Les centres de données adoptent les tours de refroidissement pour l'efficacité énergétique

Alors que des flux de données massifs inondent le cloud, alimentant une croissance économique numérique rapide, les centres de données prolifèrent dans le monde entier. Cependant, l'énorme puissance de calcul qui soutient ces installations génère des quantités de chaleur stupéfiantes. La dissipation efficace de la chaleur est apparue comme un défi crucial pour des opérations de centres de données durables. Les tours de refroidissement, longtemps considérées comme controversées en raison de leur consommation d'eau, sont réévaluées comme des composants essentiels qui peuvent en fait contribuer à une infrastructure de données plus verte lorsqu'elles sont correctement mises en œuvre.

Les solutions de refroidissement des centres de données varient considérablement en fonction de multiples facteurs, notamment la taille de l'installation, les exigences de calcul, les coûts énergétiques régionaux et la densité de la charge de données. Les principales approches de refroidissement comprennent :

• Refroidisseurs à eau : Systèmes intégrant des refroidisseurs, des pompes, des tours de refroidissement et des échangeurs de chaleur à plaques qui dissipent la chaleur par évaporation.
• Refroidisseurs à air : Systèmes simplifiés utilisant uniquement des refroidisseurs et des pompes qui s'appuient sur l'air pour le rejet de la chaleur.
• Refroidissement évaporatif direct : Systèmes de "refroidissement par marais" utilisant des milieux humides qui tirent parti de l'évaporation de l'eau sans réfrigération mécanique.
• Refroidissement adiabatique : Systèmes hybrides combinant le refroidissement par air et par eau, utilisant le refroidissement assisté par eau pendant les périodes de pointe.

Les opérateurs doivent tenir compte à la fois des coûts d'exploitation et de l'impact environnemental lors de la sélection des solutions de refroidissement. Deux indicateurs clés guident ces décisions : l'efficacité d'utilisation de l'énergie (PUE) mesurant la consommation totale d'énergie par rapport à l'utilisation des équipements informatiques (1,0 étant idéal), et l'efficacité d'utilisation de l'eau (WUE) évaluant la consommation d'eau du système de refroidissement.

Bien que les tours de refroidissement consomment de l'eau par évaporation, les experts de l'industrie soutiennent que cela doit être évalué par rapport aux impacts plus larges du système énergétique. Tim Chiddix, vice-président de l'ingénierie mécanique chez Swanson Rink, souligne que la sélection de la technologie de refroidissement nécessite une analyse localisée tenant compte des conditions climatiques, de l'infrastructure énergétique et des exigences opérationnelles.

Une évaluation complète doit tenir compte de la consommation d'eau tout au long de la chaîne énergétique. Les centrales électriques traditionnelles comme les centrales au charbon consomment une quantité importante d'eau pendant la production d'électricité. Bien que les systèmes refroidis par air réduisent l'utilisation de l'eau sur site, leurs exigences énergétiques plus élevées augmentent indirectement la consommation d'eau dans les installations de production. Dans de nombreux cas, les systèmes de refroidissement évaporatif mécanique démontrent une efficacité globale supérieure à celle des alternatives refroidies par air.

Par exemple, un système refroidi par air consommant 1 MW par an contre un système refroidi par eau utilisant 0,5 MW avec une consommation d'eau de 3 000 gallons par minute pourrait en fait économiser plus d'eau en tenant compte des exigences de production supplémentaires de l'option refroidie par air moins efficace.

Un livre blanc co-écrit par Chiddix et Brook Zion, "Consommation d'eau des centres de données à Denver, Phoenix et Los Angeles : La situation dans son ensemble", a examiné si la réduction de la consommation d'eau dans les installations individuelles diminue réellement la consommation d'eau régionale. L'étude a révélé que les capacités supérieures de transfert de chaleur de l'eau la rendent plus efficace que l'air pour le refroidissement, bien que l'efficacité varie selon le climat, les régions arides étant les plus avantagées.

En analysant des centres de données échantillons de 1 500 kW dans trois villes tout en intégrant les données locales sur l'intensité de l'eau du réseau du National Renewable Energy Laboratory, les chercheurs ont comparé trois systèmes : des refroidisseurs à eau standard, des refroidisseurs à air et un refroidissement évaporatif. Les résultats ont montré que les systèmes refroidis par air nécessitaient beaucoup plus d'énergie (4 663 740 kWh par an à Denver contre 1 610 748 kWh pour les systèmes refroidis par eau), la quasi-totalité de la consommation d'eau étant transférée aux installations de production d'électricité plutôt que d'être éliminée.

Chiddix prévient que les réglementations locales bien intentionnées exigeant une réduction de la consommation d'eau et d'énergie sur site peuvent par inadvertance augmenter la consommation totale de ressources lorsqu'on tient compte des impacts de la production d'électricité. Les systèmes refroidis par eau s'avèrent souvent plus efficaces, en particulier lorsqu'ils intègrent des modes de "refroidissement gratuit" (ou économiseur côté eau) qui utilisent l'air extérieur froid pour refroidir l'eau sans réfrigération mécanique, réduisant potentiellement les besoins en énergie de 75 % ou plus dans des conditions favorables.

La technologie à débit variable permet aux opérateurs de réduire le débit d'eau des tours de refroidissement pendant les saisons plus fraîches, avec des vitesses de ventilateur réglables offrant des économies d'énergie supplémentaires. Les conceptions modulaires des tours de refroidissement offrent d'autres avantages, permettant l'expansion de la capacité en fonction de la croissance des serveurs tout en contrôlant les dépenses d'investissement et d'exploitation. Les systèmes modulaires préfabriqués prennent également en charge un déploiement plus rapide, essentiel pour les projets de centres de données sensibles au facteur temps.

Alors que les centres de données continuent de se développer à l'échelle mondiale, une évaluation complète des solutions de refroidissement doit tenir compte de la consommation directe et indirecte de ressources. Lorsqu'elles sont correctement mises en œuvre avec une perspective au niveau du système, les solutions de refroidissement à base d'eau peuvent offrir une efficacité supérieure, soutenant le développement d'une infrastructure numérique durable tout en préservant les ressources énergétiques et hydriques.