Guide d’ingénierie et d’intégration du système de confinement modulaire pour centres de données

Pourquoi un système de confinement modulaire pour centres de données nécessite plus que des barrières physiques

Un système de confinement modulaire pour centre de données est bien plus que des panneaux de toiture, des portes et des barrières latérales. Son objectif principal est de gérer le flux d’air frais destiné aux équipements informatiques et le retour de l’air chaud évacué vers les équipements de climatisation. Une mauvaise gestion peut entraîner un contournement de l’air frais par les équipements informatiques et/ou un mélange de l’air chaud évacué avec l’air frais. En conséquence, des points chauds peuvent apparaître sur certains bacs d’équipement, tandis que le centre de données dans son ensemble pourrait néanmoins être suffisamment refroidi. Lors de la conception de centres de données modulaires, tous les équipements doivent être soigneusement intégrés afin de s’inscrire parfaitement dans une empreinte définie. Le système de confinement modulaire pour centre de données doit être conçu pour maîtriser les flux d’air chaud et d’air froid, tout en permettant aux techniciens du centre de données d’accéder facilement aux équipements afin d’y installer des câblages, de remplacer des équipements ou d’effectuer des opérations de maintenance. Ce système doit également faciliter le déplacement des premiers intervenants en cas d’urgence. Le confinement doit être conçu pour fonctionner en synergie avec le flux réel de l’air, les dimensions des armoires serveur, le positionnement des équipements et des unités de climatisation. ZTMMDC est une entreprise spécialisée dans les centres de données modulaires qui intègre, dans ses conceptions de centres de données, des solutions de confinement par allée chaude ou par allée froide. ZTMMDC intègre ces systèmes de confinement avec d’autres éléments modulaires de centre de données, tels que les armoires, la climatisation, la distribution électrique, la protection incendie et les systèmes de contrôle/surveillance. Cette entreprise ’son approche est avantageuse lorsque les conceptions de centres de données modulaires sont soumises à des contraintes d’espace et doivent être flexibles afin d’augmenter progressivement la capacité de calcul.

Elle dépend de nombreux facteurs, notamment la manière dont le système est mis en service et exploité. Cela inclut la façon dont les joints d’étanchéité sont installés entre les panneaux, l’équilibre du débit d’air et la régulation du refroidissement, l’agencement des équipements et la manière dont le système est exploité. L’objectif est de créer un environnement thermique stable et prévisible, plutôt que de simplement enfermer une rangée de baies.

Conception structurelle, étanchéité des panneaux et détails pratiques d’installation

La conception d’un système de confinement modulaire pour centre de données exige de prendre en compte de nombreux facteurs allant au-delà du poids des panneaux. Les ingénieurs doivent réfléchir à l’emplacement des points de support, au déplacement des portes, à l’alignement des panneaux, aux ouvertures destinées aux commandes et aux câbles, aux charges engendrées pendant l’installation et la maintenance, aux panneaux et composants suspendus ou installés en hauteur, ainsi qu’à la facilité d’entretien des charnières et des loquets des panneaux d’accès. Les conditions sismiques et les dispositions spécifiques en matière de sécurité incendie exigent un examen plus approfondi de la structure, des liaisons, des supports et de la configuration du système de confinement. Aucune configuration de confinement unique ne répond à toutes les exigences propres à chaque site. Par conséquent, les ingénieurs doivent analyser les espaces libres et les interfaces situés au niveau du plafond, de l’enceinte et des sommets et extrémités des baies d’équipement.

Les ouvertures non étanches permettent le mélange de l’air de retour et de l’air d’alimentation, ce qui réduit l’efficacité du confinement. Il est inacceptable d’entraver la ventilation requise ainsi que l’accès nécessaire à la maintenance et aux systèmes de sécurité du bâtiment. L’équilibre entre ces exigences concurrentes exige l’intégration du fournisseur de solutions de confinement, des ingénieurs en refroidissement et en électricité, de l’ingénieur en protection contre l’incendie, ainsi que d’autres parties prenantes dans la revue de conception. Pour un centre de données modulaire intégré en usine, certaines de ces interfaces peuvent être évaluées avant l’expédition, ce qui contribue à réduire la nécessité d’ajustements improvisés sur site.

Le système d’encapsulation du centre de données modulaire, dès sa livraison sur site, doit être évalué quant à la continuité de l’étanchéité, au fonctionnement des portes, à l’alignement et au fixage des panneaux, ainsi qu’à l’intégrité des joints, etc., avant l’installation des baies. La configuration finale des baies doit être compatible avec les systèmes de protection contre l’incendie et les autres systèmes de sécurité du bâtiment. Il est plus prudent de supposer qu’un ensemble de composants individuels, interconnectés et intégrés ne garantit pas automatiquement la conformité globale du système aux exigences.

Utiliser l’analyse des flux d’air et la CFD pour identifier les risques thermiques avant le déploiement

La modélisation CFD implique l’utilisation de divers outils permettant de simuler et d’optimiser des systèmes, notamment les allées froides des centres de données. Ces outils permettent aux ingénieurs d’identifier les emplacements les plus probables des points chauds et de comprendre comment l’air circule dans l’ensemble du centre de données. Les ingénieurs doivent saisir de nombreux détails dans la simulation CFD afin d’obtenir des résultats précis. Si le modèle suppose que les charges thermiques sont uniformes sur l’ensemble des baies, alors que, dans l’environnement réel, certaines baies abritent un grand nombre de serveurs à forte densité, ce modèle ne simulera pas avec précision le scénario de panne le plus probable. La modélisation CFD permet aux ingénieurs de reproduire des scénarios réalistes, tels que le contournement de l’air ou des baies partiellement remplies. Ils peuvent ainsi déterminer le débit d’air à travers les baies, ainsi que le débit d’air dans les circuits d’alimentation et de retour. À l’aide de ces outils, les ingénieurs évaluent le comportement du système dans les conditions de pointe attendues et déterminent les conséquences d’une défaillance d’une unité de climatisation. Ces outils aident à identifier les emplacements des points chauds « thermiques » dans le centre de données.

Le chapitre du manuel ASHRAE consacré aux centres de données et aux installations de télécommunications explique que la CFD peut aider à prédire les performances de refroidissement. Toutefois, cela dépend de la précision du modèle CFD pour représenter l’espace ainsi que les équipements qui influencent l’écoulement de l’air. Il s’agit d’une limitation critique. Une simulation excessivement complexe et visuellement détaillée ne sera pas fiable uniquement parce qu’elle utilise un logiciel avancé. Imaginez un examen technique d’un centre de données modulaire périphérique. Deux armoires dans ce centre de données présentent des charges thermiques nettement supérieures à celles des autres armoires, et une solution de confinement a été demandée pour résoudre ce problème.

Des comparaisons utiles doivent être établies entre la carte thermique du bâti et le positionnement des unités de refroidissement. L’analyse doit porter sur la recirculation près du sommet des bâti et près des extrémités des rangées. Elle doit déterminer si le débit d’air fourni atteint bien les entrées des serveurs. Le système de confinement doit être adapté en fonction des résultats prévus, puis vérifié par rapport aux mesures effectuées lors de la mise en service. Si les capteurs de température situés aux entrées représentatives des bâti et les alarmes des unités de refroidissement sont interrogés, l’équipe peut évaluer si les conditions modélisées reflètent bien les conditions réelles.

Intégration du refroidissement en rangée à l’architecture de confinement

La maîtrise de la température et le refroidissement doivent être intégrés en un seul système de gestion thermique. Un système modulaire de confinement pour centre de données peut séparer l’air entrant de l’air chaud évacué, mais ne permet pas de compenser une capacité de refroidissement insuffisante, un sens d’écoulement de l’air inadéquat ou des commandes mal conçues. Les unités de refroidissement « In Row » de la série HM de ZTMMDC sont installées entre les armoires de serveurs, réduisant ainsi la distance que l’air entrant doit parcourir. Elles sont conçues pour les applications de centres de données à densité moyenne ou élevée et peuvent être configurées avec détente directe ou eau glacée, selon le modèle choisi. Selon les fiches techniques publiées, la plage de puissance frigorifique s’étend de 15 à 62,6 kW pour la gamme ZT HM12R à 60R, et de 32,9 à 61,4 kW pour la gamme à eau glacée ZT HM30RC à 80RC. La sélection finale dépendra du modèle retenu, des conditions de fonctionnement, des besoins en refroidissement et de la charge thermique prévue sur site.

Des ventilateurs à courant continu avec régulation continue et des compresseurs à fréquence variable sont disponibles sur certains modèles et sont équipés d’un écran tactile de 7 pouces. Ces ventilateurs peuvent être connectés via un bus CAN pour une commande groupée allant jusqu’à 32 unités et disposent de fonctions de diagnostic et de maintenance. Des alimentations électriques redondantes et des capteurs de fuite d’eau sont proposés en option. Les unités sont modulaires et peuvent être configurées pour un flux d’air supérieur, frontal ou latéral ; toutefois, cette configuration doit tenir compte des entrées et sorties d’air de l’équipement ainsi que de la disposition du confinement. Lors de l’intégration, il convient également de prendre en compte le positionnement des unités de refroidissement et la coordination des espaces de maintenance, notamment en ce qui concerne la gestion des condensats, les raccordements électriques, les capteurs et la commande.

Les ingénieurs doivent déterminer comment le système de refroidissement réagit aux variations de la charge informatique (IT) et si le système de surveillance peut détecter des températures d’admission anormales, des alarmes de refroidissement et des pannes de communication. Lors d’un examen de conception, les ingénieurs veillent à ce que la maintenance des baies puisse être effectuée sans perturber les équipements adjacents et à ce que les trajets d’écoulement de l’air soient adéquats. Le système final doit être validé par des vérifications fonctionnelles et une mise en service sur site, plutôt que de supposer qu’il fonctionne comme prévu avec sa capacité nominale de refroidissement.

Intégration en usine, mise en service et vérification des performances à long terme

Un système fiable de confinement pour centre de données modulaire doit être évalué à chaque étape : conception, intégration en usine, expédition et mise en service sur site. Lors de l’intégration en usine, l’inspection doit porter sur les dimensions des ouvertures des panneaux et des fixations, l’alignement des charnières et de la fermeture des portes, les espaces d’accès, les interfaces avec les capteurs et les unités de climatisation, le routage des câbles, la cohérence de la disposition assemblée avec les plans approuvés, ainsi que le fonctionnement testé du système de confinement et des systèmes de climatisation. Lorsque les systèmes sont fournis sous forme d’unité complète, le plan d’essai doit évaluer les fonctions pouvant être démontrées avant expédition, ainsi que celles qui dépendent des conditions sur site et de l’état des systèmes informatiques intégrés. Les opérations de base de climatisation et de commande peuvent être testées avant expédition, mais la température finale de la salle et la répartition du débit d’air peuvent dépendre des conditions locales. Après installation, la mise en service doit vérifier l’étanchéité des panneaux et le fonctionnement des portes, le fonctionnement des unités de climatisation, ainsi que le respect des limites de température d’air d’admission spécifiées pour les équipements informatiques. Des contrôles thermiques doivent être effectués chaque fois que possible, et les conditions de fonctionnement pertinentes doivent être documentées. Si le site comporte plusieurs modes de fonctionnement, la mise en service doit être réalisée dans les conditions les plus exigeantes.

L’Uptime Institute décrit des stratégies clés pour la gestion et l’amélioration des systèmes de climatisation des centres de données. Celles-ci portent principalement sur la gestion du flux d’air, la surveillance et la méthodologie. Elles s’appliquent notamment lors de l’évaluation des centres de données modulaires ; bien qu’un centre de données modulaire soigneusement conçu puisse s’avérer plus efficace que les constructions traditionnelles, bon nombre de ces principes restent toutefois valables. Il est également conseillé de conserver toute la documentation pertinente, telle que les plans approuvés, les plannings d’équipements de climatisation, les rapports d’essais, les emplacements des capteurs, les paramètres d’alarme et les instructions de maintenance.

Il existe de nombreux exemples concrets où l’hypothèse d’une performance optimale du système après un changement d’occupation a entraîné des problèmes immédiatement apparents suite à la mise à niveau vers un autre rack. Lors des évaluations des centres de données modulaires, la disposition spécifique à la configuration du système de refroidissement avec confinement, ainsi que la justification associée, la documentation des composants clés, les rapports d’inspection effectués en usine, les procédures de mise en service et une définition claire des responsabilités du client constituent les éléments probants les plus précieux fournis par le fournisseur. ZTMMDC et les systèmes de refroidissement en rangée de la série HM sont quelques-uns des produits susceptibles d’apporter une aide utile aux projets nécessitant une solution modulaire et intégrée pour centre de données et refroidissement. Dans tous les cas, la performance réelle du système doit être comparée aux spécifications de conception, aux équipements installés, aux conditions de fonctionnement et aux essais réalisés.

Questions fréquemment posées

Q1 : À quoi sert un système de confinement modulaire pour centre de données ?

Il sépare les trajets d’air d’alimentation et de retour afin de réduire le mélange indésirable, d’acheminer efficacement l’air frais vers les entrées des serveurs et de gérer l’air chaud évacué. Ses performances dépendent de la disposition des baies, de l’étanchéité, de la conception du système de refroidissement et des réglages de fonctionnement.

Q2 : La confinement en allée chaude est-il meilleur que celui en allée froide ?

Aucune des deux configurations n’est universellement supérieure. Le choix approprié dépend de l’architecture de refroidissement, de la disposition des baies, des exigences d’entretien, de la conception de la protection incendie et du mode de fonctionnement prévu pour l’installation.

Q3 : Pourquoi l’analyse CFD est-elle utile pour les centres de données modulaires ?

La CFD permet d’identifier, avant déploiement, d’éventuels points chauds, des fuites d’air et une recirculation des gaz d’échappement. La fiabilité de ses prévisions repose sur une géométrie précise, des données fiables sur les charges thermiques, des hypothèses réalistes concernant les flux d’air et une validation adéquate.

Q4 : Comment le refroidissement « in row » soutient-il le confinement ?

Le refroidissement en ligne consiste à placer les équipements de refroidissement à proximité des armoires de serveurs. Lorsqu’il est correctement coordonné avec l’encapsulation et la direction du flux d’air, il peut contribuer à gérer les charges thermiques localisées et à réduire les déplacements d’air superflus.

Q5 : Que doivent vérifier les acheteurs avant d’accepter le système ?

Examiner la disposition approuvée, l’étanchéité des panneaux, le fonctionnement des portes, la capacité de refroidissement, la configuration du flux d’air, les fonctions de surveillance, les rapports d’essais en usine et les résultats de mise en service dans des conditions de fonctionnement représentatives. conditions de fonctionnement représentatives.