Comment les ventilateurs à courant continu (CC) dans les salles de serveurs contribuent-ils à la réduction du PUE ?

PUE et le coût caché du refroidissement des serveurs

L'efficacité énergétique des installations, ou PUE (Power Usage Effectiveness), est le rapport entre l'énergie totale consommée par l'installation et celle consommée par les équipements informatiques. Un PUE parfait est de 1,0, ce qui signifie que chaque watt est utilisé pour le calcul. En réalité, la plupart des salles serveurs fonctionnent avec un PUE compris entre 1,6 et 2,0. Où va cette énergie supplémentaire ? Aux ventilateurs et aux systèmes de climatisation. Environ 30 à 40 % de la consommation énergétique totale d’un centre de données typique est consacrée au déplacement de l’air et à l’évacuation de la chaleur. J’ai visité des centaines de salles serveurs, et une chose est toujours évidente : les anciennes unités de climatisation à batterie froide et les ventilateurs à vitesse constante gaspillent d’énormes quantités d’électricité. Un responsable d’installation m’a un jour montré sa facture d’électricité mensuelle : les ventilateurs de refroidissement coûtaient, par jour chaud, plus cher que les serveurs eux-mêmes. C’est là un coût caché que vous ne voyez pas sur une fiche technique. Réduire le PUE commence par réduire la consommation énergétique des ventilateurs.

Les ventilateurs EC réduisent de moitié la consommation énergétique des ventilateurs par rapport aux ventilateurs CA

Le principal responsable du gaspillage d’énergie des ventilateurs est le moteur à induction à courant alternatif. Celui-ci fonctionne à vitesse fixe, sauf si l’on ajoute un variateur de fréquence, qui engendre lui-même des pertes. Un moteur CE (courant continu électroniquement commuté) utilise des aimants permanents et intègre un variateur de vitesse. Il ne présente aucune perte cuivre au niveau du rotor. Selon une étude menée par le Lawrence Berkeley National Laboratory, le remplacement d’un moteur à pôles couverts ou d’un moteur à condensateur permanent (PSC) par un moteur CE dans une application de ventilation permet de réduire la consommation d’énergie de 40 % à 60 % pour le même débit d’air. Voici un exemple concret : une petite salle de serveurs mutualisés équipée de vingt unités de climatisation utilisait initialement des ventilateurs centrifuges à moteurs à courant alternatif. Chaque ventilateur consommait 80 watts. Après modernisation avec des ventilateurs CE, le même débit d’air n’a requis que 38 watts par ventilateur. La puissance totale absorbée par les ventilateurs est ainsi passée de 1 600 watts à 760 watts. Le délai de retour sur investissement a été inférieur à un an. Ce chiffre ne provient pas d’un laboratoire : il correspond à une réduction effective de la facture d’électricité.

Contrôle de la vitesse adapté en temps réel à la charge des serveurs

Les serveurs ne fonctionnent pas à pleine charge 24 heures sur 24, 7 jours sur 7. Leur dégagement thermique varie selon l’heure de la journée, la demande des utilisateurs et les tâches de traitement. Un ventilateur à vitesse constante tourne à 100 % même lorsque les serveurs sont inactifs, ce qui provoque un refroidissement excessif de la salle et un gaspillage d’énergie. Les ventilateurs EC sont équipés d’une entrée standard de régulation de vitesse 0-10 V ou PWM. Vous pouvez lier la vitesse du ventilateur directement à une sonde de température ou au signal de charge informatique (IT). J’ai collaboré avec un fournisseur d’hébergement qui a installé des climatiseurs pour salles informatiques équipés de ventilateurs EC. Ils ont configuré l’algorithme de commande afin de maintenir la température de l’allée chaude exactement à 27 °C (80 °F). Lorsque l’activité des serveurs a diminué la nuit, les ventilateurs EC ont ralenti jusqu’à 35 % de leur vitesse nominale. Résultat ? Leur indice PUE est passé de 1,8 à 1,45 en six mois. Le système de climatisation a cessé de « se contrarier » lui-même. Le directeur des installations m’a indiqué que leur groupe frigorifique fonctionnait également moins, car les ventilateurs EC fournissaient uniquement le débit d’air nécessaire.

Meilleure efficacité à charge partielle là où les serveurs passent la majeure partie de leur temps

La plupart des exploitants de centres de données conçoivent leurs installations pour la charge maximale, mais les serveurs fonctionnent en réalité à 40 % à 60 % de leur capacité en moyenne. Dans ces conditions de charge partielle, les ventilateurs à courant alternatif deviennent très inefficaces. Si l’on utilise un variateur de fréquence sur un moteur à courant alternatif, le variateur lui-même consomme 3 % à 8 % de la puissance nominale sous forme de chaleur. Et à faible vitesse, le rendement du moteur chute fortement. Les moteurs à courant continu (EC) ne présentent pas ce problème : ils conservent un rendement supérieur à 80 % sur une plage de vitesse allant de 20 % à 100 %. La loi des similitudes indique que la puissance absorbée par un ventilateur varie avec le cube de sa vitesse. Ainsi, une réduction de 20 % de la vitesse permet une diminution d’environ 50 % de la puissance consommée — mais uniquement si le moteur conserve un bon rendement. Les moteurs à courant alternatif ne le permettent pas ; les moteurs EC, si. Un document technique publié par le Comité technique 9.9 de l’ASHRAE sur le refroidissement des centres de données confirme que les batteries de ventilateurs EC offrent les meilleures performances en charge partielle pour les systèmes à débit d’air variable. Pour les salles de serveurs fonctionnant la majeure partie du temps à charge moyenne, les ventilateurs EC constituent le seul choix logique.

Intégration intelligente avec la confinement des allées chaudes et froides

Même le meilleur ventilateur perd de sa valeur si le débit d'air n'est pas correctement dirigé. Les salles serveurs modernes utilisent la séparation en allées chaudes et allées froides. Toutefois, la pression statique varie à mesure que les filtres se colmatent et que des serveurs sont ajoutés ou retirés. Les ventilateurs EC intègrent une intelligence embarquée : ils détectent la pression statique et ajustent automatiquement leur vitesse afin de maintenir la consigne. J’ai pu observer ce fonctionnement dans un centre de données financier de Chicago. Celui-ci comportait vingt unités de refroidissement en ligne, chacune équipée de quatre ventilateurs EC disposés en mur de ventilation. Le système de gestion du bâtiment envoyait un signal de pression à chaque ventilateur. Lorsqu’un point chaud s’est développé à proximité d’un rack de serveurs haute densité, les ventilateurs EC les plus proches ont augmenté individuellement leur vitesse, plutôt que d’accélérer l’ensemble des ventilateurs. La consommation annuelle d’énergie pour le refroidissement a ainsi diminué de 35 %, et leur indicateur PUE s’est amélioré, passant de 1,65 à 1,32. Le guide des meilleures pratiques sur la gestion de l’air publié par The Green Grid recommande ce type de contrôle zoné et fondé sur la demande. Les ventilateurs EC rendent cette approche concrètement applicable, car chaque ventilateur dispose de son propre contrôleur.

Retour sur investissement à long terme et rapports en matière de durabilité

Le coût initial est généralement l’objection principale. Un ventilateur à courant continu (EC) coûte effectivement plus cher qu’un ventilateur à courant alternatif (AC) de même taille. Toutefois, le coût total de possession raconte une tout autre histoire. Les ventilateurs EC connaissent moins de pannes mécaniques, car ils fonctionnent à une température plus basse et ne comportent ni condensateur de démarrage ni interrupteur centrifuge susceptibles de tomber en panne. Leur roulement étanche dure 50 000 heures ou plus. Examinons maintenant les économies d’énergie. Pour une salle serveurs de 500 baies équipée de 25 unités de climatisation, chacune consommant en moyenne 400 watts pour ses ventilateurs, le passage des ventilateurs AC aux ventilateurs EC permet d’économiser environ 200 000 kilowattheures par an. À un tarif commercial moyen de l’électricité de 0,12 $ le kWh, cela représente une économie annuelle de 24 000 $. En outre, la réduction des émissions de carbone s’élève à environ 140 tonnes métriques de CO₂ par an — un résultat qui peut être directement intégré à votre rapport sur le développement durable. Pour les exploitants qui exigent des performances garanties et un partenariat à long terme, des fournisseurs expérimentés tels que Fanova proposent des solutions de ventilateurs EC accompagnées de rapports vérifiés issus de souffleries, d’un service précis d’adaptation aux besoins spécifiques et d’une garantie complète de trois ans. Fanova fabrique des moteurs EC depuis 2003 et accompagne ses clients dans 80 pays. Lorsque la réduction du PUE constitue un objectif commercial concret — et non un simple slogan — Fanova met à disposition l’expertise technique et la fiabilité de sa chaîne d’approvisionnement nécessaires pour y parvenir.