Brevet FR2644228A1 — publié le 19900914

La présente invention a trait au domaine de la climatisation r et concerne plusplus particulièrement une installation dé climatisation pour des locaux à forts apports calorAfiques intérieurs, notamment des salles informatiques. Un système de climatisation pour salle informatique comprend de façon connue une pluralité d'armoires de climatisation réparties dans la salle et comprenant chacune une batterie froide, par exemple à eau condensée , et un ventilateur de recirculation. Les armoires sont coxandées individuellement en tout ou rien én fonction de la texp*tature de l'atmosphère de la salle. L'air à recycler est classiquement prélevé au niveau d'un faux-plafond, tandis que l'air reconditionné est introduit dans la salle à travers un ensemble de grilles prévues dans un faux-plancher. Cet air froid, monte par convection en étant réchauffé de façon déterminée par l'apport calorifique des ordinateurs, cet air réchauffé constituant ce qu'on appellera l'atmosphère de la salle. Par exemple, pour obtenir dans la salle une atmosphère d'une température de l'ordre de 220C et d'une humidité relative de l'ordre de 55% (ces valeurs , à respecter étroitement, étant préconisées par la constructeurs d'informatique), on souffle à travers les grilles de l'air à environ 140, avec une humidité relative appropriée. Enfin une ventilateur auxiliaire, totalement indépendant des armoires de climatisation, est chargé d'introduire dans la salle un débit d'air neuf essentiellement constant, å travers le faux-plafond. Cette technique de climatisation connue, bien qu'ayant fait ses preuves depuis de nombreuses années, est cependant désavantageuse en ce qu'elle fonctionne à plein régime quelle que soit la période de l'année, c'est-à-dire quelles que soient les conditions climatiques extérieures. Plus précis-ément, les forts apports calorifiques intérieurs, dûs aux machines, sont largement prédominants par rapport aux apports extérieurs, si bien que la quantité de chaleur à évacuer est essentiellement constante sur toute l'année. Un second inconvénient de ces systèmes connus réside dans le mode- de commande des diverses armoires de climatisation. Plus précisément, un processus de commande généralement utilisé consiste à mesurer la température de l'atmosphère de la salle et à commander la batterie froide des diverses armoires en tout ou rien par rapport à cette mesure. Par exemple, si la température dans la salle s'abaisse en deçà d'un seuil, on arrête la batterie froide d'une armoire. Àu contraire, si la température s'élève anormalement, on remet en route une batterie froide. L'inconvénient de ce type de régulation réside en ce que la température de l'air introduit dans la salle au niveau du faux-plancher varie de façon sensible en fonction des divers arrêts et remises en route des batteries froides, et ces variations sont indésirables pour les matériels informatiques. En outre, l'espace situé au-dessous du faux-plancher reçoit les sorties des diverses armoires de climatisation, à des températures qui peuvent être différentes (par exemple 220C pour les armoires qui ne refroidissent pas et 140C pour les armoires qui refroidissent). Et dans le cas courant où aucun moyen spécifique n'est prévu pour assurer le mélange de ces différentes sources d'air, il se trouve que la température de l'air introduit varie également largement en fonction de la position des grilles du faux plancher, ce qui est encore indésirable. Un autre inconvénient de la technique connue réside ce que les armoires de climatisation doivent être placées directement dans la salle informatique, ce qui diminue d'autant l'espace disponible pour les ordinateurs et leurs équipements annexes. La présente invention vise à pallier ces inconvénients de la technique antérieure et à proposer une installation de climatisation dont les coûts d'exploitation soient considérablement réduits. Un autre objet de la présente invention est d'assurer une climatisation précise et efficace en introduisant de 1'air' -reconditionnE à une température qui ne varie pratiquement pas, que ce soit dans le temps ou dans l'espace, d'une grille d'entrée d'air à l'autre. Enfin un objet de l'invention est de proposer une installation qui puisse être placée non pas dans la salle des ordinateurs elle-X8se, mais dans des locaux techniques jouxtant cette salle, ce qui laisse un emplacement disponible axiwal pour-les machines informatiques. Plus précisément, la présente invention est basée tout d'abord sur l'idée consistant à exploiter efficacement la capacité que peut avoir l'air extérieur à assurer lui-même un refroidissement, lorsque les conditions climatiques extérieures sont favorables, pour ainsi réduire autant que possible la consommation énergétique des batteries froides. Dans le même temps la présente invention est basée sur la seconde idée, qui consiste à introduire l'air reconditionné dans la salle non pas à débit constant et température variable, comme c'est le cas dans la technique antérieure, mais au contraire à débit variable et température constante. Les XquiPements informatiques fonctionneront ainsi dans des conditions beaucoup plus favorables. A cet effet, la présente invention concerne une installation de climatisation pour une enceinte à forts apports calorifiques intérieurs, et notamment un centre informatique contenant dans une ou plusieurs salles un ou plusieurs ordinateurs, caractérisée en ce qu'elle comprend en combinaison des moyens pour effectuer un mélange entre de l'air repris de la salle et de l'air neuf, des moyens de refroidissement sélectif reliés à la sortie desdits moyens mélangeurs, des moyens de soufflage à débit variable reliés à la sortie des moyens de refroidissement pour introduire dans la salle de l'air à température et hygrométrie déterminées, correspondant à une enthalpie donnée, des moyens de commande et de régulation sensibles à l'enthalpie de l'air neuf et à l'enthalpie de l'air repris, ainsi qu'à la température dans la salle, -pour d'une part commander les moyens mélangeurs afin d'obtenir un mélange dont l'enthalpie soit la plus proche possible de ladite enthalpie donnée, et pour d'autre part commander le débit de soufflage en fonction de la température dans la salle. Des aspects préférés de l'installation de l'invention sont les suivants - elle comprend en outre des moyens d'humidification en liaison avec les moyens de refroidissement. - elle comprend en outre des moyens d'aspiration pour reprendre l'air de la salle. - les moyens de mélange comprennent un mélangeur 6 deux chambres et trois registres. - les moyens de refroidissement comprennent une batterie froide à échangeur air/eau. - les moyens d'humidification - comprennent un humidificateur à ultrasons - les .moyens de commande et de régulation agissent pour - engendrer un mélange à proportion très dominante d'air repris dans le cas où l'enthalpie de l'air neuf est supérieure à celle de l'air repris, ou - engendrer un mélange à proportion très dominante d'air neuf dans le cas où ltenthalpie de l'air neuf est comprise entre l'enthalpie donnée et l'enthalpie de l'air repris, ou - engendrer un mélange dont l'enthalpie soit sensiblement égale à l'enthalpie donnée dans le cas où l'enthalpie de l'air neuf est inférieure à ladite enthalpie donnée. - la salle comprend un faux-plancher comportant des grilles d'introduction d'air et un faux-plafond comportant des ouvertures de reprise d'air, des volumes d'entrée et de sortie d'air étant définis respectivement au-dessous du faus-plancher et åu-d4ssus du faux-plafond. Dans ce cas, le débit de soufflage peut être commandé par actionnement de registres incorporés auxdites grilles. - l''installation est prévue sous forme d'armoire dans un local technique jouxtant ladite salle. D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaitront mieux à la lecture de la description détaillée suivante d informez de réalisation préférée de celleci, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence au dessinAannexé, sur lequel la figure 1 est une vue en coupe verticale schématique d'une salle informatique équipée d'une installation de climatisation conforme à l'invention, la figure a 'est une vue schématique d'une partie de l'installation de climatisation, la figure 3 est une vue schématique d'une variante de la partie de l'installation de la figure 2, et les figures 4 à 6 sont des diagrammes température/ hygrométrie illustrant le fonctionnement de l'installation de l'invention dans trois hypothèses différentes. On indiquera tout d'abord que, d'une figure à l'autre, des éIéments ou parties identiques ou similaires sont désignés par les mêmes numéros de référence. En référence tout d'abord à la figure 1, on y a représenté un centre informatique comprenant une enceinte 10, ici de forme essentiellement parallélépipédique, délimitant une salle Il à climatiser (il peut s'agir de plusieurs salles), ainsi qu'un local technique pila. Un ensemble de machines 12 telles que des ordinateurs, reposent sur un faux plancher 14. Ce dernier comprend, régulièrement réparties à sa surface, des grilles 16 à travers lesquelles de l'air peut être introduit dans la salle (flèches F1), en ayant des caractéristiques de température et d'humidité propres à assurer un environnement de travail correct pour les ordinateurs. Typiquement, les constructeurs d'informatique imposent une température de l'air de l'ordre de 220C et une hygrométrie relative de l'ordre de 55%, ces valeurs devant être respectées à +5%. A cet effet, le volume Ve délimité par le fauxplancher 14 et la base lOa de l'enceinte est alimenté en air de façon appropriée (flèche F2), comme on va le voir en détail plus loin. La salle 11 comprend en outre un faux-plafond 18 qui comporte également un certain nombre de grilles 20 ou autres passages de reprise d'air (flèches F3), et le faux-plafond 18 définit avec le plafond lOb de l'enceinte 10 un autre volume Vs à partir duquel l'air, après que les ordinateurs lui aient cédé une partie de leur chaleur, est repris (flèche F4) comme on le verra plus loin. Conformément à la présente invention, l'installati de climatisation comprend une ou plusieurs armoires 100 situées dans le local technique ila et destinées à introduire au niveau du faux plancher 14 de l'air ayant les conditions requises pour maintenir l'atmosphère de la salle 11 aux conditions de température et d'humidité préconisées. Tout d'abord, l'armoire 100 est alimentée en air recyclé provenant de l'espace Vs par une première gaine 102, ainsi qu'en air extérieur par l'intermédiaire d'une seconde gaine 104, dont l'entrée est située à l'air libre, à l'extérieur du bâtiment 10. Une troisième gaine 106 relie la sortie de l'armoire 100 à l'espace Ve au-dessous du faux plancher. Comme on va le voir en détail plus loin, l'armoire 100 comprend des moyens pour mesurer l'enthalpie de l'air extérieur et de l'air recyclé, et pour utiliser, selon les valeurs mesurées, soit une proportion dominante d'air recyclé, soit une proportion dominante d'air extérieur, soit encore un mélange. bien déterminé d'air recyclé et d'air extérieur. Selon un second aspect essentiel de l'invention, l'armoire 100 est capable, en fonction de la température de l'atmosphère de la salle, de faire varier le débit d'air introduit par les grilles 16, et ceci sans faire varier sa température. Maintenant en référence à la figure 2, une armoire 100 conforme à la présente invention comprend un premier ventilateur 110, aspirant l'air contenu dans le volume de reprise Vs, et dont la sortie est reliée à un dispositif de mélange schéatiquerent indiqué en 120. Le dispositif de mélange peut par exemple consister en un mélangeur à trois registres, comprenant une première chambre 121. recevant l'air du ventilateur 100. La chambre 121 communique avec l'extérieur par l'intermédiaire d'un premier registre 122 et avec une seconde chambre 123 par l'intermédiaire d'un second registre 124. Un troisième registre 125 constitue une entre d'air extérieur ou air neuf vers la seconde chambre 123. La sortie du mélangeur 120, au niveau de la seconde chambre 123, - est dirigée vers une batterie froide 130, de conception classique, qui est apte à assurer un refroidissement de l'air par l'intermédiaire d'un serpentin 131 alimenté -de façon appropriée en eau refroidie. Par souci'de simplification, on n'a pas représenté le circuit d'eau de refroidissemènt dans son ensemble. Il est de type classique, à détente directe ou à condensation. La sortie de la batterie froide 130 est reliée à un dispositif d'humidification 140, par exemple un humidificateur à ultrasons de type classique qui ne sera pas décrit en détail. Par ailleurs, l'armoire comprend un second ventilateur 150 pour le soufflage à débit déterminé de l'air traité vers le volume Ve figure 1). L'armoire 100 comprend enfin un dispositif de commande et de régulation'160 qui reçoit les signaux de deux capteurs, schématiquement indiqués en 161 et 162, ces signaux étant représentatifs de l'enthalpie (ou chaleur totale) Io de l'air extérieur et de l'enthalpie Is de l'air prélevé dans la salle 11. Le dispositif 160 commande le fonctionnement des trois registres 122, 124 et 125, des deux ventilateurs 110 et 150, de la batterie froide 130 (en particulier de la température de l'eau de refroidissement) et de l'humidificateur 140. Optionnellement, on peut également prévoir un capteur pour déterminer les valeurs de température et d'humidité de l'air traité introduit dans la salle, pour un contrôle asservi plus fin des diverses parties. On a illustré sur la figure 3 une variante de réalisation de l'armoire. On y trouve de la même manière que précédemment le ventilateur de soufflage 150, l'humidificateur 140,la batterie froide 130. La différence réside en ce que l'air recyclé (flèche F4) est appliqué d'une part à l'entrée d'une chambre de mélange unique 123 via un registre 124, et une proportion déterminée de cet air est extraite vers l'extérieur à l'aide d'un ventilateur d'extraction 115, via une gaine 116. La chambre de mélange 123 est ici encore alimentée en air extérieur par un registre 125. On va décrire ci-dessous le fonctionnement général de l'installation de climatisation selon l'invention, en référence aux figures-1 et 2. Le dispositif de commande et de régulation 160, à intervalles réguliers, compare l'enthalpie Io de l'air extérieur d'une part avec celle de l'air recyclé Is, et d'autre part avec une valeur prédéterminée et mémorisée représentative de l'enthalpie Ie que doit avoir l'air traité réintroduit dans la salle. Trois cas de figure peuvent se présenter. a) Si Io est supérieure à Is, alors il est, sur le plan énergétique, plus intéressant de traiter l'air recyclé que l'air neuf pour obtenir l'air conditionné à réintroduire dans la salle. Cela étant, il s'avère en général nécessaire d'assurer un débit minimal d'air neuf. Dans ce cas, le registre 124 est ouvert au maximum tandis que le registre 122 et le registre 125 sont dans une position minimale, proche de la fermeture. La batterie froide 130 refroidit donc un mélange d'air comprenant une proportion très prédominante d'air recyclé. Dans ce cas, l'humificateur 140 est en pratique hors de fonctionnement puisque pratiquement aucune eau n'est extraite du circuit d'air. b) Si Io est comprise entre Ie et Is, alors c'est l'air extérieur qui nécessite l'apport énergétique minimal pour êtrp amené aux conditions requises. Dans ce cas, les registres 122 et 125 sont ouverts au maximum, tandis que le registre 123 èst entièrement fermé. La batterie froide 130 et l'humidificateur 140 agissent en combinaison, sous le contrôle du dispositif 160, pour amener l'air neuf jusqu'aux conditions requisea. Il peut s'agir soit d'un befroidissement non condensant suivi le cas échéant ,d'une humidification, soit encore d'un refroidissement condensant lorsque l'air extérieur est excessiverent chargé en humidité. c) ai. Io est inférieure à Ie, alors le dispositif mélangeur 120 est côflandé de manière à établir un mélange dans des proportions données de l'air recyclé et de l'air neuf, de telle sorte que l'enthalpie du mélange soit sensiblement égale à l'enthalpie Ie correspondant aux conditions requises en sortie de l'armoire. La batterie froide est alors complètement arrêtée, et seul l'humidificateur 140 est le cas échéant mis en service pour assurer une humidification adiabatique du mélange. C'est bien entendu dans ce cas que les économies d'énergie les plus substntielles sont obtenues. Dans le même temps, le dispositif 160 effectue une régulation de débit, de manière à maintenir essentiellement constantes les conditions de l'atmosphère dans la salle 11. Plus précisément, -la température dans la salle 11 étant mesurée, le dispositif 160 est capable de commander le débit des ventilateurs 110 et 150, en modifiant le cas échéant les paramètres de fonctionnement des unités de traitement 130 et 140, pour i) diminuer le débit au niveau des grilles 16 dés que la température dans la salle tend à baisser, et ii) accroitre ce débit dès que la température tend à monter. Ainsi, conformément à l'invention, l'installation de l'invention stadapte en permanence aux variations d'apports de chaleur dans la salle-ll, sensiblement sans modifier les conditions dans lesquelles travaillent les machines. On peut noter que ces variations d'apports seront pour l'essentiel des variations à long terme dues pour l'essentiel aux modifications apportées au parc d'équipement dans la salle 11 (ajout ou retrait d'une machine) ou encore des variations localisées dans le temps (arrêt-de machines poue entretien ou autre). Une variante de réalisation de cette régulation de débit peut consister à équiper les diverses grilles 16 de registres appropriés, commandés à distance-par l'unité 160, et de modifier le débit par actionnement desdits registres. Dans le même temps, le ventilateur 150 sera équipé de moyens appropriés pour adapter sa vitesse de rotation aux conditions de pression régnant en aval. Maintenant en référence aux figures 4 à 6, on va donner ci-dessous trois exemples de fonctionnement de l'installation selon l'invention. Les figures 4 à 6 sont trois diagrammes psychrométriques (température humidité absolue X). Dans les trois cas, on suppose que les conditions requises dans la salle sont une température de 220C et une humidité relative de 50%. Ces conditions sont illustrées par le point A sur les trois diagrammes. On suppose en outre que le débit d'air dans la salle et son échauffement par les machines sont constants dans les trois cas, ce qui permet de déduire les conditions auxquelles l'air doit être introduit au niveau du faux-plancher. En l'espèce, on suppose qu'il faut introduire de l'air à 140C et 82% d'humidité relative (point B). Dans le cas de la figure 4, l'air extérieur est à une température de 100C et présente une humidité relative de 35% (point Cl > . Son enthalpie (droite isoenthalpique D1) est inférieure à celle des conditions recherchées (droite isoenthalpique DB passant par le point B). Dans ce cas, les moyens de commande et de régulation 160 agissent en fonction de ces données pour former à la sortie du mélangeur 120 un mélaJgedont l'enthalpie est sensiblement égale à l'enthalpie au point B. En l'espèce, un mélange d'environ 68% d'air recyclé à partir de la salle et d'environ 32% d'air neuf, dont les conditions sont celles du point M.Les moyens de commande 160 agissent en outre sur les moyens d'humidification 140 pour amener de façon adiabatique la mélange des conditions du point M aux conditions du point B (déplacement MBsur la droite isoenthalpique DB). Dans ce premier cas de figure, on constate qu'aucun refroidissement n'a à Outre apporté par la batterie froide de l'installation, ce qui conduit à des économies substantielles. Ceci correspond au cas c) mentionné plus haut Dans le cas de la figure 5, les conditions extérieures sont de aOOC et dê 48% d'humidité relative (point C2). L'enthalpie de l'air extérieur (droite isoenthalpique D2) étant inférieure b celle de l'air recyclé à partir de la salle (droite isoenthalpique DAX, on utilise avantageusement dans) ce cas 100* d'air neuf, ou une proportion proche de 100%, afin de minimiser le refroidissement à apporter. L'air issu du mélangeur, constitué pour l'essentiel d'air neuf, est tout d'abord refroidi par la batterie froide dans des conditions non condensantes (passage du point C2 au point E), puis est soumis à une humidification adiabatique dans l'humidificateur (passage isoenthalpique du point E au point B). Ici encore, des économies d'énergie sont obtenues en minimisant, par utilisation au maximum de l'air neuf, l'apport énergétique nécessaire. Cette situation correspond au cas b) décrit plus haut. La figure 6 illustre le cas où l'air extérieur a une température de 300C et une hygrométrie de 27% (point C3). Son enthalpie étant supérieure (droite isoenthalpique D3) à celle de l'air recyclé (droite DA), il est ici intéressant d'utiliser un mélange comprenant le maximum d'air recyclé. Cela étant, un débit minimal d'introduction d'air neuf est requis dans la majorité des cas, si bien que le mélangeur 120 va fournir un air dont les conditions sont celles du point A' proche de A. Cet air est refroidi jusqu'au point B' proche da B, sur la droite isoenthalpique DB, et, selon l'importance de -l'écart entre B' et B et la -précision requise au niveau de l'ambiance dans la salle 11, on jugera utile ou non d'effectuer une humidification adiabatique à l'aide de l'humidificateur 140 pour passer des conditions du point B' à celles du point B. Cette situation a été présentée plus haut sous le paragraphe a). Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée à la forme de réalisation décrite ci-dessus et représentée sur les dessins, mais l'homme de l'art saura y apporter toute variante ou modification conforme à son esprit. En particulier, l'homme de l'art saura remplacer les divers dispositifs décrits concrètement ci-dessus par des dispositifs équivalents. Par ailleurs, l'invention s'applique non seulement à la climatisation de centres informatiques, comme on l'a décrit ci-dessus, mais plus généralement à tout environnement fermé à forts apports calorifiques intérieurs. REVENDICATIONS 1. Installation de climatisation pour une enceinte à forte apports calorifiques intérieurs, et notamment un centre informatique contenant dans une ou plusieurs salles (11) un ou plusieurs ordinateurs (12), caractérisée en ce qu'elle comprend en combinaison des moyens (120) pour effectuer un mélange entre de l'air repris de la salle et de l'air neuf, des moyens de refroidissement sélectif (130) reliés à la sortie desdits moyens mélangeurs, des doyens de soufflage (150) à. débit variable reliés à la sortie des moyens de refroidissement pour introduire dans la salle de itair à température et hygrométrie déterminées, correspondant à une enthalpie donnée (Ie), des moyens de commande et de régulation (160) sensibles à l'enthalpie (Io) de l'air neuf et à l'enthalpie (Is) de lSair repris, ainsi qu'à la température dans la salle, pour d'une part commander les moyens mélangeurs afin d'obtenir un mélange dont l'enthalpie soit la plus proche possible de ladite enthalpie donnée, et pour d'autre part commander le débit de soufflage en fonction de la température dans la salle 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée 'en ce qu'elle comprend en outre des moyens d'humidification (140) en liaison avec les moyens de refroidissement (130). 3. installation selon l'une des revendications 1 et 2, Oaractrisée -en ce qu'elle comprend en outre des moyens d'aspiration (110) pour reprendre l'air de la salle. 4. Installation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée. en ce 'que les moyens de mélange (120) comprennent un élangeur à deux chambres (121,123) et trois registres (122,124,125). 5. Installation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les moyens de refroidissement comprennent une batterie froide à échangeur air/eau. 6. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens d'humidification comprennent un humidificateur à ultrasons (140). 7. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de commande et de régulation agissent pour : - engendrer un mélange à proportion très dominante d'air repris dans le cas où l'enthalpie (Io) de l'air neuf est supérieure à celle(Is) de l'air repris, ou - engendrer un mélange à proportion très dominante -dair neuf dans le cas où l'enthalpie (Io) fr l'air neuf est comprise entre l'enthalpie donnée (Ie) et l'enthalpie (Is) de l'air repris, ou - engendrer un mélange dont l'enthalpie soit sensiblement égale à l'enthalpie donnée (Ie) dans le cas oF l'enthalpie de l'air neuf est inférieure à ladite enthalpie donnée. 8. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la salle comprend un faux-plancher (14) comportant des grilles (16) d'introduction d'air'et un faux-plafond (18) comportant des ouvertures (20) de reprise d'air, des volumes d'entrée et de sortie d'air (Ve,Vs) étant définis respectivement au-dessous du faux plancher et au-dessus du faux-plafond. 9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que le débit de soufflage est commandé par actionnement de registres incorporés auxdites grilles (16). 10. Installation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est prévue sous forme d'armoire (100) dans un local technique (la) jouxtant ladite salle (11).