils sont associés à un système de refroidissement liquide dans un système hybride. La densité de puissance moyenne par rack dans les centres de données est actuellement d’environ 17 kW par rack, avec des projections atteignant jusqu’à 30 kW par rack d’ici 2027, à mesure que de plus en plus de systèmes d’IA commencent à être mis en ligne. Les systèmes d’IA tels que ChatGPT ont une densité de puissance de 80 kW par rack, et NVIDIA vient d’annoncer une puce qui pourrait nécessiter jusqu’à 120 kW par rack, ce qui rend le refroidissement liquide essentiel pour répondre à ces demandes de puissance à l’avenir.

Les unités CRAC et CRAH de refroidissement par air sont conçues pour forcer l’air refroidi à travers une salle de serveurs et à travers des unités pour refroidir efficacement les serveurs. La chaleur est ensuite transférée hors de la salle vers un serpentin de refroidissement rempli d’eau (dans un système CRAH) ou d’un liquide de refroidissement comme le glycol (dans un système CRAC). La chaleur est ensuite transférée vers un refroidisseur, où elle est éjectée hors du bâtiment, tandis que l’eau ou le glycol réfrigérés sont recyclés dans les serpentins de refroidissement. Ces systèmes de refroidissement peuvent être économiques pour les centres de données de petite taille ou à bâtiment unique, et leur conception a été bien optimisée au fil des ans.

Le refroidissement liquide est un développement plus récent, et il existe plusieurs façons de l’utiliser. La première méthode est le refroidissement actif ou passif de la porte arrière, où le liquide de refroidissement circule dans des serpentins situés à l’arrière des serveurs. Le refroidissement passif de la porte arrière s’appuie sur les propres ventilateurs des serveurs pour pousser la chaleur vers les serpentins de refroidissement, tandis que le refroidissement actif de la porte arrière utilise des ventilateurs supplémentaires placés près des serpentins de refroidissement qui attirent activement la chaleur vers les serpentins. Un autre type de refroidissement liquide pompe le liquide de refroidissement dans une unité en contact direct avec la puce, et le dernier type de refroidissement liquide consiste à immerger complètement la carte de circuit imprimé dans le liquide de refroidissement.

Toutes les conceptions de refroidissement liquide diffèrent des bâtiments refroidis par air en termes de plomberie et se composent de trois boucles de plomberie différentes. Le système d’eau du condenseur (CWS) transfère la chaleur du système d’eau des installations (FWS). Ce dernier parcourt l’ensemble du bâtiment et transfère la chaleur du système de refroidissement technologique (SCT). Ce dernier est surveillé de près et entre en contact avec les serveurs de l’une des manières décrites ci-dessus. Il peut utiliser une variété de réfrigérants, allant des huiles minérales aux fluorocarbures, tandis que le FWS et le CWS utilisent tous deux de l’eau.

Comme nous l’avons mentionné dans le premier article de cette série, les directives générales pour le FWS stipulent que l’eau doit répondre aux normes de « qualité de l’eau potable », car elle est également utilisée à des fins telles que les toilettes, les fontaines à boire et les salles de repos. Le SPC passe entre le refroidisseur du SPF et la tour de refroidissement, il doit donc simplement être maintenu exempt d’entartrage et d’encrassement. Le TCS, comme on peut s’en douter, est soumis à des directives plus strictes, car il se trouve entre les serveurs et l’unité de distribution du liquide de refroidissement (CDU) qui échange la chaleur du TCS avec le FWS. Le tableau ci-dessous présente les directives ASHRAE pour les liquides du FWS et du TCS.

Asahi/America Product Spotlight

Les centres de données disposent d’une mesure qui devient un élément de conception de plus en plus important. L ‘ »efficacité de l’utilisation de l’eau » (WUE) est déterminée par l’efficacité avec laquelle un centre de données utilise l’eau par rapport à sa consommation d’énergie, et il y a une forte pression pour une utilisation plus efficace de l’eau afin de réduire la pression sur les réserves d’eau municipales locales. L’une des pierres angulaires de l’amélioration de l’efficacité d’un système de refroidissement consiste à disposer d’un contrôle de débit fiable et de qualité.

Les robinets à tournant sphérique Asahi/America Type-21 SST et les robinets à membrane Type-14 offrent tous deux un contrôle supérieur du débit grâce à leur conception technique. Le graphique ci-dessous illustre le débit de certaines de nos vannes les plus populaires. Plus la montée de la ligne sur le graphique est douce, plus le débit de la vanne est prévisible et contrôlable.

La vanne à boisseau sphérique Type-21 SST est dotée d’une technologie de support de siège qui permet un contrôle plus serré et plus constant du débit, en particulier aux faibles débits. La vanne à membrane Type-14 a une conception de type déversoir qui permet un contrôle très précis du débit. En outre, ces deux vannes peuvent également être équipées d’une commande électrique de la série 19.

Un actionnement fiable et contrôlable est la pierre angulaire des systèmes de refroidissement et d’alimentation en eau d’un centre de données. Le système de dynamique des fluides numérique (CFD) est un outil utilisé par les ingénieurs pour prévoir où et quand des points chauds peuvent se développer en raison d’une demande accrue sur les serveurs. Ils peuvent alors ajuster le refroidissement de ces zones en fonction de la demande anticipée, garantissant ainsi le bon fonctionnement des serveurs du centre de données. Pour qu’un système CFD fonctionne correctement, il a besoin de deux éléments essentiels. Le premier est constitué de vannes offrant un contrôle précis et répétable du débit, comme la vanne à bille SST Type-21 et la vanne à diaphragme Type-14. Le second est un actionnement réactif, nécessitant peu de maintenance et pouvant être intégré au système de contrôle d’un centre de données, comme les actionneurs électriques de la série 19.

Les actionneurs électriques de la série 19 peuvent tous être intégrés dans le système de contrôle d’un centre de données et offrent plusieurs caractéristiques techniques qui constituent des facteurs de sécurité supplémentaires à prendre en compte par les ingénieurs des centres de données. Ces actionneurs offrent un câblage simplifié pour la gamme de tensions disponibles (95-265 VAC ou 24 VAC/VDC). Ils sont tous dotés d’un boîtier NEMA 4X, garantissant que les pièces internes sont protégées contre l’eau, la poussière et les débris projetés par un tuyau, et d’une garniture en acier inoxydable pour une utilisation dans des environnements corrosifs. En outre, les actionneurs de la série 19 sont dotés d’un chauffage interne à commande thermostatique pour éviter l’accumulation d’humidité sur les composants internes. Enfin, ils offrent des options telles que la modulation et l’ouverture/fermeture à sécurité intégrée, ce qui est idéal pour une commande précise des vannes avec une fonction de sécurité intégrée pour un système CFD.

Les fluoropolymères tels que Super Proline® PVDF et Ultra Proline® ECTFE offrent des performances haut de gamme et une protection supérieure contre les produits chimiques agressifs, tels que les acides concentrés, l’eau de Javel et l’ozone, utilisés pour traiter l’eau et les boucles de refroidissement des installations. Si le site du centre de données dispose d’un stockage d’acide sulfurique sur place pour le traitement de l’eau, Ultra Proline® est idéal pour la tuyauterie entre le réservoir de stockage et le système. Il offre une résistance supérieure à des concentrations d’acide sulfurique de 95 % à 98,5 %, associée à une résistance naturelle aux UV, ce qui le rend idéal pour la plomberie des réservoirs de stockage extérieurs. Super Proline® est un PVDF en suspension qui présente des performances améliorées par rapport aux produits PVDF en émulsion. Pour améliorer l’écoulement laminaire, le PVDF utilise généralement une fusion bout à bout à bourrelets réduits ou une fusion sans bourrelets. Le PVDF est un produit naturellement exempt d’additifs, idéal pour l’eau et le liquide de refroidissement de qualité technique que l’on trouve dans les boucles de refroidissement technologique des systèmes de refroidissement liquide des centres de données.

Restez à l’écoute dans les semaines à venir pour le troisième volet de notre série sur les centres de données, où nous parlerons de l’alimentation électrique dans les centres de données. En attendant, nous vous encourageons à consulter nos ressources pertinentes, y compris ce dépliant de référence rapide sur les solutions pour centres de données!

AVIS DE L’ÉDITEUR : Veuillez noter que les informations contenues dans cet article sont uniquement destinées à des fins éducatives et ne remplacent pas les informations techniques ou les spécifications des produits d’Asahi/America. Veuillez consulter le service technique d’Asahi/America au 1-800-343-3618 ou à l’adresse [email protected] pour toutes les applications de produits en ce qui concerne la sélection des matériaux en fonction de la pression, de la température, des facteurs environnementaux, des produits chimiques, des médias, de l’application, etc.