IM 15116 – 2006 Systèmes de conditionnement d'air des salles d'ordinateurs

Annexe A - Renseignements supplémentaires

A1.0 Introduction

L'Appendice A fournit des explications qui devraient faciliter l'utilisation des présentes lignes directrices. Il a pour but de justifier certaines exigences de conception prescrites dans le document.

Ces renseignements supplémentaires peuvent aussi offrir d'autres méthodes permettant de répondre aux exigences de conception, ainsi que des discussions sur les avantages et les inconvénients de chacune de ces méthodes.

A2.0 Distribution d'air

A2.1 Air d'alimentation

Les planchers techniques peuvent servir de plénums de distribution et conviennent particulièrement aux endroits où le matériel informatique doit être refroidi directement par l'air.

La pénétration de l'air d'alimentation directement du plancher technique dans le matériel informatique a l'avantage de réduire les turbulences et les mouvements d'air dans la salle d'ordinateurs, contribuant ainsi au confort des employés. Toutefois, il est essentiel que la température et l'humidité relative de l'air d'alimentation soient dans les limites prescrites.

A2.1.1 Bouches de soufflage d'air du plancher technique

1. Panneaux de plancher perforés - Ces panneaux permettent d'obtenir des taux d'induction élevés et peuvent, par conséquent, être placés près du matériel informatique sans risquer de laisser entrer de l'air d'alimentation non mélangé dans le matériel et sans créer de dérangement pour l'opérateur.
   Il existe de grandes divergences d'opinion parmi les fabricants de planchers techniques en ce qui a trait à la section libre de passage de ces panneaux perforés.
   Certains panneaux de plancher perforés peuvent être munis d'un registre de régulation de débit.
2. Diffuseurs et registres de plancher Ils permettent un meilleur réglage directionnel et une portée plus longue du flux d'air. Ils sont ordinairement munis de registres de régulation de débit. Ils peuvent cependant créer des courants d'air gênants pour les opérateurs qui travaillent à proximité et ils ne peuvent pas être montés tout à fait d'affleurement dans le plancher technique. C'est pourquoi ils sont habituellement placés hors des zones de circulation des chariots ou des zones occupées.

A2.2 Air de reprise

L'utilisation du plafond technique comme plénum d'air de reprise présente plusieurs avantages :

1. Des grilles de reprise d'air ou de petites hottes peuvent être installées juste au-dessus du matériel informatique générant de la chaleur et cette chaleur peut être entraînée presque directe-ment dans le courant d'air repris.
2. Une partie de la chaleur générée par les appareils d'éclairage peut aussi être captée directement.

A3.0 Nécessité de fonctionnement avec batterie de refroidissement sèche

A3.1 Fonctionnement avec batterie de refroidissement sèche

Compte tenu des conditions climatiques extrêmes du Canada, les salles d'ordinateurs sont généralement situées dans des locaux intérieurs du bâtiment et sont munies de pare-vapeur qui maintiennent l'humidité à des taux élevés tout au long de l'année. En raison du faible taux d'occupation, les exigences en matière de ventilation sont minimales. Les apports de chaleur latente sont donc très peu importants.

Par conséquent, la charge de refroidissement est presque entièrement constituée de chaleur sensible et, en principe, la déshumidification n'est pas nécessaire. Par contre, il est important que la puissance de la batterie de refroidissement soit telle que l'installation puisse fonctionner à batterie « sèche » afin d'éviter une déshumidification inutile et un processus simultané d'humidification et de déshumidification.

Les motifs qui sous-tendent ces exigences peuvent être illustrés par l'exemple 1 ci-dessous :

Exemple 1 : fonctionnement avec batterie de refroidissement sèche et humide.

Hypothèses

Température ambiante : 24 °C

Humidité ambiante : 50 % HR.

Température de l'air d'alimentation : 16 °C

Volume d'air de dérivation au serpentin de refroidissement : 3,5 %

Élévation de température de l'air entre la sortie du serpentin de refroidissement et l'entrée dans le local : 1,5 °C.

Coefficient de chaleur sensible (CCS) : 1,0 - c'est-à-dire qu'il n'y a pas de gain ni de perte de chaleur latente entre la salle d'ordinateurs et les locaux avoisinants.

Calculs

Différence totale de la température de bulbe sec de l'air = (24 - (16 - 1,5)) / 0,965 = 9,85 °C

Température de bulbe sec de l'air d'alimentation à la sortie du serpentin de refroidissement = 24 - 9,85 = 14, 15 °C

Fonctionnement avec batterie de refroidissement sèche

Le diagramme psychrométrique de la figure A1 représente le fonctionnement avec batterie de refroidissement sèche. L'air pénètre dans la batterie de refroidissement à la condition R et en sort à la condition C, et puis, il se mélange avec l'air de dérivation à la condition R pour former un mélange à la condition M. L'air subit une élévation de température de 1,5 °C entre la sortie de la batterie de refroidissement et l'entrée dans le local en raison de la chaleur générée par le ventilateur, les câbles et par la transmission de chaleur à travers la dalle de plancher du local. Ainsi, l'air pénètre dans le local à la condition S.

Tous ces processus se produisent avec un coefficient de chaleur sensible constant de 1,0. C'est pourquoi, le processus psychrométrique suit une ligne horizontale R-S-M-C.

Fonctionnement avec batterie de refroidissement humide

Analysons le processus qui se produit lors du fonctionnement avec batterie de refroidissement humide - c'est-à-dire quand il y a condensation à la batterie, comme illustré à la figure A2. Compte tenu de la condensation, le processus psychrométrique ne suit plus une ligne horizontale et l'air sort de la batterie à la condition C1. Comme le montre LHc à la figure A1, il y a un changement d'enthalpie entre les conditions C et C1.

L'air d'alimentation est maintenant à la condition S1, et il doit retourner à la condition R au cours du processus de refroidissement. Par conséquent, le processus psychrométrique suit la ligne horizontale (à CCS constant); ensuite, un changement d'enthalpie est néces-saire pour retourner de la condition R1 à la condition R. On peut voir ce changement à LHh dans la figure A2.

On constate ainsi que deux changements d'enthalpie sont nécessaires, LHc et LHh. Donc, il y a effectivement une double charge imposée au système de refroidissement.

Fonctionnement de la batterie de refroidissement avec perte d'humidité par l'enveloppe de la salle d'ordinateurs

Du fait qu'il y ait une perte d'humidité dans une salle d'ordinateurs lorsqu'il se produit une défaillance du pare-vapeur ou une infiltration d'air dans le local, le coefficient de chaleur sensible devient plus grand que 1,0 et l'humidificateur de l'appareil monobloc de conditionnement d'air se met en marche pour compenser cette perte d'humidité.

Afin de maintenir les conditions de régime dans de telles circonstances, la vapeur d'eau ajoutée à l'air de reprise doit être enlevée par déshumidification au passage de l'air dans la batterie de refroidissement, ce qui peut nécessiter le réchauffage de cet air.

À noter que la batterie de refroidis-sement, bien qu'elle soit conçue pour fonctionner en batterie « sèche », fonctionnera, dans ces circonstances, en batterie « humide ».

Par conséquent, le fonctionnement du serpentin de réchauffage peut être interprété comme un signe d'humidification excessive. L'alarme visuelle devrait, dans ce cas, alerter le personnel d'exploitation.

A4.0 Types de systèmes de conditionnement d'air

A4.1 Appareils de réfrigération monoblocs multiples

On peut installer dans la salle d'ordina-teurs des appareils de réfrigération monoblocs multiples. Ce type d'appareil présente les avantages suivants :

1. rendement excellent;
2. souplesse inhérente pour faire correspondre la puissance de l'installation aux charges de refroidissement requises;
3. fonctionnement fiable, à sécurité intégrée, en cas de défaillance de l'un des appareils, puisque les autres appareils peuvent assumer la charge de refroidissement;
4. possibilité d'installer les appareils de conditionnement d'air à proximité de sources de chaleur, ce qui donne une meilleure efficacité de refroidissement;
5. sécurité garantie, puisque les appareils de conditionnement d'air se trouvent dans une zone d'accès réservé.

A4.2 Systèmes de conditionnement d'air biblocs refroidis par frigorigène (systèmes DX)

Dans ce type de système, les condenseurs sont situés à distance avec des conduites de frigorigène reliées au système de conditionnement d'air principal et aux serpentins de refroidis-sement. Ces appareils sont utiles lorsque les éléments du système de conditionnement d'air ne sont pas trop éloignés l'un de l'autre.

L'un des avantages de ce système, c'est qu'il est possible de récupérer la chaleur du condenseur à l'aide d'un dispositif approprié.

A4.3 Systèmes de conditionnement d'air biblocs refroidis à l'eau glycolée ou à l'eau réfrigérée

On utilise ce type de système lorsque le condenseur et le compresseur sont trop éloignés l'un de l'autre pour permettre le refroidissement par frigorigène. Il s'agit d'un système relativement sans entretien si on le compare au système DX.

L'eau réfrigérée peut être utilisée comme fluide de refroidissement lorsqu'il n'est pas nécessaire d'assurer une protection contre le gel. Toutefois, si le système est exposé aux risques de gel, on devrait utiliser une boucle de glycol. Il est facile d'incorporer des dispositifs de récupération de chaleur dans ces systèmes.

Étant donné que les charges de refroidissement sont principalement dues à la chaleur sensible, la tempéra-ture du fluide réfrigéré devrait être maintenue à un niveau aussi élevé que possible sans nuire au fonctionnement du système.

La figure A3 montre un agencement possible, avec un dispositif de récupération de chaleur. L'échangeur thermique de type sec est prévu pour un refroidissement naturel et une économie d'énergie. Les commandes du serpentin de refroidissement devraient comprendre des vannes à 3 voies pour assurer en tout temps un débit adéquat à travers le refroidisseur.

A4.4 Systèmes de conditionnement d'air refroidis à l'eau réfrigérée

Il existe aussi des systèmes de conditionnement d'air refroidis à l'eau qui s'approvisionnent à l'eau réfrigérée provenant d'une centrale de refroidis-sement. Il s'agit de systèmes clos qui utilisent de l'eau distillée (ou un autre traitement d'eau, habituellement prescrit par le fabricant de l'équipement informatique) et un échangeur thermique eau/eau, et qui sont conçus pour fonctionner 24 heures sur 24 tout au long de l'année. Il n'est pas recommandé de recourir à l'eau municipale pour le refroidissement.

A5.0 Méthodes de récupération de chaleur

A5.1 Généralités

Il existe plusieurs méthodes de récupération de chaleur selon le type de bâtiment et les possibilités d'utilisation de la chaleur récupérée. On verra plus loin quelques-unes de ces méthodes.

A5.2 Agencement n^o 1 : Récupération de chaleur pour le chauffage de l'eau domestique

Selon cet agencement, la chaleur récupérée est utilisée pour le chauffage de l'eau domestique. Cet agencement est illustré à la figure A4.

A5.3 Agencement n^o 2 : Refroidissement naturel et éconergétique

Une autre façon possible d'économiser l'énergie dans les systèmes à refroidisseurs à eau glycolée ou à eau réfrigérée est illustrée à la figure A3 où l'on démontre l'utilisation d'un échangeur thermique supplémentaire de type sec durant les périodes où le refroidissement naturel est possible au moyen de l'air extérieur.

A5.4 Agencement n^o 3 : Utilisation d'un serpentin de refroidissement supplémentaire

Une autre méthode de récupération consiste à dévier le fluide du condenseur vers un serpentin de refroidissement supplémentaire dans l'appareil de conditionnement d'air. Cet agencement est illustré à la figure A5.

Fig. A1 Procédés psychrométriques pour les systèmes de C.A. de salles d'ordinateurs avec batterie de refroidissement sèche, Appendice A, Section A3.1

Pour lire une description détaillée de la figure A1.

Fig. A2 Procédés psychrométriques pour les systèmes de C.A. de salles d'ordinateurs avec batterie de refroidissement humide, Appendice A, Section A3.1

Pour lire une description détaillée de la figure A2.

Fig. A3 Appareils de conditionnement d'air de salles d'ordinateurs refroidis à l'eau réfrigérée ou au glycol, Appendice A, Section A4.3

Pour lire une description détaillée de la figure A3.

Fig. A4 Systèmes de récupération de chaleur avec condenseur refroidi au glycol, Appendice A, Section A5.0

Pour lire une description détaillée de la figure A4.

Fig. A5 Économie d'énergie - Serpentin de refroidissement supplémentaire utilisant le fluide du condenseur, Appendice A, Section A5.4

Pour lire une description détaillée de la figure A5.

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