SCHMIDT + HAENSCH propose des solutions de réfractométrie en ligne pour la surveillance continue de la concentration en propylène glycol dans les centres de données refroidis par liquide. En mesurant directement l’indice de réfraction et la température dans le circuit de refroidissement, le capteur iCS² PG Inline Concentration Sensor détermine la concentration en PG en temps réel et permet de détecter les phénomènes de dilution, les dérives de concentration ainsi qu’un appoint incorrect de liquide de refroidissement. Un contrôle fiable de la concentration en glycol contribue à maintenir un débit stable du fluide caloporteur, un transfert thermique efficace, une protection contre le gel et la corrosion, une maîtrise de la croissance microbienne ainsi qu’un fonctionnement fiable des CDU et des circuits critiques de refroidissement direct-to-chip.
Pourquoi la concentration en propylène glycol est essentielle pour le refroidissement des centres de données
Les centres de données sont essentiels au fonctionnement ininterrompu de l’infrastructure numérique moderne. L’intelligence artificielle (IA), le calcul haute performance (HPC) et l’augmentation de la densité des configurations de serveurs entraînent des puissances par rack et des densités thermiques toujours plus élevées. Le refroidissement devient ainsi l’un des facteurs les plus critiques pour la fiabilité de l’infrastructure, les performances informatiques et l’efficacité opérationnelle.
Le refroidissement traditionnel par air atteint de plus en plus ses limites face à ces charges thermiques élevées et continues. Le refroidissement liquide direct, ou Direct Liquid Cooling (DLC), notamment le refroidissement direct-to-chip par plaques froides, transfère directement la chaleur des processeurs vers un fluide de refroidissement en circulation. Ces systèmes peuvent prendre en charge des charges de rack de 100 kW et plus. Toutefois, le fluide de refroidissement doit circuler dans des canaux extrêmement étroits à proximité immédiate des composants générant de la chaleur. Une composition stable du liquide de refroidissement et une qualité de fluide fiable sont donc indispensables.
Les mélanges propylène glycol (PG)/eau sont fréquemment utilisés comme fluides caloporteurs dans ces systèmes de refroidissement. Outre la protection contre le gel et la corrosion, le PG contribue à limiter la croissance microbienne. À une concentration typique d’environ 25 % de PG, le développement biologique peut être efficacement contrôlé dans les conditions de fonctionnement prévues. Cet aspect est particulièrement important dans les circuits de refroidissement sensibles à l’intérieur du centre de données, où la croissance microbienne et la formation de biofilms peuvent réduire le débit, voire obstruer les canaux de refroidissement très étroits.
La mesure continue de l’indice de réfraction à l’aide d’un
réfractomètre en ligne constitue une méthode efficace pour surveiller la concentration en PG en temps réel. Comme
l’indice de réfraction (IR) dépend de la température, l’indice de réfraction et la température du liquide de refroidissement sont mesurés et évalués conjointement afin de déterminer la concentration réelle en PG.
En surveillant en continu ce paramètre critique directement dans le circuit de refroidissement, un réfractomètre en ligne contribue de manière essentielle au maintien de conditions stables du fluide de refroidissement et à la fiabilité du refroidissement continu de cette infrastructure de centre de données particulièrement sensible et critique.
Du White Space au Grey Space jusqu’à l’environnement extérieur
Le refroidissement d’un centre de données peut être divisé en trois zones fonctionnelles : le White Space, le Grey Space et le Black Space ou espace extérieur.
Le White Space comprend les équipements informatiques et les CDU. La chaleur générée par les processeurs est absorbée par le circuit de refroidissement liquide puis transférée, via les CDU, vers le système de refroidissement du bâtiment.
Le Grey Space comprend les infrastructures auxiliaires telles que les pompes, les groupes frigorifiques, les échangeurs de chaleur, les systèmes d’alimentation sans interruption, les équipements de commutation et les systèmes de gestion technique du bâtiment. La chaleur provenant des circuits de refroidissement du White Space est transférée à travers ces équipements vers le système de dissipation thermique du site.
Enfin, le Black Space ou l’espace extérieur comprend les infrastructures de services publics et les équipements extérieurs de dissipation thermique. La chaleur initialement générée par les processeurs est finalement rejetée dans l’environnement extérieur.
Sous une forme simplifiée, le chemin thermique est donc le suivant :
Puce / Serveur → Plaque froide → CDU → Système de refroidissement du Grey Space → Dissipation thermique vers l’extérieur
Chaque circuit de refroidissement présente des exigences de fonctionnement spécifiques. Toutefois, partout où un mélange glycol/eau est utilisé, le contrôle de la concentration est pertinent. Le White Space, et en particulier les circuits de refroidissement des CDU, représente la zone la plus critique du centre de données.
Pourquoi la concentration en propylène glycol doit être contrôlée
Une concentration correcte en PG constitue un paramètre de fonctionnement critique et pas uniquement une spécification du liquide de refroidissement. Un fluide caloporteur typique à base de PG peut contenir environ 25 % de propylène glycol, tandis que l’eau de haute pureté assure la majeure partie du transfert thermique. Une concentration trop élevée comme une concentration trop faible peut avoir des conséquences importantes.
Une concentration trop élevée en PG entraîne des coûts inutiles et réduit l’efficacité thermique. Des concentrations plus importantes en glycol augmentent la viscosité et les besoins en puissance de pompage tout en réduisant la capacité calorifique du fluide de refroidissement. L’utilisation d’une quantité de PG supérieure aux besoins peut donc entraîner une consommation inutile de glycol et d’énergie.
Une concentration trop faible en PG peut être nettement plus critique. Le PG contribue à la stabilité biologique et limite la croissance microbienne. Si la concentration devient trop faible, des micro-organismes et des algues peuvent se développer et des biofilms peuvent se former. Dans les canaux de refroidissement étroits des plaques froides et des collecteurs, ces dépôts peuvent réduire le débit du liquide de refroidissement et, à terme, obstruer certains passages.
Les conséquences peuvent être importantes. Si le fluide de refroidissement ne circule plus correctement dans une plaque froide, la chaleur ne peut plus être évacuée efficacement du processeur. La température de la puce augmente, les performances et la fiabilité du serveur sont affectées et, dans les cas extrêmes, des processeurs coûteux ou d’autres composants peuvent être endommagés. Le contrôle de la concentration du liquide de refroidissement est donc particulièrement important, car les centres de données constituent des infrastructures critiques fonctionnant dans des conditions thermiques très sensibles. Le refroidissement doit rester disponible en permanence et la température des serveurs ne doit jamais dépasser les limites de fonctionnement autorisées.
Pourquoi une surveillance continue est essentielle
Les prélèvements manuels peuvent fournir des informations sur la concentration du liquide de refroidissement à un instant donné, mais ils ne permettent pas de détecter en continu les variations de concentration. Dans une infrastructure critique de centre de données, les écarts doivent idéalement être détectés avant qu’ils ne puissent affecter les performances de refroidissement.
Un
réfractomètre de process en ligne effectue la mesure directement dans le liquide de refroidissement en circulation. L’instrument mesure en continu l’indice de réfraction du mélange PG/eau et peut détecter immédiatement une dilution, une dérive de concentration, un appoint incorrect ou toute autre déviation par rapport à la plage de fonctionnement spécifiée.
La surveillance continue est particulièrement importante pour les circuits des CDU, car ceux-ci alimentent les passages étroits des plaques froides et des collecteurs dans les systèmes de serveurs à haute densité.
Idéalement, les trois niveaux de refroidissement concernés devraient être équipés d’un système de surveillance de la concentration partout où des mélanges glycol/eau sont utilisés, avec une attention particulière portée aux circuits du White Space. De plus, chaque CDU devrait disposer de son propre capteur afin que les écarts de concentration puissent être détectés localement et non uniquement à l’échelle de l’installation.
Cela permet de créer une chaîne de mesure continue allant des circuits de refroidissement très sensibles des serveurs, en passant par l’infrastructure du bâtiment, jusqu’aux circuits extérieurs ou de dissipation thermique contenant du glycol.
Détermination de la concentration en PG à partir de l’indice de réfraction et de la température
L’indice de réfraction d’un mélange propylène glycol/eau varie systématiquement en fonction de sa composition. Cette relation rend la réfractométrie particulièrement adaptée à la mesure continue de la concentration.
SCHMIDT + HAENSCH a établi une courbe de concentration spécifique à cette application. La concentration en PG est calculée à partir de la combinaison de l’indice de réfraction mesuré et de la température.
Un réfractomètre en ligne effectue cette mesure en continu directement dans le flux de liquide de refroidissement et convertit le signal optique, associé aux informations de température, en une valeur de concentration en temps réel. Cela permet une surveillance automatisée sans dépendre exclusivement de prélèvements manuels.
Pourquoi une concentration correcte en PG protège les performances de refroidissement
Le maintien d’une concentration correcte en PG offre plusieurs avantages opérationnels :
- Réduction de la croissance microbienne et amélioration de la stabilité biologique
- Réduction du risque de formation de biofilms et d’obstruction des microcanaux
- Débit stable du liquide de refroidissement à travers les plaques froides et les collecteurs
- Transfert thermique fiable depuis les processeurs
- Protection adaptée contre le gel et la corrosion
- Réduction de la consommation inutile de glycol
- Résistance hydraulique plus faible par rapport à des concentrations excessives en PG
- Amélioration de l’efficacité du pompage et du système de refroidissement dans son ensemble
- Détection immédiate d’une dilution ou d’un appoint incorrect de liquide de refroidissement
- Fiabilité accrue de l’infrastructure critique du centre de données
iCS² PG Inline Concentration Sensor pour le refroidissement des centres de données
Pour la surveillance continue des fluides de refroidissement à base de glycol, SCHMIDT + HAENSCH propose le capteur iCS² PG Inline Concentration Sensor. Installé directement dans le circuit de refroidissement, ce réfractomètre de process compact détermine en continu la concentration en propylène glycol et fournit aux opérateurs et aux systèmes de contrôle des informations en temps réel, sans nécessiter de prélèvements manuels continus.
Dans le White Space, le capteur peut surveiller les différents circuits des CDU alimentant les racks haute densité et les plaques froides utilisées pour le refroidissement direct-to-chip. Il s’agit d’un point de mesure particulièrement critique, car une composition incorrecte du liquide de refroidissement peut directement affecter la capacité à évacuer la chaleur des équipements informatiques coûteux.
Dans les circuits du Grey Space, la surveillance de la concentration permet de vérifier que la teneur en glycol reste dans la plage de fonctionnement spécifiée, nécessaire pour assurer une protection fiable contre le gel, la corrosion et le développement biologique. Les circuits extérieurs et de dissipation thermique peuvent également être surveillés partout où du glycol est nécessaire pour assurer une protection à basse température.
Grâce à son interface
Modbus RTU, le capteur peut être intégré dans les systèmes de contrôle de process et de gestion des centres de données existants, ce qui permet de détecter immédiatement les écarts par rapport à la concentration spécifiée et de prendre rapidement les mesures correctives nécessaires.
Avantages de la surveillance continue de la concentration en propylène glycol
La surveillance réfractométrique continue offre des avantages importants pour les centres de données modernes refroidis par liquide :
- Surveillance continue et en temps réel de la concentration en PG
- Mesure de l’indice de réfraction avec compensation en température
- Calcul de la concentration à partir de l’indice de réfraction et de la température
- Détection rapide de la dilution et des dérives de concentration
- Surveillance individuelle des circuits CDU critiques
- Réduction des prélèvements manuels et des analyses en laboratoire
- Protection contre des concentrations en glycol trop élevées ou insuffisantes
- Optimisation de l’efficacité du pompage et du transfert thermique
- Soutien aux stratégies de protection contre le gel, la corrosion et le développement biologique
- Intégration directe dans les systèmes de contrôle des centres de données
- Aucun composant de mesure mobile
- Principe de mesure optique robuste
- Amélioration de la stabilité du liquide de refroidissement et de la fiabilité du système
