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Les principaux défis liés au refroidissement des Data Centres

Thème
Personnalisation du système
Temps de lecture
15 minutes
Publié
By
Julian Appelhoff

Les Data Centres sont confrontés à plusieurs défis et risques. Ils sont sensibles à différentes conditions environnementales dans les espaces blancs, où se trouvent les équipements informatiques. Il est donc essentiel de maintenir ces conditions environnementales dans des limites clairement définies. Examinons certains des défis et des risques auxquels les Data Centres sont confrontés :

Pourquoi les Data Centres sont importants

Lorsque vous pensez à un centre de données, vous imaginez de grandes installations techniques qui stockent, collectent, traitent et calculent des données dans un vaste complexe rempli de lumières colorées et clignotantes. Et vous n’êtes pas très loin de la réalité.

Un centre de données est le lieu physique où sont hébergés les ordinateurs, les serveurs et les équipements associés. Il contient toutes les données et les infrastructures dont les systèmes informatiques ont besoin. Cela comprend notamment les serveurs, les systèmes de stockage des données et les équipements réseau. De nombreuses entreprises dans le monde utilisent des centres de données pour faire fonctionner leurs applications numériques, soit directement dans leurs propres locaux, soit en externalisant ces infrastructures auprès d’un fournisseur de centres de données, dans le cadre d’une solution de colocation ou hyperscale, afin de bénéficier d’une sécurité renforcée. Les centres de données jouent un rôle essentiel et leur maintenance appropriée est indispensable pour protéger les systèmes informatiques.

Les points clés en un coup d’œil

Le refroidissement des centres de données a considérablement évolué à mesure que les exploitants s’adaptent à l’augmentation de la densité des racks, à la hausse des coûts de l’énergie et au développement des charges de travail liées à l’IA.
 

  • Un refroidissement fiable est essentiel à la continuité de fonctionnement, car il contribue à prévenir la surchauffe, les défaillances des équipements et les arrêts coûteux.
  • Chaque type d’installation nécessite une approche adaptée, les centres de données d’entreprise, de colocation et hyperscale ayant des besoins spécifiques en matière de refroidissement.
  • Des indicateurs d’efficacité énergétique tels que le PUE, l’EER et le SEPR permettent aux exploitants d’évaluer les performances du refroidissement et de réduire les coûts d’exploitation.
  • Les conditions climatiques régionales influencent les stratégies de refroidissement, notamment lorsque le free cooling et le refroidissement évaporatif permettent de réduire la consommation d’énergie.
  • Les technologies de refroidissement liquide pour les centres de données prennent une importance croissante, notamment pour les charges de travail liées à l’IA et les environnements de calcul haute densité, dans lesquels le refroidissement traditionnel à l’air peut ne plus suffire à lui seul.

Types de Data Centres

Il est important de comprendre le type de centre de données concerné afin de proposer une solution de refroidissement entièrement personnalisée et optimisée, répondant à ses besoins spécifiques :

  • Entreprise : Les centres de données d’entreprise sont détenus et exploités par une seule organisation. Ils prennent généralement en charge les applications internes, les systèmes métier et les besoins en matière de stockage des données.
  • Colocation : Les fournisseurs de services de colocation louent à plusieurs clients des espaces de centres de données ainsi que des infrastructures d’alimentation électrique et de refroidissement, tandis que les clients restent propriétaires de leurs équipements informatiques.
  • Hyperscale : Les infrastructures hyperscale sont exploitées par de grands fournisseurs de services cloud et prennent en charge des millions d’utilisateurs dans le monde. Elles sont fortement standardisées et conçues pour maximiser l’efficacité, l’évolutivité et la résilience opérationnelle.

Les principaux défis liés au refroidissement des Data Centres

Les data centres sont confrontés à plusieurs défis et risques. Ils sont sensibles à différentes conditions environnementales dans les espaces blancs, où se trouvent les équipements informatiques. Il est donc essentiel de maintenir ces conditions environnementales dans des limites clairement définies. Examinons certains des défis et des risques auxquels les data centres sont confrontés :
 

Régulation de la température :

Génération de chaleur : Les serveurs et autres équipements informatiques génèrent en permanence d’importantes quantités de chaleur pendant leur fonctionnement. La quasi-totalité de la charge électrique des équipements est convertie en chaleur. Les équipements informatiques doivent donc être refroidis en permanence et sans interruption. Même de courtes interruptions du refroidissement peuvent entraîner une hausse rapide des températures et donc une surchauffe, des défaillances des équipements, une baisse des performances et une réduction de leur durée de vie.

Points chauds : Des températures inégales peuvent créer des points chauds localisés dans un data centre, entraînant une surchauffe.
Valeurs d’humidité :

Humidité élevée : Une humidité excessive peut favoriser la corrosion des serveurs, entraînant un taux de défaillance plus élevé et une réduction de leur durée de vie. Un autre problème possible est la condensation sur les surfaces froides des équipements de climatisation.

Faible humidité : Des conditions extrêmement sèches augmentent le risque de décharge électrostatique (ESD), qui peut endommager les composants électroniques sensibles d’un data centre.
Débit d’air et ventilation :

Obstacles : Les blocages peuvent être aussi simples que des câbles mal acheminés ou des équipements qui entravent la circulation de l’air dans le data centre, réduisant l’apport d’air froid. Cela peut entraîner une surchauffe.
Qualité de l’air et polluants :

Poussières et particules : Les dépôts de poussière peuvent obstruer la ventilation des équipements électroniques, ce qui peut entraîner une surchauffe et une défaillance des équipements.

Contaminants : Les produits chimiques et les polluants présents dans l’air peuvent représenter un problème majeur pour les équipements électroniques, en provoquant une corrosion susceptible d’endommager les composants sensibles.
Qualité de l’alimentation électrique et facteurs électriques :

Alimentation électrique stable : Les fluctuations de tension provoquées par des pics de tension peuvent endommager les équipements et entraîner une perte de données.

Harmoniques : Les harmoniques électriques peuvent entraîner des problèmes tels que le déclenchement intempestif des dispositifs de protection et des perturbations électriques.

Déphasage : Les déphasages entre la tension et le courant nécessitent des transformateurs de plus grande taille, entraînent une augmentation de la chaleur produite par les câbles et des pertes d’énergie plus importantes, et peuvent compromettre la stabilité du réseau électrique.

Protection incendie et lutte contre les incendies :

Risques d’incendie : Les équipements électroniques à forte densité de puissance présentent un risque accru d’incendie s’ils ne sont pas correctement entretenus.

Systèmes d’extinction : Un système d’extinction à gaz est nécessaire pour éteindre les incendies sans endommager les équipements électroniques. De nombreux data centres sont également exploités avec une réduction de la teneur en oxygène afin d’empêcher tout départ de feu.

Les data centres présentent de nombreux risques et il est important de comprendre ces défis afin de trouver la solution adaptée. Chez FläktGroup, nous sommes engagés dans l’innovation pour les data centres depuis plus de 60 ans et nous proposons des solutions optimisées.

Évaluer et améliorer l’efficacité énergétique

L’efficacité énergétique est l’un des critères les plus importants lors du choix d’un système de refroidissement pour data centre. Toutefois, les performances du refroidissement doivent également être évaluées en tenant compte de facteurs tels que l’évolutivité, la résilience opérationnelle et les coûts d’exploitation à long terme, afin de garantir que la solution reste efficace tout au long du cycle de vie de l’installation.

Plusieurs indicateurs clés de performance (KPI) sont couramment utilisés pour évaluer l’efficacité d’un système de refroidissement :

  1. SHR (Sensible Heat Ratio) – Le Sensible Heat Ratio mesure la part de la capacité de refroidissement utilisée pour réduire la température de l’air (chaleur sensible), par rapport à celle utilisée pour la déshumidification (chaleur latente). Une valeur de 1 indique que toute l’énergie de refroidissement est consacrée à la réduction de la température.
  2. SEPR HT (Seasonal Energy Performance Ratio – High Temperature) – Le SEPR HT évalue les performances annuelles de refroidissement d’un groupe froid en comparant la demande annuelle de refroidissement de référence à la consommation énergétique annuelle nécessaire au refroidissement. Il constitue un indicateur utile pour comparer les performances des groupes froids. Les valeurs de SEPR HT calculées pour un projet permettent de comparer les performances dans différents climats et conditions de fonctionnement.
  3. EER (Energy Efficiency Ratio) – L’EER compare la capacité de refroidissement à la puissance électrique consommée pour un point de fonctionnement donné. Il reflète l’efficacité instantanée d’un système de refroidissement et est couramment utilisé pour évaluer les groupes froids, les unités CRAH et d’autres technologies de refroidissement.
  4. PUE (Power Usage Effectiveness) – Le PUE mesure le rapport entre la consommation énergétique annuelle totale du data centre et la consommation énergétique annuelle des équipements informatiques. Les infrastructures de refroidissement représentant souvent l’une des plus importantes consommations énergétiques hors informatique, le PUE est largement utilisé pour évaluer l’efficacité globale de l’installation et identifier les possibilités d’optimisation.etrics

Pour comparer efficacement les technologies de refroidissement, les exploitants s’appuient sur plusieurs indicateurs de performance reconnus dans le secteur. Ces indicateurs permettent d’évaluer l’efficacité du refroidissement, la consommation énergétique et les performances globales du data centre, afin de prendre des décisions plus éclairées lors de la conception, de l’exploitation et de la planification des futures extensions.

Sensible Heat Ratio (SHR) = Capacité sensible brute ÷ Capacité totale brute

Seasonal Energy Performance Ratio (SEPR HT) = Demande annuelle de refroidissement de référence ÷ Consommation énergétique annuelle pour le refroidissement

Energy Efficiency Ratio (EER) = Capacité de refroidissement ÷ Puissance absorbée

Power Usage Effectiveness (PUE) = Énergie totale consommée par l’installation ÷ Énergie consommée par les équipements informatiques

4 systèmes pour différents types d’installations et différentes régions

Il n’existe pas de solution unique de refroidissement des data centres adaptée à toutes les installations. Les systèmes de refroidissement des data centres les plus efficaces dépendent de facteurs tels que la taille de l’installation, la densité des racks, la localisation géographique, les objectifs en matière de durabilité et les projets de développement futurs.

L’essentiel est de trouver la solution adaptée aux besoins de votre data centre. Dans la plupart des installations modernes, plusieurs technologies de refroidissement des data centres sont combinées afin de créer des systèmes de refroidissement efficaces et résilients. Par exemple, les installations prenant en charge des applications d’IA associent souvent le refroidissement direct sur puce via une unité de distribution de liquide de refroidissement (CDU) à des technologies traditionnelles de refroidissement à air, telles que les unités Fan Wall (FWU) ou les unités de traitement d’air pour salles informatiques (CRAH).
 

1. Refroidissement liquide et refroidissement direct sur puce

À mesure que les charges de travail liées à l’IA et les environnements de calcul haute densité se développent, les solutions de refroidissement liquide pour data centres deviennent un élément de plus en plus important de la conception des data centres modernes.

Le refroidissement direct sur puce évacue la chaleur directement des composants haute performance tels que les CPU et les GPU grâce à des plaques froides spécialement conçues. En tant que forme de refroidissement direct sur puce, cette approche offre une efficacité de transfert thermique nettement supérieure à celle du refroidissement traditionnel à air et devient un élément clé des infrastructures adaptées à l’IA.

Par rapport au refroidissement traditionnel à air, les systèmes de refroidissement liquide pour data centres offrent une efficacité de transfert thermique nettement supérieure et permettent de prendre en charge des densités de puissance par rack beaucoup plus élevées.

À mesure que la puissance de calcul augmente, les exploitants de data centres recherchent des solutions de refroidissement capables d’accompagner les futures extensions sans nécessiter de refonte majeure des infrastructures. Le refroidissement liquide offre la flexibilité nécessaire pour répondre à l’augmentation des charges thermiques, tout en réduisant la consommation d’énergie et en améliorant la gestion thermique.

Chez FläktGroup, notre expérience dans le domaine du refroidissement des data centres nous a conduits à développer le Coolant Distribution Unit (CDU) Liquid-DENCO, conçu pour prendre en charge les applications avancées de refroidissement direct sur puce tout en offrant l’évolutivité requise par les installations modernes.

Liquid-DENCO CDU

Liquid-DENCO s’adapte parfaitement et offre des solutions de refroidissement évolutives et flexibles pour répondre aux besoins croissants des data centres.

Liquid-DENCO assure une gestion thermique précise, réduisant les coûts d’exploitation tout en garantissant des performances optimales. Notre unité de distribution de liquide de refroidissement est conçue avec expertise et adaptée à vos besoins spécifiques, offrant évolutivité et flexibilité. Conçu pour répondre aux besoins croissants des data centres en expansion, Liquid-DENCO offre des solutions de refroidissement flexibles et fiables.

  • Déploiement simplifié grâce à une mise en service rapide et une intégration fluide dans les infrastructures existantes ou nouvelles
  • Des composants facilement accessibles et remplaçables permettent une maintenance rapide et réduisent les temps d’intervention.
  • Les pompes remplaçables à chaud permettent un fonctionnement continu en autorisant leur remplacement sans arrêter le système.
  • La régulation intelligente intégrée développée en interne permet d’optimiser le système en temps réel.
Découvrez le Liquid-DENCO

2. Refroidissement à air avec eau glacée

Les systèmes à eau glacée de FläktGroup offrent des solutions de refroidissement flexibles et efficaces pour les data centres d’entreprise, de colocation et hyperscale. Des modèles tels que nos unités CRAH Hydro-DENCO®,  Ultra-DENCO®, et Multi-DENCO® DMC, ainsi que notre FWU Aria-DENCO®, offrent des solutions évolutives qui peuvent être adaptées en continu pour répondre aux besoins croissants des data centres.

Les systèmes à eau glacée utilisent de l’eau refroidie qui circule en circuit fermé afin d’absorber la chaleur de l’air circulant dans le data centre, constamment réchauffé par les équipements informatiques. La chaleur est ensuite évacuée du circuit d’eau vers l’air extérieur, à l’extérieur du bâtiment. Le groupe froid en free cooling constitue le cœur du système.

Ces groupes froids haute performance pour data centres refroidissent l’eau à une température comprise entre 10 °C et 26 °C tout au long de l’année, quelle que soit la température extérieure. Cette eau refroidie circule ensuite dans des canalisations jusqu’à une unité Fan Wall (FWU) ou une unité CRAH dans le data centre, où elle traverse l’échangeur thermique et refroidit l’air.

Nos systèmes CRAH haute performance Hydro-DENCO®, CRAH Ultra-DENCO®, CRAH Multi-DENCO® et FWU Aria-DENCO® sont ceux dont nous sommes particulièrement fiers chez FläktGroup. Ils représentent notre offre haut de gamme et répondent à toutes les exigences de vos projets. Ils offrent une efficacité élevée, une évolutivité flexible et, grâce à leur conception, un positionnement optimal des unités de refroidissement ainsi qu’une grande fiabilité. En tant que solutions de refroidissement pour data centres, ils comptent parmi les meilleures réponses aux exigences toujours croissantes de ce secteur.

Découvrez les groupes froids FGFC Free-Cooling

Hydro-DENCO® High Capacity CRAH

An innovative line of chilled water cooling solutions designed to optimise temperature and capacity control in high-performance, large-scale colocation environments and hyperscale data centre cooling applications. 

 This unit is designed to provide performance, reliability and precise control while helping reduce energy and water consumption, giving you an energy-efficient and cost-effective cooling solution. 
 
Our Hydro-DENCO systems can be combined with a wide range of chiller configurations, including adiabatic, evaporative and free-cooling chillers, which are individually tailored to your needs. This flexibility enables consultants and operators to design cooling infrastructure that can adapt to changing capacity requirements and future expansion plans. 

Features of the Hydro-DENCO product range include: 

  • High heat rejection capabilities
  • A wide range of case sizes
  • Intelligent controls for seamless integration with your existing building management system 
Discover the Hydro-DENCO

Aria-DENCO® Fan Wall Unit

Aria-DENCO is frequently specified as part of larger data centre cooling systems, helping operators achieve reliable airflow management, scalability and energy efficiency.

Thanks to advanced technology and innovative design, our systems offer outstanding performance while helping optimise energy consumption and operating costs. 

With our flexible and scalable modular design, you can optimally design your individual design solution.  
 

Features of the Aria-DENCO range include:

  • Superior heat transfer
  • Low noise levels
  • State-of-the-art control options
  • Easy installation & maintenance 
Discover the Aria-DENCO

3. Direct Evaporative Cooling (DEC)

Direct evaporative cooling is another data centre cooling solution with a unique cooling principle. Warm outside air is passed through an evaporative cooling system, in which the water absorbs heat from the air as it evaporates. This process significantly lowers the air temperature before the air enters the server room, ensuring an optimal indoor climate. 

In winter, the cold outside air is mixed with warm exhaust air to reach the target temperature. In summer, evaporative coolers cool the warm outside air to the required temperatures. Air quality is carefully monitored in this system using particulate filters and, if necessary, additional gaseous chemical filters. This reduces the use of data centre chillers, helping lower energy consumption and operating costs compared with traditional mechanically cooled systems in suitable climates. 

4. Direct expansion cooling

Available in both air-cooled and water-cooled versions, Computer Room Air Conditioners (CRAC) use refrigerants for direct air cooling, making them ideal for data centres. In addition to the refrigerant circuit, the system includes numerous other components such as evaporators, compressors, condensers and expansion valves. 

The overall design of such a system is significantly more compact than that of chilled water systems, as the piping is significantly smaller and the externally installed condensers or recooling units are significantly smaller than chillers. Therefore, it is particularly suitable for smaller data centres. Thanks to the compact design, installation is also easier and faster. 

The system is primarily designed for smaller enterprise data centres or service rooms but is also suitable for ancillary rooms in hyperscale and colocation data centres, e.g. for rooms where UPS technology is installed, which require lower temperatures than the large data hall. 

Discover Multi-DENCO

What's next?

As computing demands continue to grow, selecting the right data centre cooling systems is critical for maintaining uptime, improving efficiency and preparing facilities for future expansion. As technologies continue to evolve and AI workloads drive higher rack densities, operators must stay informed about emerging innovations and industry developments. To explore the trends shaping the next generation of data centre infrastructure, read our article: What We're Watching in Data Centre Cooling: 8 Trends Shaping the Future

Whether evaluating traditional air cooling, liquid cooling data centre technologies, direct-to-chip cooling, or advanced chilled water solutions, operators need a partner that can provide both technical expertise and a broad range of technologies. 

With more than 60 years of experience in data centre cooling, FläktGroup supports consultants, contractors and operators with comprehensive data centre cooling solutions that address the requirements of enterprise, colocation and hyperscale facilities. 

Contact our team today to discuss your data centre cooling requirements. 

Do you have a question? Our team of experts will be happy to help you. Use our inquiry form below to contact a specialist directly. 

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