Aurora IVY1 : Systèmes de climatisation et de refroidissement

Le centre de données Aurora IVY1 à Ivry-sur-Seine est construit par Aqua Ray selon un design qualifié Tier 4 par l’Uptime Institute.. Cela signifie qu’il est complètement tolérant aux pannes, sans impact sur son service, et dimensionné selon des normes de qualité très strictes.

Voici les différentes étapes qui nous ont amenées à choisir nos systèmes de refroidissement destinés aux salles serveurs (Salle IT 1 et Salle IT 2) en respectant le cahier des charges Tier 4.

Pour chacune des salles, on commence par calculer, dans la pire des éventualités, quelle serait la puissance froid nécessaire pour refroidir la salle. La principale source de chaleur est bien sûr la dissipation thermique des serveurs. L’évaluer est assez simple : on considère qu’un serveur de puissance 100W dégagera 100W de chaleur.

Mais ce n’est pas tout, d’autres sources de chaleur doivent être prises en compte :

Dans le cas de notre Salle IT 1 utilisée au maximum de sa capacité, on arrive à 34,09 kW de chaleur dégagée et 70kW pour la Salle IT 2.

Les 2 technologies les plus communes et éprouvées pour la production de froid dans l’industrie sont d’une part les systèmes en détente directe, et d’autre part les systèmes basés sur les circuits d’eau glacée.

Le cahier des charges Tier 4 impose de pouvoir « casser » n’importe quelle salle du centre de données, ou n’importe quel élément passif ou actif sans que cela n’impacte le service. Pour le système de refroidissement, il impose également ce que l’Uptime Institute appelle le « continuous cooling ». Cela signifie que le système de climatisation doit nécessairement fonctionner en permanence, même en cas d’avarie et qu’il ne peut s’interrompre ne serait-ce qu’une seule seconde.

Cette dernière contrainte est assez facile à gérer avec un système reposant sur circuit d’eau glacée qui bénéficiera d’une inertie dans la production de froid stocké physiquement dans l’eau glacée, même en cas de rupture d’alimentation électrique des blocs pendant quelques secondes - le temps qu’un générateur démarre par exemple ou qu’un ATS s’enclenche (inverseur de source électrique).

Par contre, étant donné qu’il doit être possible de casser n’importe quelle pièce du réseau d’eau glacée (conduit ou vanne) ou de détruire n’importe quelle salle du bâtiment sans que cela impacte le service, la mise en place du réseau physique d’eau glacée peut rapidement tourner au casse-tête.

En détente directe, c’est l’inverse, on s’affranchit de la problématique du réseau, puisqu’il n’y en a pas. Par contre, on ne peut pas interrompre l’alimentation des blocs ne serait-ce qu’une seconde sans rompre le principe du « continuous cooling » imposé par le cahier des charges Tier 4.

À notre connaissance, il n’existe donc pas de solution idéale pour satisfaire l’exigeant cahier des charges Tier 4 de l’Uptime Institute. Nous avons fait le choix d’opter pour la détente directe parce que le rapport capacité/coût nous a semblé plus en phase avec les besoins d’un petit centre de données. Sur un centre de données plus important, nous aurions pu faire le choix inverse.

Quoi qu’il en soit, nous résolvons le problème de « continuous cooling » en équipant chaque salle de 2 blocs indépendants en formation 2N (deux blocs sont installés mais un seul suffirait à assumer l’ensemble de la charge), et en raccordant chacun des blocs par une voie électrique différente à notre réseau « haute-qualité », c’est-à-dire derrière les onduleurs et batteries. Cela augmente significativement le coût de chacune des voies électriques qui doivent donc être dimensionnées pour assumer la charge des systèmes de refroidissement en plus des serveurs, mais c’est à ce prix que nous pouvons respecter les engagements Tier 4.

En France, on constate que le marché de la climatisation de précision en centre de données est dominé par le constructeur STULZ qui bénéficie en plus d’une belle réputation. Du côté des challengers, nous avons considéré un nom qui semblait se détacher : MITSUBISHI, qui est plutôt un nouvel entrant sur ce marché mais qui propose une alternative crédible et moins couteuse.

Chez Aqua Ray, nous avions déjà fait le choix il y a plusieurs années d’équiper une partie du site avec du matériel Stulz. Avec 8 ans de recul sur 4 de leurs matériels, nous n’avons eu à déplorer qu’une seule avarie au bout de 7 ans, sur une carte électronique qui aurait grillé suite à une surtension du réseau ENEDIS alors que le bloc en question n’était pas protégé par onduleur. Nous avons donc décidé de continuer avec eux, d’autant que chaque bloc serait désormais protégé électriquement et que nous ne risquions donc plus la même déconvenue.

La gamme STULZ est très étendue, il suffit de choisir le modèle adéquat par rapport à la puissance froid nécessaire.

Là encore, le cahier des charges Tier 4 rajoute une contrainte, celle de ne considérer seulement que la capacité de production de froid de chaque bloc dans les conditions météorologiques extrêmes, puis de déclasser encore cette valeur de 5% (histoire d’être vraiment tout à fait sûr).

Prenons l’exemple de la Salle IT 2 pour laquelle nous avons sélectionné des blocs Stulz ASD 772 AS. Pour déterminer s’ils sont suffisamment puissants au regard de nos objectifs de qualités, on commence par définir les conditions météorologiques extrêmes. Notre centre de données est situé à Ivry-sur-Seine, dans le Val-de-Marne, et l’Uptime Institute nous demande de regarder les données publiées par l’ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers) pour définir ces conditions. Leur immense base de données accessible en ligne (http://ashrae-meteo.info) indique que pour leur référence la plus proche (Paris - Orly), la température la plus basse au cours des 20 dernières années était de -12,6°C et la plus haute de 38,5°C.

Stulz peut ainsi nous produire un document dans lequel ils engagent leur responsabilité sur la capacité de production de froid dans le cas extrême où la température à l'extérieur, où se trouveront les condenseurs, serait de 39°C. Dans notre cas, Stulz garantit une production de froid de 77,2 kW par bloc dans ces conditions difficiles. Pour satisfaire le cahier des charges Tier 4, on déclasse encore cette valeur de 5%, et on obtient 73,34 kW, ce qui est largement supérieur aux 70 kW de chaleur dégagée dans le pire des scénarios pour la salle où ces blocs seront installés, ce qui est satisfaisant.

En conclusion, en situation nominale, dans le cas où la salle serait 100% saturée et au pire moment d'un pic de canicule, aucun de nos blocs clims ne devrait être sollicité à plus de 45,3% de sa capacité. C'est ce qu’on appelle un système de climatisation compatible Tier 4 !

En suivant le même procédé, nous utilisons deux blocs STULZ ASD 401A en Salle IT 1, pour une capacité individuelle de production de froid à 34,1 kW en situations météorologiques extrêmes.

L'installation du système de climatisation consiste à placer chaque bloc au milieu de sa salle d'affectation puis à le raccorder à ses condenseurs extérieurs que nous avons fait le choix de placer en toiture. Il faut apporter un grand soin à ce que chaque réseau entre chaque bloc et ses condenseurs n'emprunte pas le même le chemin vers la toiture, c'est-à-dire qu'ils soient bien séparés par une cloison coupe-feu 1h pour respecter le principe de la tolérance de panne.

Placer les condenseurs en toiture ne présente pas de difficulté particulière, une attention doit simplement être apportée sur la possibilité pratique d'intervenir en maintenance sur l'un ou l'autre sans perturber le service des autres toujours au nom du principe de "continuous-cooling".

L'arrivée des blocs dans les salles IT est plus compliquée. Chaque bloc pouvant peser jusqu'à 700 kg dans le cas des ASD 772 AS il faut veiller à répartir la charge en mouvement sur le plancher technique au moyen de plaques de métal.