Cooling and heat recovery of data centers : optimization and energy management

par Ahmad Alamir Sbaity

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides, énergetique, thermique, combustion, acoustique

Sous la direction de Hasna Louahlia-Gualous et de Stéphane Le Masson.

Le président du jury était Patrick Glouannec.

Le jury était composé de Hasna Louahlia-Gualous, Stéphane Le Masson, Yves Bertin, Stéphane Fohanno.

Les rapporteurs étaient Yves Bertin, Stéphane Fohanno.

  • Titre traduit

    Refroidissement et récupération de chaleur des data centers : optimisation et gestion de l'énergie


  • Résumé

    L’objectif de cette étude est d’étudier le refroidissement passif et hybride, en réalisant une récupération de chaleur au sein d’un centre de données typique. La méthode de refroidissement choisie est la boucle thermosyphon, car elle permet le transfert des hautes puissances sur une longue distance. L’évaporateur choisi est un échangeur à micro-canaux, le condenseur est formé des tubes à ailettes. Une étude paramétrique expérimentale est faite en variant le taux de remplissage, la puissance thermique des serveurs et la température extérieure de l’air en assurant le refroidissement par la convection naturelle. Une deuxième étude expérimentale est faite en refroidissant le condenseur avec l’eau en convection forcée. De plus, Une étude numérique annuelle sur des centres de données dans plusieurs villes de France est faite pour quantifier l’économie d’énergie réalisée, avec refroidissement passif et hybride. Le coefficient pPUE (partial power use efficiency) est calculé afin d’évaluer l’efficacité du système de refroidissement proposé. Enfin, la boucle thermosyphon est combinée avec une pompe à chaleur dans le but de récupérer la chaleur des centres de données et la distribuer. L’économie d’énergie réalisée par le système proposée est comparée par rapport à l’utilisation d’une chaudière pour assurer le chauffage d’une maison. Une étude économique est faite pour calculer la période de récupération de l’investissement dans plusieurs climats. Le coefficient ERE (energy reuse efficiency) est également calculé pour évaluer la capacité du système de récupération de chaleur.


  • Résumé

    The objective of this study is to investigate passive and hybrid cooling, by performing heat recovery within a typical data center. The chosen cooling method is the thermosyphon loop, as it allows the transfer of high powers over a long distance. The chosen evaporator is a microchannel heat exchanger, the condenser is formed by finned tubes. An experimental parametric study is made by varying the fill ratio, the thermal power of the servers and the outside temperature of the air ensuring the cooling by natural convection. A second experimental study is done by cooling the condenser with water in forced convection. An annual numerical study on data centers in several cities in France is done to quantify the energy savings achieved with passive and hybrid cooling. The pPUE (partial power use efficiency) coefficient is calculated to evaluate the efficiency of the proposed cooling system. Finally, the thermosyphon loop is combined with a heat pump in order to recover heat from the data centers and distribute it. The energy savings of the proposed system are compared to the use of a boiler to heat a house. An economic study is made to calculate the payback period in several climates. The ERE (energy reuse efficiency) coefficient is also calculated to evaluate the capacity of the heat recovery system.


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Informations

  • Sous le titre : Cooling and heat recovery of data centers : optimization and energy management
  • Détails : 1 vol. (XX-159 p.)
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