Un meilleur confinement des plafonds génère une efficacité énergétique et des économies | Centres de données

Dans un centre de données typique refroidi par air, la gestion de l'écoulement d'air consiste à fournir de l'air frais à l'équipement informatique et à renvoyer l'air chaud à l'appareil de traitement de l'air du centre de données. Le refroidissement est plus efficace lorsque les flux d'air chaud et froid sont séparés pour éviter qu'ils se mélangent, améliorant ainsi la prévisibilité et le contrôle. Important dans les projets modernes, le confinement de l'air chaud et froid est l'une des mesures d'efficacité énergétique les plus prometteuses disponibles pour les nouveaux et anciens centres de données.

Le confinement des allées chaudes est une stratégie populaire où l'air froid est fourni dans la pièce et passe à travers l'équipement informatique avant de retourner à l'appareil de traitement de l'air du centre de données. Idéalement, l'air fourni par l'appareil de traitement de l'air du centre de données correspond au volume d'air demandé par les équipements informatiques afin que l'air traité passe une seule fois dans les grilles. Dans la réalité, une certaine quantité d'air contourne l'équipement informatique ou circule de nouveau en raison de fuites dans les structures de confinement. Cela nécessite une puissance de ventilation plus élevée et entraîne une efficacité réduite de refroidissement.

Figure 1. L'air frais traverse le serveur en captant la chaleur et entre dans l'allée chaude pour ensuite sortir par le capot d'air du plafond. De l'air frais peut également contourner le serveur et s'infiltrer à travers le plafond dans le capot d'air.

Une grande attention est accordée à la réduction des fuites dans les allées de confinement et les planchers surélevés. Ces éléments sont des sources connues de fuites fugaces et de fuites réparties qui contribuent aux pertes de contournement. Les planchers surélevés forment un capot d'air d'alimentation et aident à diriger l'écoulement d'air vers l'équipement informatique.  

La même attention accordée à l'étanchéité des planchers surélevés et des grilles doit également être accordée aux plafonds. Les plafonds forment un capot d'air de retour d'air et, plus important encore, séparent le retour d'air chaud de la pièce traitée. Les espaces autour des panneaux et les pénétrations de tiges métalliques permettent à l'air traité de contourner l'équipement informatique. L'air dérivé doit être compensé en augmentant l'alimentation en air frais de l'appareil de traitement de l'air du centre de données, consommant ainsi plus d'énergie.

Les systèmes de plafond typiques ont des taux de fuite beaucoup plus importants que les systèmes de plancher surélevé. Avec une pression différentielle de 0,02 [en CE], un système de plancher surélevé peut fuir d'environ 0,05 à 0,30 [pi³/min/pi ca]. Un plafond sans joint avec des pénétrations de tiges métalliques typiques fuira d'environ 1,44 [pi³/min/pi ca] Lorsque le panneau de plafond AIRASSURE est combiné à la suspension structurelle DYNAMAX, les fuites sont réduites à environ 0,19 [pi³/min/pi ca] et deviennent comparables aux planchers surélevés et aux systèmes de murs de confinement. 

Figure 2. Courbes de résistance aux fuites pour les planchers surélevés typiques (pointillée) et panneaux de plafond AIRASSURE avec suspension structurelle DYNAMAX (vert uni).

Le panneau de plafond AIRASSURE avec la suspension structurelle DYNAMAX est une solution technique conçue pour les centres de données. Les panneaux AIRASSURE sont dotés d'un joint périmétrique qui réduit les fuites de plafond au niveau des bordures de panneaux. La suspension structurelle DYNAMAX élimine les pénétrations dans le plafond des tiges métalliques. Jumelé ensemble, le système réduit les fuites de dérivation jusqu'au niveau des meilleurs systèmes de plancher surélevé. La solution de plafond Armstrong offre une accessibilité et un confinement qui améliorent l'efficacité du refroidissement et économisent l'énergie de ventilation.

Figure 3. Panneau typique sans joint avec suspension en T et pénétrations de tiges métalliques. Le taux de fuite peut être de 1,44 [pi³/min/pi ca] à 0,02 [en CE]. 

Figure 4. Le panneau avec joint d'étanchéité AIRASSURE et la suspension DYNAMAX réduisent les fuites au périmètre des panneaux et éliminent les fuites autour des tiges métalliques. Le taux de fuite peut être de 0,19 [pi³/min/pi ca] à 0,02 [en CE]. 

Pour illustrer l'impact des fuites au plafond et son effet sur l'énergie de fonctionnement, des calculs unidimensionnels ont été effectués pour une salle de données de 25 600 [pi ^ca]. Cette salle utilisait un confinement d'allée chaude sur dalle et incluait une charge de refroidissement informatique de 13,2 [MW].La température de l'air fourni a été fixée à 18,3 [C] et la température de l'allée chaude a été fixée à 27,8 [C].

La pression statique du système à travers le ventilateur a varié de 1 à 4 [en CE]. La différence de pression à travers le plan du plafond a varié de 0,01 à 0,08 [en CE]. Le coût de l'électricité variait de 0,08 à 0,17 [$/kWh]. 

Les calculs d'équilibre thermique et de débit d'air ont été résolus pour satisfaire les équations régissant 4000 combinaisons aléatoires de paramètres. Les graphiques résultants montrent clairement les effets du passage d'un plafond typique (à fuites élevées) au système AIRASSURE (à faibles fuites) avec DYNAMAX. 

Figure 5. Les plafonds suspendus typiques à fuites élevées peuvent avoir des taux de fuite de dérivation de 0,4 à 2,0 [%] pour le débit total du système CVC (distribution à droite). Les plafonds à faibles fuites AIRASSURE avec DYNAMAX réduisent ces fuites de dérivation à moins de 0,5[%] du débit total du système CVC (distribution de gauche).

Figure 6. Selon les conditions de fonctionnement et les coûts d'électricité locaux, les économies d'énergie de ventilation peuvent aller de 0,42 [$/pi ^ca] (médiane) à 1,30 [$/pi ^ca] (maximum) dans cet exemple de 25 600 [pi ^ca].

Les systèmes de suspension et de plafond forment des capots d'air de retour dans les centres de données et séparent l'air d'alimentation froid de l'air de retour chaud. Les fuites qui passent à travers ce plan de confinement contribuent aux pertes de dérivation, à l'augmentation de l'énergie de ventilation et à l'augmentation des coûts d'exploitation. Les panneaux de plafond avec joints d'étanchéité AIRASSURE combinés à la suspension structurelle DYNAMAX réduisent les taux de fuite au même niveau que les meilleurs systèmes de planchers surélevés étanches.

William Frantz
Scientifique principal en chef, membre de l'ASHRAE

Jason Cavanaugh
Ingénieur de recherches, membre de l'ASHRAE