Réduire de 80 % l'énergie de refroidissement des data centers avec les électrovannes Kick & Drop

Greg Wainhouse, Responsable développement commercial régional – Eau industrielle, Europe du Nord

Dans les data centers à haute densité d'aujourd'hui, le refroidissement direct sur puce par liquide est essentiel pour gérer la chaleur des processeurs haute performance, charges de travail IA et infrastructures cloud. Au cœur de ces systèmes se trouvent des électrovannes à action rapide qui assurent un contrôle précis du débit, prévenant la surchauffe des serveurs et maintenant une disponibilité ininterrompue.

Si elles sont vitales, l'alimentation continue des électrovannes ajoute une demande énergétique et des coûts d'exploitation significatifs. Sur des milliers de serveurs fonctionnant 24/7, même de petits gains d'efficacité des vannes peuvent générer des économies substantielles et améliorer la durabilité.

La technologie de bobine Kick & Drop répond à ce défi. En utilisant un « coup de pied » haute puissance pour actionner la vanne et une phase de « maintien » à basse énergie pour la tenir en position, le système peut réduire la consommation d'énergie des vannes jusqu'à 80 %, aidant les opérateurs à atteindre leurs cibles d'efficacité et réduire leur empreinte carbone.

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Greg Wainhouse explique :

L'importance croissante d'un refroidissement efficace des data centers

Une gestion thermique efficace est la colonne vertébrale d'opérations fiables de data center. Sans refroidissement précis, les serveurs peuvent surchauffer, dégrader les performances, raccourcir la durée de vie des équipements et augmenter le risque d'arrêt.

Le refroidissement direct sur puce est devenu la méthode privilégiée pour de nombreuses installations modernes. Dans cette approche, la chaleur générée par les puces des serveurs est transférée directement dans des plaques froides montées sur chaque processeur. Un mélange eau-glycol circule dans ces plaques, évacuant la chaleur par convection forcée.

Le fluide caloporteur chauffé traverse ensuite un collecteur vers un groupe froid ou un échangeur thermique où il est refroidi avant de retourner aux plaques froides pour le cycle suivant.

Maintenir un débit de fluide adéquat est critique. Les électrovannes sont privilégiées car elles offrent la réponse rapide nécessaire pour s'adapter aux demandes constamment changeantes des CPU, qui peuvent passer de veille à charge maximale en quelques millisecondes. Leur commande électrique permet des réponses automatiques aux signaux des capteurs de température, et leur design compact s'intègre dans l'espace confiné des collecteurs de plaques froides.

Comprendre le défi énergétique

Dans un serveur d'entreprise typique, il peut y avoir un ou deux CPU par carte mère et jusqu'à huit GPU, chacun nécessitant un refroidissement dédié. Les systèmes plus avancés peuvent contenir des douzaines de processeurs, chacun avec sa propre plaque froide et arrangement de vannes.

Multiplié sur des centaines de serveurs dans un rack et des milliers dans une installation, le nombre de vannes devient substantiel, faisant de leur consommation d'énergie un facteur clé des dépenses opérationnelles et de la performance de durabilité.

Les électrovannes traditionnelles utilisent une seule bobine qui génère un champ magnétique continu, déplaçant la vanne en position et la maintenant là. Pour maintenir la position, la vanne doit continuellement contrer le ressort de rappel et la pression du fluide, la maintenant alimentée en permanence.

Comment fonctionne la technologie Kick & Drop

La technologie Kick & Drop de Bürkert élimine cette inefficacité avec un design de bobine plus intelligent qui peut réduire la demande énergétique jusqu'à 80 % par vanne.

Le système utilise deux enroulements de bobine encapsulés dans une seule bobine époxy, alimentés en série. Au lieu d'une puissance constante, il délivre un « coup de pied » haute tension pour déplacer rapidement la vanne en position — la phase d'actionnement. Cela se produit en environ 500 ms, assez rapide pour suivre les changements de température rapides.

Une fois positionnée, le second enroulement initie la phase de « maintien », tenant le plongeur avec une tension significativement plus basse et bien moins d'énergie. L'enroulement d'appel sur-excité génère une puissance de démarrage très élevée, utilisant environ 85 % de l'énergie pour déplacer le plongeur rapidement, et seulement 15 % pour maintenir la vanne ouverte.

Cette sur-excitation fournit aussi jusqu'à 200 % de puissance d'activation en plus que les designs conventionnels, permettant des pressions de service plus élevées.

Pour les data centers qui fonctionnent en continu, les économies cumulées sont substantielles. Sur de grandes installations avec des centaines ou milliers de vannes, réduire la consommation d'énergie jusqu'à 80 % peut notablement réduire les coûts d'exploitation et les émissions de carbone.

Bürkert propose un calculateur d'énergie et CO₂ Kick & Drop pour estimer le potentiel d'économies d'énergie et de réduction carbone.

Durabilité et performance thermique améliorées

Au-delà des économies d'énergie, la technologie Kick & Drop améliore la durabilité — un facteur critique dans le refroidissement critique.

Une demande énergétique plus faible réduit la génération de chaleur, améliorant la gestion thermique dans l'ensemble de l'assemblage de la vanne. Le chauffage du fluide est limité, et la température maximale atteignable est plafonnée à 55 °C, atténuant les risques d'entartrage dans les systèmes utilisant de l'eau purifiée.

Les températures de service réduites diminuent aussi le stress thermique sur les composants clés, prolongeant la durée de vie, réduisant la maintenance et minimisant les pannes liées à la surchauffe.

Comparaison Kick & Drop vs contrôle proportionnel

La modulation de largeur d'impulsion (PWM) est une méthode alternative qui commute les électrovannes marche/arrêt pour contrôler le courant moyen. Bien que le PWM puisse réduire la consommation d'énergie par rapport aux vannes alimentées en continu, il introduit du matériel additionnel, de la complexité, des vibrations et du bruit audible — des facteurs qui peuvent compromettre la fiabilité à long terme et le confort au travail.

En contraste, Kick & Drop maintient simplicité et robustesse, offrant une réponse rapide sans les inconvénients de la commutation rapide.

Solutions de collecteurs intégrés pour le refroidissement direct sur puce

Les vannes ne sont qu'une partie du tableau de refroidissement. L'intégration du collecteur impacte significativement la performance.

L'équipe d'ingénierie de Bürkert conçoit des collecteurs sur mesure qui s'intègrent directement aux plaques froides et à l'infrastructure de refroidissement, offrant une empreinte compacte et un ajustement précis. Les solutions intégrées rationalisent le développement produit, réduisent la complexité du projet et accélèrent le déploiement en travaillant avec un fournisseur unique pour vannes et collecteurs.

Soutenir l'avenir des data centers haute performance

Le marché mondial des data centers s'étend rapidement, porté par l'IA, le cloud computing, le HPC et la demande numérique croissante. Alors que les densités de processeurs augmentent et que les charges de travail deviennent plus exigeantes, une gestion thermique efficace devient de plus en plus critique.

Le refroidissement direct sur puce jouera un rôle central pour répondre à ces besoins, fournissant l'évacuation de chaleur précise requise pour l'infrastructure de nouvelle génération. La technologie d'électrovanne reste essentielle, offrant un contrôle de débit rapide et automatisé qui protège les processeurs de haute valeur des fluctuations de charge rapides.

Les opérateurs font face à une pression croissante pour réduire la consommation d'énergie et atteindre les cibles de durabilité. Améliorer l'efficacité de chaque composant dans la boucle de refroidissement est donc primordial. La technologie Kick & Drop offre la vitesse, la faible consommation d'énergie et la durabilité nécessaires pour des opérations de data center fiables et écologiquement responsables.

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