Eau glacée, DX, free cooling : comparatif
Comparer les architectures de production de froid (eau glacée, détente directe, free cooling) selon le climat, la taille du site et le PUE visé.
À retenir
- Le DX convient aux petites/moyennes puissances, l'eau glacée s'impose au-delà de 500 kW-1 MW.
- Le free cooling direct ou indirect réduit fortement les heures de compression mécanique selon le climat.
- Le débit d'eau glacée dépend directement du ΔT retenu : un ΔT de 5-8 °C optimise pompage et tuyauterie.
- Le commissioning des points de bascule entre modes est indispensable pour atteindre les heures de free cooling prévues en étude.
Trois familles d'architectures
La production de froid d'un data center repose sur trois grandes familles, souvent combinées.
Détente directe (DX)
Les unités CRAC (Computer Room Air Conditioner) intègrent leur propre circuit frigorifique et rejettent la chaleur via un condenseur à air ou à eau déporté. Simplicité d'installation et faible coût initial, mais rendement énergétique inférieur à l'eau glacée pour les grandes puissances, et redondance plus coûteuse au-delà de quelques centaines de kW.
Eau glacée (chilled water)
Un groupe froid centralisé produit de l'eau glacée (typiquement départ 7 °C / retour 12-14 °C) distribuée aux unités CRAH (Computer Room Air Handler) via un réseau hydraulique. Cette architecture s'impose au-delà de 500 kW-1 MW de charge IT car elle mutualise la redondance et permet d'intégrer facilement le free cooling.
Free cooling
Le free cooling utilise l'air extérieur (direct ou indirect via échangeur) ou l'eau extérieure (dry cooler, tour de refroidissement) pour produire du froid sans compression mécanique dès que la température extérieure le permet.
| Mode | Seuil climatique typique | Gain PUE |
|---|---|---|
| Free cooling direct (air) | Text < 18-20 °C | Fonctionnement 100 % free une grande partie de l'année en climat tempéré |
| Free cooling indirect (échangeur à plaques) | Text < 8-10 °C pour eau glacée à 12-15 °C | Réduit fortement les heures de compression |
| Adiabatique / évaporatif complémentaire | Text jusqu'à 25-27 °C avec assistance | Étend la plage de free cooling au prix d'une consommation d'eau |
Point clé
le choix entre DX et eau glacée dépend avant tout de la puissance totale du site et de l'horizon de croissance ; en dessous de 300-500 kW, le DX modulaire reste souvent plus économique et plus simple à exploiter.
Dimensionnement du réseau hydraulique
Le débit d'eau glacée se calcule par :
Débit (m3/h) = Puissance (kW) x 0,86 / ΔT (°C)
Pour 1000 kW avec un ΔT de 5 °C (7 °C départ / 12 °C retour), le débit nécessaire est d'environ 172 m3/h.
Attention
un ΔT trop faible (moins de 4 °C) impose des débits élevés, des pompes surdimensionnées et une consommation électrique de pompage excessive ; viser un ΔT de 5 à 8 °C optimise le compromis débit/puissance de pompage.
Free cooling : les pièges d'exploitation
Sur le terrain
de nombreux sites installés avec du free cooling indirect n'atteignent jamais les heures de fonctionnement free annoncées en étude, faute de réglage fin des points de consigne saisonniers (température de bascule, hystérésis entre modes) ; un commissioning dédié au cycle des modes est indispensable.
Astuce
en climat tempéré, un free cooling direct à air correctement filtré (classe ISO 16890 adaptée) peut couvrir plus de 6000 heures par an sans compression, à condition de tolérer une plage de température et d'humidité en salle légèrement plus large, conforme à l'enveloppe ASHRAE recommandée.