Réduisez l'énergie de refroidissement du centre de données de 80 % grâce aux électrovannes Kick &Drop

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

Dans les centres de données haute densité d’aujourd’hui, le refroidissement liquide directement sur puce est essentiel pour gérer la chaleur des processeurs hautes performances, des charges de travail d’IA et de l’infrastructure cloud. Au cœur de ces systèmes se trouvent des électrovannes à action rapide qui assurent un contrôle précis du flux, empêchant la surchauffe du serveur et maintenant une disponibilité ininterrompue.

Bien que vitale, l’alimentation continue des électrovannes ajoute une demande d’énergie et des coûts d’exploitation importants. Sur des milliers de serveurs fonctionnant 24h/24 et 7j/7, même de petits gains d'efficacité des vannes peuvent générer des économies substantielles et améliorer la durabilité.

La technologie des bobines Kick &Drop répond à ce défi. En utilisant un « coup de pied » haute puissance pour actionner la vanne et une phase de « chute » à faible consommation d'énergie pour la maintenir en position, le système peut réduire la consommation électrique de la vanne jusqu'à 80 %, aidant ainsi les opérateurs à atteindre leurs objectifs d'efficacité et à réduire leur empreinte carbone.

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Greg Wainhouse explique :

L'importance croissante d'un refroidissement efficace des centres de données

Une gestion thermique efficace est la base d’opérations fiables dans les centres de données. Sans refroidissement précis, les serveurs peuvent surchauffer, dégrader les performances, raccourcir la durée de vie des équipements et augmenter le risque d'indisponibilité.

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

Le liquide de refroidissement chauffé circule ensuite à travers un collecteur vers un refroidisseur ou un échangeur de chaleur où il est refroidi avant de retourner aux plaques froides pour le cycle suivant.

Il est essentiel de maintenir un débit de liquide de refroidissement adéquat. Les électrovannes sont privilégiées car elles fournissent la réponse rapide nécessaire pour répondre aux demandes en constante évolution des processeurs, qui peuvent passer du mode inactif à la pleine charge en quelques millisecondes. Leur commande électrique permet des réponses automatiques aux signaux des capteurs de température, et leur conception compacte s'intègre dans l'espace confiné des collecteurs à plaques froides.

Comprendre le défi énergétique

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

Lorsqu'il est multiplié sur des centaines de serveurs dans un rack et sur des milliers dans une installation, le nombre de vannes devient substantiel, faisant de leur consommation d'énergie un facteur clé des dépenses opérationnelles et des performances en matière 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 sa position, la vanne doit continuellement contrecarrer le ressort de rappel et la pression du fluide, en la maintenant sous tension 24 heures sur 24.

Fonctionnement de la technologie Kick &Drop

La technologie Kick &Drop de Bürkert élimine cette inefficacité grâce à une conception de bobine plus intelligente qui peut réduire la demande d'énergie 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, suffisamment rapidement pour suivre le rythme des changements rapides de température.

Une fois positionné, le deuxième enroulement initie la phase de « chute », maintenant le piston avec une tension nettement inférieure et beaucoup moins d'énergie. L'enroulement d'appel surexcité génère une puissance de démarrage très élevée, utilisant environ 85 % de l'énergie pour déplacer rapidement le piston, et seulement environ 15 % pour maintenir la vanne ouverte.

Cette surexcitation fournit également jusqu'à 200 % de puissance d'activation en plus que les conceptions conventionnelles, permettant des pressions de fonctionnement plus élevées.

Pour les centres de données fonctionnant en continu, les économies cumulées sont substantielles. Dans les grandes installations comportant des centaines ou des milliers de vannes, une réduction de la consommation d'énergie jusqu'à 80 % peut réduire sensiblement les coûts d'exploitation et les émissions de carbone.

Bürkert propose un calculateur d'énergie et de CO₂ Kick &Drop pour estimer à la fois les économies d'énergie et le potentiel de réduction des émissions de carbone.

Durabilité et performances thermiques améliorées

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

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

Les températures de fonctionnement réduites réduisent également les contraintes thermiques sur les composants clés, prolongeant la durée de vie, réduisant la maintenance et minimisant les pannes liées à la surchauffe.

Comparaison du Kick &Drop avec le contrôle proportionnel

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

En revanche, Kick &Drop conserve simplicité et robustesse, offrant une réponse rapide sans les inconvénients d'une commutation rapide.

Solutions de collecteur intégrées pour le refroidissement direct des puces

Les vannes ne représentent qu’une partie du système de refroidissement. L'intégration du collecteur a un impact significatif sur les performances.

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 un encombrement compact et un ajustement précis. Les solutions intégrées rationalisent le développement de produits, réduisent la complexité des projets et accélèrent le déploiement lorsque vous travaillez avec un seul fournisseur de vannes et de collecteurs.

Supporter l'avenir des centres de données hautes performances

Le marché mondial des centres de données connaît une croissance rapide, portée par l’IA, le cloud computing, le HPC et la demande numérique croissante. À mesure que la densité des processeurs augmente 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, en fournissant l’évacuation précise de la chaleur requise pour les infrastructures de nouvelle génération. La technologie des électrovannes reste essentielle, offrant un contrôle de débit rapide et automatisé qui protège les processeurs de grande valeur contre les fluctuations rapides de charge.

Les opérateurs sont confrontés à une pression croissante pour réduire leur consommation d’énergie et atteindre leurs objectifs en matière de développement durable. Il est donc primordial d’améliorer l’efficacité de chaque composant de la boucle de refroidissement. La technologie Kick &Drop offre la vitesse, la faible consommation d'énergie et la durabilité nécessaires pour des opérations de centre de données fiables et respectueuses de l'environnement.

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