Brevet FR2600148A1 — publié le 19871218

Procédé Pour la climatisation d'ordinateurs. La présente invention appartient au domaine de la climatisation et le procedé qu'elle décrit consiste à climatiser des salles d'ordinateurs en différenciant, du point de vue du contrôle et du traitement de l'airs les atmosphères de la salle proprement dite et du faux plancher. La climatisation de salles d'ordinateurs est une spécialité dans le domaine de la climatisation et les équipements utilisés a cet effet sont très spécialisés ils sont d'une conception et d'une construction très soignées et ils possedent des dispositifs de réglage et de contrôle généralement sophistiqués, complexes et coú- teux. Cependant, aucun des équipements fabriqués jusqu'ici dans le monde n'a resolu la contradiction implicite dans les limites exigées pour les conditions de l'air aux points fondamentaux du local, a savoir : la salle proprement dite et le faux plancher. Les ordinateurs modernes ont besoin que la chaleur produite par leurs circuits soit évacuée de façon efficace, raison pour laquelle ils utilisent l'air fourni directement par le climatiseur au faux plancher. Ce même air est fourni à la salle au moyen de grilles placees en différents points de celle-ci. Le principe de distribution d'air utilisé actuellement dans tous les centres de calcul est lé suivant. Le climatiseur filtre, refroidit, déshumidifie et mélange l'air pris dans la salle, par sa partie supérieure, et l'injecte dans le faux plancher, lequel agit comme une chambre de récupération statique. De la, l'air passe à l'ordinateur et à ses périphériques a travers des orifices ouvertes dans les dalles du faux plancher.En sortant de l'ordinateur et de ses périphériques, il se mélange avec l'air de la salle et avec l'air qui a été fourni à celle-ci au moyen des grilles d'alimentation. Cet air se mélange ensuite avec l'air apporte de l'extérieur dans un but d'hygiène et arrive de nouveau au climatiseur pour être traité encore une fois. Les conditions exigées pour l'air dans la salle et dans le faux plancher sont généralement celles indiquees dans le tableau suivant Humidité relative Humidité relative Lieu Température Moyenne Limite Salle 22 + 2-C 55 + 5% > 40 % Salle 22 + 2'C 55 ± 5% > 40 % Faux plancher 14 - 18'C 65 + 5% 4 70 % Cette différence dans les conditions exigées découle du fait que l'ordinateur prend l'air pour son refroidissement directement du faux plancher, alors que les composants extérieurs de l'ordinateur et de ses périphériques (bandes et disques principalement), ainsi que le personnel travaillant sur la machine, sont exposes à l'atmosphère de la salle. On voit ainsi comment les exigences concernant les conditions sont différentes pour les deux atmosphares, y compris les limites des paramétres humiditétempérature. Dans le faux plancher, il faut que la température soit relativement baisse, entre les limites de + 14'C et + 18'C, pour obtenir une extraction efficace de chaleur de l'ordinateur, empêchant ainsi l'échauffement de ses circuits, alors que l'humidité relative devra être toujours maintenue, que l'ordinateur travaille ou non, à un niveau inférieur ou egal à 70 8, ce qui permet de maintenir une marge de sécurité de 10 te par rapport à la limite dangereuse (80 s) à partir de laquelle peut commencer à se produire le déplacement moléculaire des métaux primaires (or et argent) utilisés dans les microsoudures eutectiques des circuits intégrés avec la modification de leurs caractéristiques qui en decoule du fait qu'ils présentent des points de résistance supplémentaires dans les soudures. D'autre part, les conditions exigées dans la salle sont différentes puisque la température doit étre de 22'C + 2'C, cette température concernant essentiellement le confort humain et garantissant la stabilité thermique du local ; elle peut être même plus élevée sans dommage pour l'ordinateur, à l'exception de quelques composants périphériques qui ne sont pas refroidis avec de l'air du faux plancher, tels que les "displays-. Dans la salle, l'humidité relative présente également une limite dangereuse, mais inversement à celle du faux plancher, car le danger pour la salle réside dans une humidité relative basse, dont la limite inférieure est 40 %. au-dessous de cette valeur, il peut se créer de fortes charges statiques dans les bandes et les disques, ainsi que dans d'autres composants dynamiques de l'ordinateur et de ses périphériques, ce qui entrainerait le risque de destruction partielle de l'information stockée. L'humidité relative considérée comme normale pour l'atmosphère de la salle est de 55 % + 5 %. Le système de climatisation doit donc être capable de garantir des limites opposées concernant l'humidité relative pour l'ordinateur (dont l'atmosphère interne depend de l'air dans le faux plancher) et pour la salle. Dans tous les procédés connus jusqu'à présent, il existe un élément commun : du point de vue du con tôle, une des deux atmosphères est subordonnée à l'autre. Autrement dit, si le contrôle est effectué par l'atmosphère de la salle, l'atmosphère du faux plancher sera le résultat du processus de traitement de l'air et le fait que son humidité relative soit inférieure à 70 % dépendra des conditions de charge thermique, du gradient hygrométrique de l'air extérieur utilisé dans des buts de ventilation et de la proportion de mélange d'air de retour avec l'air refroidi et réchauffé. En revanche, si ce contrôle est effectué par le faux plancher, c'est l'atmosphère de la salle qui sera le résultat des processus d'échange de chaleur et de traitement de l'air. La plus grande partie des fabricants d'équipements de ce type utilisent le système de controle par la salle, l'atmosphère du faux plancher étant subordonnée aux conditions de travail de la salle et à l'efficacité des processus de mélange et de chauffage de l'air. Le procédé le plus proche de celui que nous sommes en train de décrire est le procédé de la firme française SAGEM (non breveté), lequel, tout en assurant le contrôle du processus de traitement de l'air par l'atmosphère de la salle, possède un systéme "limiteur" placé dans le faux plancher qui, si les limites établies d'humidité ou de température dans le faux plancher sont franchies, prend la commande du processus jusqu'au rétablissement des conditions normales prévues. Pendant cette periode, l'atmosphère de la salle est subordonnée à l'atmosphère du faux plancher, Cela a une grande importance, surtout dans les endroits où l'atmosphère extérieure est variable et tend à présenter des humidités relatives élevées, comme c'est le cas dans les regions tropicales du globe. Il faut tenir compte du fait que, bien que les deux atmosphères (salle et faux plancher) aient des buts technologiques, l'ordinateur et ses circuits restent exposés directement à l'atmosphère du faux plancher. L'invention sera mieux comprise grâce aux figures 1, 2, 3 décrites ci-après, à titre d'exemples qui ne sont pas limitatifs. on donne ci-après la signification des références et des symboles utilisés sur les dessins et les diagrammes de traitement. 1. Climatiseur. 2. Unité de contrôle du climatiseur. 3. Thermostat de contrôle (dans le faux plancher). 4. Thermostat limiteur (sur le retour ou dans la salle). 5. Humidistat de contrôle (dans le faux plancher). Contrôle par maximum. 6. Mélangeur. 7. Unité de contrôle du mélangeur. 8. Thermostat proportionnel de contrôle du mélangeur (sur le retour ou dans la salle). 9. Humidistat de contrôle du mélangeur (sur le retour ou dans la salle). Contrôle par minimum. 10. Humidificateur. 11. Ordinateur. 12. peripheriques de l'ordinateur. 13. Grilles de fourniture d'air à la salle. 14. Filtres de fourniture d'air à la salle. 15. Evaporateur du climatiseur. 16. Batterie de chaufffage du climatiseur. 17. Ventilateurs centrifuges. 18. Vanne de déviation-d'air. 19. Vanne de contrôle du mélange-dans le mélangeur. 20. Conduite d'entrée d'air extérieur. a) Condition de l'air à l'extérieur. b) Condition de l'air dans le retour. c) Condition de l'air après être passé par l'évapora teur. d) Condition de l'air après avoir été réchauffé. e) Condition de l'air mélangé avec l'air dévié en condi tion de retour. e1 -e3) Condition de l'air humidifié. f) Condition de l'air dans la salle. f - fn) Condition de l'air à la sortie de l'ordinateur et de ses périphériques. t) Température d'ampoule sèche de l'air. i) Enthalpie de l'air. x) Humidité absolue de l'air. HR) Humidité relative de l'air. Dans les procédés employés jusqu'à présent, le processus psychrométrique se déroule de la manière décrite sur les figures 1 et 2 : l'air arriv.e au climatiseur 1 dans la condition "b", après mélange de l'air de retour "f" de la salle avec l'air extérieur "a" utilisé à des fins de ventilation. Une partie de cet air (généralement 0 à 70 ) passe par la batterie de refroidissement ou évaporateur 15 et sort de celle-ci dans la condition "c", très pres de la courbe de saturation, bien que déshumidifié, la teneur en eau passant de "xb" à "xc".Par suite de la réduction de la température de "tb" à "tc", les possibilités de l'air pour contenir de la vapeur d'eau se reduisent, de sorte que l'humidité relative résultant du processus d'échange de chaleur et de masse entre l'air et la surface humide du serpentin de refroidissement s'élève (plus de 95 % en rapport avec l'efficacité de la batterie), de sorte qu'il devient necessaire de la reduire avant de fournir l'air au faux plancher. Dans ce but, l'air est réchauffé au moyen d'une batterie de chauffage 16 en lui rendant ainsi une partie de la chaleur qu'on lui avait extraite dans la batterie de refroidissement. De cette manière, la masse d'air passe de la température "tc" à la température "td" et de l'enthalpie "zc" à l'enthalpie "zd". Durant cette phase, la capacité effective du climatiseur est réduite, car la différence d'enthalpies du processus ne sera pas donnée par (ibic), mais par (ib-id). Avec le chauffage, l'air peut être porté à l'humidité relative désirée avant de l'envoyer au faux plancher, mais la perte de capacité, representée par l'augmentation d'enthalpies, rend très difficile d'obtenir l'humidité relative adéquate en utilisant seulement le chauffage. Pour cette raison, l'air refroidi, déshumidifié et réchauffé est mélangé avec l'autre partie de l'air de retour qui n'a pas été traitée (30 à 40 %).Le mélange obtenu avec "b" et "d" donne la condition de l'air fourni au faux plancher "e", à la température "te", humidité relative "HRe", teneur en vapeur d'eau "xe" et enthalpie "ie" correspondantes. Bien que "ie" soit supérieur a "zd", cela ne signifie pas une réduction de capacité pour l'équipement, car, comme c'est le résultat d'un mélange avec l'air de retour de la salle, il s'agit dans la pratique d'une extraction de chaleur de cette salle semblable à celle qui se produirait Si l'air dans la condition "d" était fourni directement à la salle.L'air passe au faux plancher dans la condition "e" et de là il passe à l'ordinateur 11 et a ses periphériques 12, d'où il sort dans les conditions f1, f2, f3... fn, lesquelles dépendent de la charge sensible apportée par chaque équipement et de la masse d'air du faux plancher fournie à chacun. l'air du faux plancher est fourni directement au local au moyen des grilles 13 placées dans celui-là, et, comme resultat des processus de mélange (qui se produisent dans la salle elle-meme) des masses d'air dans les conditions de sortie de l'ordinateur et de ses périphériques et du résultat final de l'extraction de chaleur du local, on obtient la condition moyenne "f", qui est celle essentiellement utilisée comme point d'"échantillon" pour les senseurs des contrôleurs d'humidité relative et de température. il peut arriver que, comme résultat du processus d'extraction de chaleur et de masse de l'air, ainsi que du bilan entre celui-ci et les apports de chaleurs sensible et latente, aussi bien internes qu'externes, il se produise une réduction du gradient hygrométrique du local et qu'il soit nécessaire de l'humidifier.Dans ce cas, quand le senseur d'humidité relative détecte une déviation au-dessous de son point de réglage, on com- mence à humidifier non la masse d'aïs qui passe par la batterie de refroidissement 15, mais celle qui passe par la vanne de déviation 18, ou le mélange qui est déjà passé par la batterie de refroidissement 15 et celle de chauffage 16, de sorte que la condition de l'air une fois refroidi, déshumidifié, réchauffé et humidifié de nouveau sera "dl" et, en le mélangeant avec l'air de retour, on aura la nouvelle condition "e1" pour l'air à fournir. le gain d'enthalpies (ie1-ie) représente une perte de capacité, car la différence d'enthalpies effectives devient maintenant (ib-ie1) et l'augmentation de l'humidité relative de la salle implique une augmentation préalable du gradient hygrometrique de l'air dans le faux plancher. On peut constater que la condition "e" de fourniture de l'air au faux plancher est le résultat des processus "b-c", "c-d" et "d-e", à partir du contrôle effectué sur la condition "f", et que, par conséquent, la condition "e" sera variable dans la mesure où il serait nécessaire de la modifier pour maintenir la condition bof". Dans le cas du système avec limitation dans le faux plancher utilisé par la SAGEM, on a la garantie que si la condition "e" se déplaçait hors des limites de sécurité établies, le contrôle interviendrait pour rétablir la condition normale, indépendamment du fait qu'il se produise quelque glissement dans la condition "f", qui se trouve être technologiquement moins critique. Dans le cas de réalisation du contrôle par le faux plancher, on aura une condition fie" constante pour l'air fourni, car l'échantillon détecté par les contrôleurs correspond précisément à cette condition. Comme la masse d'air en mouvement est constante et sera fournie dans des conditions de température et d'humidité rela tive presque constantes, on obtiendra dans le local une condition "f" hautement variable en fonction de la charge thermique de ce local et on ne parviendra à la condition "f" prévue que lorsque le bilan charge-capacité sera le bilan prévu dans les calculs établis. La tendance sera d'obtenir des températures plutôt basses dans la salle, à condition que le niveau de charge de l'ordinateur, ainsi que des autres charges composant la charge thermique globale, soit inférieur au niveau préétabli.Cela est dû au fait que, l'air étant fourni en volume et en conditions constants, la condition de la salle sera le résultat du bilan de la charge. Sur la figure 3 est représenté le traitement décrit dans le présent memoire et sur les figures 4, 5 et 6 sont représentés les équipements et les éléments de contrôle utilisés pour l'appliquer, ainsi que les condi tions de l'air dans chaque lieu. Ce traitement se différencie du précedent principalement par l'existence d'un equipement additionnel appelé "mélangeur" 6, dans lequel l'air que le climatiseur fournit au faux plancher dans la condition "e" est mélangé de nouveau avec de l'air de retour dans la condition "b", à l'aide d'une vanne 19 actionnée par un servomoteur, lequel est contrôlé par un thermostat proportionnel. Le thermostat détecte la tem perature de la salle dans la condition "f".Cet air mélangé est fourni à la salle dans la condition "e1... en" au moyen des grilles 13 placées sur une canalisation de distribution qui passe, périphériquement, sous le faux plancher. De cette manière, la température de la salle est réglée par un mélange supplémentaire de l'air et elle sera très voisine de la condition linéaire. L'humidité relative de la salle est contrôlée au moyen d'un contrôleur qui agit sur l'humidificateur 10 qui, dans ce cas, se trouve à l'intérieur de l'équipement mélangeur. De cette manière, quand il est nécessaire d'humidifier la salle, l'augmentation de l'humidité absolue a lieu dans la masse d'air qu'on fournit à cette salle sans influer sur la masse d'air qu'on fournit à l'ordinateur. Avant d'arriver au faux plancher, l'air humidifié devra passer par le climatiseur, où il sera déshumidifié de nouveau, si cela est nécessaire, pour maintenir le gradient hygrométrique du faux plancher. Les conditions du faux plancher sont contrôlées directement dans celui-ci au moyen des senseurs d'humidité relative 5 et de température 3 (figures 5 et 6). De cette manière, aussi bien la température que l'humidité relative de l'air à l'entrée de l'ordinateur seront presque constantes, avec de très faibles oscillations provoquées par les variations de charge et par l'inertie du système de refroidissement, se manifestant par le retard de ce dernier pour agir sur le signal dévié. Pour éviter des variations importantes dans les conditions "f" de la salle quand il se produit des variations de charge thermique, par exemple lorsque l'ordinateur est arrêté, un thermostat limiteur 4 est placé sur le retour du climatiseur ou dans la salle elle-même, thermostat qui ést réglé légèrement au-dessous de la valeur établie pour la température de la salle (température minimale de la salle admissible). Le thermostat limiteur 4 a pour fonction de limiter la capacité du système de refroidissement du climatiseur 1, mettant hors de circuit les motocompresseurs, compte tenu de leur nombre. Le déroulement du processus psychrométrique est illustré par les figures 3 et 4. L'air entre dans le climatiseur dans la condition "b", 60 à 70 % de cet air passant par la batterie de refroidissement 15 et sortant de celle-ci dans la condition "c" ; il est ensuite réchauffé de la température "tc" à la température "td", avec la perte de capacité qui en découle représentée par (ic-id), et se trouve alors dans la condition "d". A ce point, l'air est mélangé avec 30 ou 40 % de l'air de retour qui avait été dévié par la vanne de déviation 18 et il passe à la condition "e", dans laquelle il est fourni au faux plancher. De celui-cir il passe par l'ordinateur 11 et ses périphériques 12 et sort dans les conditions f1, f2, f3... fn, selon le cas. l'équipe- ment mélangeur 6 prend une partie de l'air dans la condition "b" et une partie dans la condition "d" de sortie du climatiseur ; il mélange ces parties et porte le mé- lange à la condition "e1, e2, e3.. en", de façon que cette condition satisfasse le besoin d'extraction de chaleur de la salle sous le contrôle du thermostat proportionnel 8.Si la condition hygrométrique de la salle était basse, l'humidistat 9 mettrait en marche l'humidificateur 10 qui se trouve à l'intérieur de l'équipement mélangeur 6. De cette manière, la condition "e, e1, e2, e3... en" de l'air à fournir à la salle sera plus proche de la condition "d" ou de la condition "b", en rapport avec le bilan charge-capacité.Dans des conditions de très faible charge thermique, quand l'air fourni à l'ordinateur passe par celui-ci sans recevoir de charge, ou en en recevant très peu, et, par conséquent, sort dans une condition très voisine de "d", la température de la salle tendra a baisser par rapport à "tf", raison pour laquelle, dans ce cas, la vanne de contrôle 19 du mélange de l'équipement mélangeur 6 sera déviée de manière que tout l'air déplacé par le ventilateur 17 de l'équipement mélangeur se trouve dans la condition "b". Si la température de la salle continuait de baisser, le thermostat limiteur 4 du climatiseur entrerait alors en fonction pour ajuster la capacité du système à la- charge agissant dans la salle. Comme on peut le constater, le procédé permet de contrôler, avec un haut degré de différenciation, les deux atmosphères : salle et faux plancher, et de sortir ainsi du dilemme dans lequel on a été enfermé jusqu'à présent. Ce procédé garantit les conditions de l'air aussi bien dans le faux plancher que dans la salle indépendamment des conditions extérieures ou de charge interne. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la climatisation de salles d'ordinateurs avec distribution d'air et contrôle d'atmosphères binaires, comprenant : un système de refroidissement appliqué à la climatisation de l'air, composé de filtres d'une haute efficacité pour l'air et de batte ries de refroidissement des des batteries de chauffage des ventilateurs et une vanne de réglage pour le mélange de l'air, lequel est fourni au moyen d'un faux plancher, la température de l'air fourni étant contrôlée dans le faux plancher lui-même ; procédé caractérisé par le fait qu'il comprend un contrôle du couple température-humidité relative de l'air de sortie du climatiseur exercé directement dans le faux plancher à l'aide de senseurs disposés de façon adéquate; avec un thermostat limiteur sur le retour de l'air pour empêcher que la temperature de la salle descende excessivement pendant les périodes d'arrêt de l'ordinateur et un contrôle du couple tempé- rature-humidité relative de la salle au moyen de senseurs placés directement dans cette salle ou sur le retour de l'air, lesquels agissent sur un équipement mélangeur auxiliaire. 2. Procédé pour la climatisation de salles d'ordinateurs selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend des systèmes indépendants pour le contrôle des conditions de l'atmosphère de la salle et du faux plancher. 3. Procédé pour la climatisation d'ordinateurs selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il utilise un équipement mélangeur auxiliaire qui prend de l'air sur celui qui est fourni par le climatiseur au faux plancher, le mélange avec l'air du retour au moyen d'une vanne actionnée par un dispsitif régulateur et le fournit à la salle, en l'humidifiant si cela est nécessaire au moyen d'un humidificateur faisant partie de l'équipement. 4. Procédé pour la climatisation d'ordinateurs selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'air est fourni de façon indépendant à l'ordinateur et à la salle, en utilisant pour le premier le faux plancher comme chambre de récupération statique et, pour la deuxième, une canalisation qui conduit l'air par le faux plancher et le fournit directement à la salle.