Un système de refroidissement pour centre de données qui fonctionne sans électricité

Article initialement publié sur http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/64492.htm par Hugues Chatain et Pierre Destruel, ambassade de France au Japon.
Article reproduit avec autorisation.

La société japonaise Fujikura a développé un nouveau système de refroidissement pour les centres de données informatiques. Il présente la particularité de fonctionner sans électricité.
Les centres de données sont des locaux où sont stockés un très grand nombre de serveurs informatiques. Leur nombre est en croissance constante dans le monde, l’informatique prenant de plus en plus d’importance dans l’économie mondiale. Or ces centres consomment une grande quantité d’électricité pour alimenter les ordinateurs, mais également pour les refroidir. Cette dernière opération pèse d’ailleurs souvent plus lourd dans la facture d’électricité que les traitements informatiques en eux-mêmes. L’amélioration de l’efficacité énergétique de ces salles est ainsi récemment devenue un enjeu majeur pour les entreprises du secteur.

Le principe de fonctionnement (voir illustration) du système de Fujikura est basé sur le déplacement passif de la chaleur. Un grand nombre de caloducs [1] de grandes tailles sont installés en position verticale autour des centres de données. La base de ces tubes de 7 mètres de haut et de 5 cm de diamètre est située près de la source chaude, tandis que leur sommet reste à l’air libre. Ils sont remplis de R134A (ou 1,1,1,2 tétrafluoroéthane - C2H2F4), un fluide réfrigérant bien connu. S’il existe une différence de température entre le haut (froid) et le bas (chaud) du tube, le R134A liquide situé en bas absorbe la chaleur, s’évapore et remonte par convection vers le haut où il transfère la chaleur à l’air libre et redevient liquide. Il retombe alors vers le bas du tube. L’air extérieur doit donc être à une température suffisamment basse pour refroidir le fluide de travail. Dans le cas contraire (en été par exemple) le fluide chaud reste à l’état de gaz et ne redescend pas à la base : le système est à l’arrêt.

[Illustration] : Principe de fonctionnement des caloducs - crédits HC - ambassade de France au Japon

La compagnie a défini deux utilisations possibles pour son système. D’une part, il peut assister les systèmes principaux de refroidissement et ainsi réduire leur consommation d’énergie. D’autre part, il peut produire de la glace en hiver qui est alors stockée pour être utilisée comme système de refroidissement d’urgence en cas de coupure d’électricité l’été. Dans ce second cas, le centre de données doit être situé dans une zone où l’indice de gel [2] dépasse les 400°C.jours (10 jours consécutifs avec une moyenne de -10°C par exemple).

La compagnie a testé son système sur ses centres de données situés dans la ville de Misawa, dans le département d’Aomori (au Nord de l’île principale, dans une zone qui connaît de fortes précipitations de neige l’hiver). Si l’indice de gel n’était que de 70°C.jours, les essais ont permis de déterminer, par simulation, les performances d’un système (2 160 tubes répartis sur un espace de 60 m sur 40 m) qui serait installé dans un centre de données de 8 800 kW dans l’Etat de New York (Etats-Unis). Selon ces résultats, le premier mode permettrait une économie de 30% de l’énergie, soit 50 millions de yens (444 mille euros) par an, autrement dit la moitié du coût d’achat et d’installation de l’équipement. Dans le second mode, le système pourrait produire la glace nécessaire à 6 heures de refroidissement en cas de panne estivale d’électricité.

Si ce type de caloduc est fréquemment utilisé dans des ordinateurs pour les refroidir, c’est la première fois que la compagnie en développe de grande taille. Elle envisage d’autres utilisations comme le déneigement des routes en hiver.

 —

[1] Un caloduc est un tube qui transporte la chaleur grâce à la transition de phase d’un fluide de travail.

[2] L’indice de gel est le produit de la valeur absolue de la température moyenne de l’air pendant une période de temps donnée par le nombre de jours de cette période. Il n’est calculé que dans le cas de températures négatives.