Études du refroidissement par free cooling indirect d’un bâtiment exothermique : application au centre de données

Indirect free cooling studies in an exothermic building : application to data centers

• Auteur / Autrice : Yazid Kaced
• Direction : Patrick Glouannec, Stéphane Le Masson
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'Ingénieur
• Date : Soutenance le 06/09/2018
• Etablissement(s) : Lorient
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche Dupuy de Lôme / IRDL
• Jury : Président / Présidente : Ionut Danaila
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hervé Noël
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Hasna Louahlia-Gualous, Patrick Salagnac

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Refroidissement

Centres de traitement informatique

Mots clés libres

Flux d'air traversant

Simulation thermique dynamique

Free cooling

Datacenters

Energy Efficiency

Résumé

Un centre de données est un site comportant des salles hébergeant un grand nombre d’équipements informatiques. Le fonctionnement de ces équipements informatiques induit des apports de chaleur très conséquents qui doivent être compensés par des systèmes de refroidissement. En effet, les normes imposent des plages restreintes de température et d’humidité dans les salles qui induisent de fortes consommations d’énergie. Il est donc nécessaire de développer et d’optimiser des solutions moins énergivores. Le refroidissement par free cooling consiste à refroidir les équipements en exploitant les conditions climatiques favorables. Les travaux réalisés durant cette thèse s’appuient sur une expérimentation menée dans des conditions climatiques réelles au sein d’un bâtiment. Il s’agit d’étudier le refroidissement de baies informatiques. Pour mettre en place un refroidissement par « free cooling » indirect, la configuration du bâtiment a été modifiée au cours de la thèse et une instrumentation conséquente mise en place. Les objectifs sont de déterminer à partir de séquences de mesures des coefficients de performance, de développer et de valider un modèle numérique destiné à la prédiction du comportement thermo-aéraulique en usage de ce type de solution. Dans un premier temps, des expériences sont menées avec une puissance dissipée à l’intérieur du bâtiment et un refroidissement assuré uniquement par une circulation de l’air extérieur au sein de trois parois. Des modifications ont ensuite été apportées au sein du bâtiment. Une circulation d’air en circuit fermé a été créée à l’intérieure afin de refroidir les baies par un flux d’air traversant. Afin de disposer d’une base de données probante, de nombreuses séquences de mesures avec une ou plusieurs baies sont réalisées dans différentes conditions. La variation des paramètres opératoires permet de bien appréhender le fonctionnement de l’installation et définir les paramètres d’optimisation énergétique. Les modèles numériques sont développés par le biais de TRNSYS / TRNFLOW. La confrontation des simulations à des mesures montre la pertinence de la démarche mise en œuvre.

A data center is a warehouse that contains telecommunication equipment, network infrastructure, servers, and computers. This equipment leads to a very high heat dissipation which must be compensated by the use of cooling systems. Telecommunication standards impose restricted climatic ranges (temperatures and humidity) leading to a very high energy consumption devote to air conditioning. The reduction of this energy consumption constitutes a real challenge which should be raised and solved. Many cooling solutions are proposed as the free cooling solution, which consists in cooling equipment by using external air in propitious climatic conditions. The work carried out during this thesis is based on experiments conducted within a building in real climatic conditions in order to study the cooling of telecom cabinets. During this study, the building configuration was modified, an indirect "free cooling" system was set up and a significant instrumentation was implemented. The objectives are to establish performance factors issued from measurements, to develop and to validate a numerical model in order to predict the thermoaeraulic behavior for this type of solution. Initially, experiments are carried out with a power dissipated inside the building and a cooling provided only by an outside air circulation. Then, significant modifications were made into the building to introduce an internal air circulation in a closed loop in order to evacuate the heat dissipated inside cabinets by a crossing airflow. In order to get a convincing database, measurements were conducted by using one and then several cabinets in different conditions. Modifications are made to operating parameters in order to better understand the installation operation and to define the energy optimization parameters. Numerical models are developed through TRNSYS / TRNFLOW. The confrontation of simulations with measurements shows the implemented approach relevance.