Comment l'air est géré dans le système situé sous le plancher surélevé d’un bâtiment

Fonctionnement du plénum sous-plancher en tant que chambre d’air sous pression

Le système de gestion de l'air dans les plénums sous-plancher utilise l'espace situé sous les dalles surélevées comme une chambre de pression pour la circulation de l'air. Lorsque l'air est conditionné par les unités CRAC, il circule dans la zone de manière à créer un état d'équilibre de pression avec l'air présent dans la chambre. En raison de la disposition des plénums sous-plancher, ce système empêche la formation de points chauds de température dans la pièce en acheminant l'air conditionné vers l'emplacement souhaité via des dalles perforées stratégiquement placées. Le système est conçu pour fonctionner dans une plage de pression optimale et sans variations importantes du débit d'air, ce qui permet d'obtenir les meilleures performances possibles en matière de refroidissement et d'assurer un environnement stable pour la gestion informatique.

Physique et performance : distribution par différentiel de pression aux entrées des serveurs

Le refroidissement ciblé fonctionne selon le principe de la variation de pression dans le plénum et à l’entrée d’air du serveur. Ce principe repose sur une loi physique presque méconnue, appelée principe de Bernoulli. Lorsqu’une pression est créée dans le plénum, l’air s’écoule naturellement vers les zones de moindre pression, à savoir les entrées d’air des serveurs. Dans notre cas, la vitesse du débit d’air augmente de 25 % par rapport aux anciens systèmes aériens. Le défi consiste à positionner judicieusement les dalles au sol de la salle informatique afin de tirer parti de ces variations de pression. Les salles informatiques présentant, en moyenne, une différence de pression de 0,05 pouce de colonne d’eau dans le plénum observent une baisse de 4 degrés Celsius des températures à l’entrée d’air des serveurs. Cela ressort d’une étude menée en 2022 par l’Uptime Institute.

Nos dalles techniques avec gains quantifiables en efficacité de refroidissement par flux d’air : nous disposons d’un exemple mesuré d’une différence de température de 4,3 °C correspondant au placement stratégique d’une dalle perforée.

Le contrôle de la température de l’air ingéré par les serveurs est amélioré grâce au placement optimisé des dalles perforées. Plus précisément, lorsque la disposition des dalles correspond aux points chauds des baies de serveurs, l’air froid peut être dirigé sans obstruction vers les entrées des serveurs, sans être gaspillé dans une recirculation d’air chaud évacué. Nous avons ainsi obtenu des résultats significatifs : les écarts de température entre l’air entrant et l’air sortant des serveurs ont été mesurés à 4,3 °C inférieurs. Cette amélioration des écarts de température est absolument critique pour préserver l’intégrité du refroidissement, alors que les configurations informatiques de l’entreprise continuent d’évoluer.

Optimisation pilotée par la CFD : modélisation en temps réel des flux d’air pour la réduction du PUE

L'utilisation de la modélisation par dynamique des fluides computationnelle (CFD) montre précisément où la chaleur s'accumule de manière inefficace et illustre comment apporter des ajustements, par exemple en ce qui concerne le nombre de perforations présentes dans les dalles de plancher, leur positionnement ou encore l'alignement des unités de refroidissement. Selon une étude menée en 2024 par le Lawrence Berkeley National Lab, les indices PUE diminuent d'environ 0,15 grâce à cette méthode, comparativement à des approches fondées sur l'approximation. Cette réduction peut sembler modeste, mais les coûts de refroidissement associés baissent de 18 % à 30 % environ. La véritable valeur ajoutée provient des systèmes qui surveillent en continu et régulent activement les débits d'air afin de les adapter aux besoins des serveurs. Cela élimine les points chauds susceptibles d'endommager les équipements et empêche l'air chaud de contourner les zones nouvellement refroidies ciblées.

Élimination des points chauds grâce à l'uniformité de la distribution de l'air

Les systèmes de refroidissement par flux d'air au niveau des planchers surélevés éliminent efficacement les points chauds thermiques, non pas par un refroidissement excessif, mais grâce à une distribution uniforme et ciblée. Lorsqu’ils sont correctement conçus et mis en œuvre, ces systèmes empêchent le court-circuit de l’air froid et la recirculation de l’air chaud, et résolvent ainsi définitivement les points chauds dépassant les limites thermiques ASHRAE de jusqu’à 13,66.

Surmonter la stratification thermique grâce à un débit d’air constant sous le plancher

La stratification thermique est un phénomène causé par la montée de l’air chaud évacué, entraînant un mélange défectueux de l’air neuf fourni. Un déplacement d’air sous le plancher à une vitesse d’environ 2,5 mètres par seconde, ou supérieure, contribue à briser les couches thermiques. Plusieurs mesures complémentaires sont nécessaires pour rompre ces couches thermiques. Le colmatage des passages de câbles en constitue une. Par ailleurs, le remplissage des espaces vides dans les armoires serveur à l’aide de panneaux bouchons constitue une mesure essentielle. Ces actions garantissent que l’air froid n’est acheminé que par les dalles perforées, conformément à la conception initiale.

Gestion centralisée du flux d'air : alignement de la sortie des unités CRAC sur la disposition des dalles

Le contournement du flux d'air peut réduire la capacité de refroidissement d'un centre de données de 25 à 40 %. Cela s'explique par le fait que les unités CRAC réduisent le débit d'air vers l'air conditionné qui n'a pas atteint les serveurs. Des simulations de dynamique des fluides numériques ont montré que ce problème peut être résolu en modifiant la porosité des dalles en fonction des zones de température des armoires. Les dalles dont la porosité dépasse 56 % risquent de perdre de l'air vers les armoires les plus denses. En outre, la direction du flux d'air des unités CRAC doit être alignée sur la disposition des dalles dans toute la salle. Cela maximise les différences de pression dans le système, facteur déterminant de l'efficacité du système de refroidissement.

Stratégies cohérentes de gestion du flux d'air dans les environnements dotés de planchers surélevés

Les planchers surélevés fournissent l'infrastructure nécessaire à la plupart des systèmes de climatisation, mais ils complètent véritablement le système lorsqu'ils sont associés à de bonnes stratégies de gestion du flux d'air. Les configurations allée chaude/allée froide empêchent le mélange de l'air de retour chaud et de l'air neuf entrant. Cela permet une meilleure stabilité thermique dans toute l'allée. L'utilisation appropriée de panneaux bouchons, combinée à l'étanchéité des systèmes de gestion des câbles, améliore le confinement de la pression dans le plenum tout en réduisant la consommation d'énergie inutile d'environ 30 %. Une utilisation innovante de dalles, fondée sur les conditions actuelles mesurées à l'aide de cartes thermiques et de modélisations informatiques, permet une meilleure réactivité aux changements intervenant dans le système.
La combinaison de ces techniques permet de réduire l'indice d'efficacité énergétique (PUE) d'environ 0,15 à 0,3 point, ce qui constitue une amélioration concrète de l'efficacité et de la fiabilité des systèmes de climatisation ainsi que de l'environnement contrôlé.

Section FAQ

Qu'est-ce qu'un plancher surélevé ?
Un plancher surélevé est une structure de plancher surélevée qui utilise l'espace situé en dessous pour le passage des câbles, des systèmes de CVC et d'autres infrastructures.

Comment un plenum sous-plancher contribue-t-il au refroidissement ?
Un plenum sous-plancher est une chambre d'air sous pression qui permet une répartition uniforme de l'air conditionné afin de minimiser les points chauds et de s'adapter aux besoins de refroidissement.
Quels sont les avantages de l'utilisation de dalles perforées dans les planchers surélevés ?
Les dalles perforées améliorent l'efficacité du refroidissement en favorisant un meilleur débit d'air froid vers les entrées des serveurs, ce qui permet de maîtriser la température autour de ces derniers.

Que peut-on faire pour éviter la stratification thermique ?

Une circulation constante de l'air sous le système de plancher ainsi que l'étanchéité des ouvertures permettent une distribution contrôlée et uniforme de l'air frais.

Que signifie le terme « flux d'air de contournement » et comment peut-on l'éviter ?

Le contournement de l'air désigné est un phénomène où l'air conditionné est renvoyé aux unités CRAC avant d'avoir été entièrement distribué ; pour l'éviter, il est recommandé de configurer la sortie des unités CRAC conformément à la conception en grille des dalles.