Module 2 Suivi de la consommation d’énergie et analyse des coûts

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1 Module 2 Suivi de la consommation d’énergie et analyse des coûts
Version September 2011

2 Suivi et évaluation dans les systèmes informatiques et les salles serveurs – Aspects généraux
Evaluation de l’efficacité énergétique Evaluation des coûts et des économies d’énergie

3 Suivi et évaluation dans les systèmes informatiques et les salles serveurs
Evaluation de l’efficacité énergétique Un système de suivi doit être bien pensé avant sa mise en place ; Pour juger la performance opérationnelle et aider à la prise de décisions, les données collectées doivent être optimisées : l’objectif est d’avoir les bonnes données, plutôt qu’un maximum de données ; Des actions doivent ensuite être basées sur ces données utiles. La collecte des données doit être maintenue pour avoir un retour sur l’efficacité des actions mises en place ; En comprenant les consommations énergétiques, les managers seront capables de monter un plan énergétique économique exploitant les économies d’énergie potentielles.

4 Suivi et évaluation dans les systèmes informatiques et les salles serveurs
Evaluation des coûts et des économies d’énergie La collecte des données énergétiques aide à quantifier la charge énergétique des opérations des datacentres : Souligner l’importance des améliorations en terme d’efficacité énergétique ; Faciliter le bon dimensionnement des équipements. Et à suivre et évaluer les économies d’énergie résultant de mesures d’améliorations spécifiques; Se rendre compte d’économies concrètes peut inciter les opérateurs de datacentres à mettre en place plus de mesures d’efficacité énergétique.

5 Evaluation des coûts et des économies d’énergie
Des systèmes de suivi sont nécessaires pour acquérir des données en différents points de l’infrastructure mais ces données sont inutiles si elles ne sont pas accompagnées de logiciels/outils appropriés pour les traiter et indiquer aux managers quelles mesures doivent être prises en compte ; Il y a plusieurs outils disponibles: par exemple, l’outil gratuit développé par le Save Energy Now Program du Ministère américain de l’Energie (DoE), la suite DC Pro Software Tool (DC Pro) ; L’outil DC Pro comprend un processus d’évaluation, un outil de benchmark, un suivi des performances et fournit des recommandations ; Les outils sont disponibles gratuitement à l’adresse suivante:

6 Evaluation des coûts et des économies d’énergie
„DC Profiling Tool“ est une application web utilisant des informations de base telles que les tarifs (e.g. électricité, eau) et une description basique du datacentre pour fournir un profil de son utilisation énergétique. Exemple de résultats de “DC Pro Profiler Tool” pour un datacentre (Source: DoE)

7 Evaluation des coûts et des économies d’énergie
L’„Electrical Systems Tool“ a été conçu pour évaluer les économies d’énergie potentielles dans la chaine d’alimentation des datacentres: transformateurs, générateurs, UPS, PDU, etc. Permet à l’utilisateur de comparer son installation avec d’autres datacentres. Exemple de “UPS Load Factor Chart” de “Electrical Systems Tool Sample” (Source: DoE)

8 Indicateurs de mesure de l’efficacité énergétique des datacentres
Power Usage Effectiveness (PUE) Data center infrastructure Efficiency (DciE) Energy Reuse Effectiveness (ERE) Total Cost of Ownership Analysis (TCO)

9 Indicateurs de mesure de l’efficacité énergétique des datacentres
L’utilisation d’indicateurs de mesure est très importante: “Si vous ne pouvez pas mesurer, vous ne pouvez pas améliorer”. L’utilisation d’indicateurs de mesure peut aider les gestionnaires de datacentres à mieux comprendre et améliorer l’efficacité énergétique de leurs datacentres existants, ainsi qu’aider à la conception de nouvelles installations ; De plus, ces indicateurs fournissent un moyen fiable de comparer leurs résultats à d’autres organisation similaires ; Bien que le PUE soit pointé comme l’indicateur préféré, d’autres indicateurs peuvent être envisagés et seront présentés.

10 Indicateurs de mesure de l’efficacité énergétique des datacentres: PUE
Power Usage Effectiveness (PUE) Il mesure l‘efficacité avec laquelle le datacentre utilise l‘énergie ; Indique quelle puissance est en réalité utilisée par les matériels informatiques (en opposition au refroidissement et autre); C’est le ratio entre l‘énergie consommée par l‘ensemble du datacentre et la partie consommée par les matériels informatiques; Il a été développé par The Green Grid. Le PUE est l‘inverse du DCiE (Data Center Infrastructure Efficiency) ; La valeur idéale du PUE est 1,0 ; Tout ce qui n‘est pas considéré comme un matériel informatique (éclairage, refroidissement, etc.) est compris dans le numérateur uniquement.

11 PUE d’un datacentre Google
PUE pour les gros datacentres de Google (Source : Google)

12 Indicateurs de mesure de l’efficacité énergétique des datacentres : DC Metrics Task Force
Afin de régler certaines incohérences dans l’utilisation des indicateurs, un groupe de leaders de différentes industries se sont réunis en Janvier 2010 pour se mettre d’accord sur les indicateurs de mesure de l’efficacité énergétique et les normes du reporting ; Parmi les organisations représentées se trouvent: 7x24 Exchange, ASHRAE, The Green Grid, Silicon Valley Leadership Group, U.S. Department of Energy Save Energy Now and Federal Energy Management Programs, U.S. Environmental Protection Agency’s ENERGY STAR Program, U.S. Green Building Council, and Uptime Institute

13 Indicateurs de mesure de l’efficacité énergétique des datacentres : DC Metrics Task Force
Les principes suivants ont été adoptés: Le PUE est l’indicateur de mesure d’efficacité privilégié pour les datacentres ; En calculant le PUE, la consommation des appareils informatiques devrait être mesurée au moins à la sortie des UPS. L’industrie doit progressivement améliorer les méthodes de mesure de manière à ce que cette mesure puisse se faire de manière courante directement au niveau des matériels informatiques ; Pour un datacentre dédié, l’énergie totale dans l’équation du PUE doit intégrer toutes les sources d’énergie au niveau du point d’approvisionnement du site par le réseau ; Pour un datacentre polyvalent, les mêmes considérations s’appliquent et l’énergie totale devra intégrer le refroidissement, l’éclairage et l’infrastructure de support pour le fonctionnement du datacentre.

14 Catégories de mesures de PUE recommandées par le DC Task Force
Indicateurs de mesure de l’efficacité énergétique des datacentres : PUE Catégories de mesures de PUE recommandées par le DC Task Force PUE Catégorie 0* PUE Catégorie 1 PUE Catégorie 2 PUE Catégorie 3 Emplacement de la mesure d’énergie pour les matériels informatiques Sortie UPS Sortie PDU Entrée d’équipement IT Définition de l’énergie consommée par les matériels informatiques Demande maximale d’électricité au pic Electricité consommée par an Définition de l’énergie totale * Pour la catégorie 0, la mesure concerne la demande d’électricité (kW)

15 Indicateurs de mesure de l’efficacité énergétique des datacentres : DciE
Data center infrastructure Efficiency (DciE) Le DCIE est un indicateur qui détermine l’efficacité énergétique de datacentres ; Il est exprimé en pourcentage ; Il est calculé en divisant l’énergie consommée par les matériels informatiques par l’énergie totale du datacentre ; Le DciE a aussi été développé par The Green Grid.

16 (Source: The Green Grid)
Indicateurs de mesure de l’efficacité énergétique des datacentres : PUE and DciE PUE DciE Niveau d’efficacité 3.0 33% Très inefficace 2.5 40% Inefficace 2.0 50% Moyen 1.5 67% Efficace 1.2 83% Très efficace (Source: The Green Grid)

17 Indicateurs de mesure de l’efficacité énergétique des datacentres : ERE
Energy Reuse Effectiveness (ERE) L’énergie du datacentre est réutilisée dans d’autres parties du bâtiment ou du site avec des résultats bénéfiques ; Le PUE est un indicateur de base de l’infrastructure mais il ne prend pas en compte la réutilisation alternative de l’énergie perdue ; C’est le but du ERE, proposé et développé par The Green Grid, LBNL, et NREL.

18 (Source: The Green Grid)
Indicateurs de mesure de l’efficacité énergétique des datacentres : ERE (Source: The Green Grid) Réutilisation de chaleur dans un espace extérieur au datacentre Les deux indicateurs (PUE et ERE) sont valables

19 (Source: The Green Grid)
Indicateurs de mesure de l’efficacité énergétique des datacentres : ERE – Utilisation inappropriée (Source: The Green Grid) Réutilisation de la chaleur au sein du datacentre ; Le PUE est le bon indicateur à utiliser ; Les avantages du flux G sont pris en compte dans le PUE.

20 Indicateurs de mesure de l’efficacité énergétique des datacentres : TCO
Analyse du coût total de possession Total Cost of Ownership (TCO) Le TCO nécessite une analyse approfondie des retours sur investissements et d’autres processus décisionnels; La compréhension des facteurs de coûts dans cette analyse donne une opportunité de mieux contrôler les coûts ; Le TCO comprend les coûts du capital (CAPEX) et les dépenses opérationnelles (OPEX) ; En général, le TCO d’une infrastructure informatique peut être calculé par la formule suivante: Aux USA, les datacentres de grande taille peuvent avoir des coûts de $12 à $15 par Watt.

21 Calculateur des coûts du capital
Indicateurs de mesure de l’efficacité énergétique des datacentres : TCO Calculateur des coûts du capital (Source : APC)

22 Indicateurs de mesure de l’efficacité énergétique des datacentres : TCO répartition
Répartition du TCO par catégorie d’équipement pour un rack typique dans un datacentre haute disponibilité (Source: APC)

23 Systèmes de suivi et de contrôle
Concepts pour les mesures/évaluations à differents niveaux du système

24 Systèmes de suivi et de contrôle
En évaluant les systèmes de suivi potentiels, les managers devraient étudier les éléments suivants : Capacité de recueillir les données de tous les appareils voulus ; Niveau de détail (granularité) de la collection ; Facilité d’utilisation et d’intégration des données venant de plusieurs appareils et au cours du temps ; Evolutivité pour une application massive et une capacité multi-sites; Adaptabilité aux nouveaux besoins de mesure ; Tendances et analyse des données ; Intégration avec les systèmes de contrôle ; Capacité à détecter les problèmes et à en informer les opérateurs des datacentres.

25 Systèmes de suivi Le suivi des variables des systèmes informatiques (par exemple variables de performance et consommation d’énergie) est toujours important quelque soit la taille du système ; Afin de suivre des variables physiques telles que la consommation énergétique des différents composants d’un système informatique, il est nécessaire d’installer des instruments appropriés (appareils de mesure et capteurs) ; La plupart de datacentres n’ont pas été équipés de compteurs électriques pointus ou d’autres système de suivi ; Un obstacle majeur à l’amélioration de l’efficacité énergétique est la difficulté à recueillir des données au niveau des composants individuels et le manque de collecte des données au niveau global sur de nombreux datacentres.

26 Schéma d’un système de suivi classique (Source: LBNL)
Systèmes de suivi Les systèmes de suivi ont une capacité d’enregistrement des données avec un large éventail des capteurs ; Généralement, les systèmes utilisent un noyau central appelé “noeud d’information” (info node) et plusieurs modules individuels appelés “nœud de données” (data nodes) qui se trouvent près des points de mesure : Schéma d’un système de suivi classique (Source: LBNL)

27 Systèmes de suivi Lorsqu’il décide quel niveau de suivi application, le responsable du datacentre devrait tenir compte de quelques aspects clés tels que: coût en capital ; précision et la résolution des données ; l’utilisation finale des données suivies. Trois approches sont suggérées: Suivi minimum; Suivi avancé; Suivi de pointe.

28 Systèmes de suivi Suivi minimum
Mesures réalisées périodiquement et ponctuellement avec des appareil de mesure portables ; Données obtenues à partir de la documentation du fabricant (consommation, etc.) ; Cette approche nécessite un certain degré d’implication humaine puisqu’elle s’appuie sur la collecte manuelle des données et les informations fournies par le fabricant ; Les mises à jour des infrastructures et des investissements en appareils de mesure ne sont pas nécessaires.

29 Systèmes de suivi Suivi avancé
Les données sont enregistrées en temps réel en utilisant les instruments nécessaires ; Les instruments ne doivent pas nécessairement être accompagnés d’un support logiciel en ligne ; Des instruments de suivi à long terme peuvent être installés ; L’implication humaine est moins importante que dans l’approche précédente ; Des légères modifications des infrastructures devraient être prévues.

30 Systèmes de suivi Suivi de pointe
Les données sont collectées en temps réel par des systèmes d’enregistrement permanents/automatisés ; Utilisation de logiciels en ligne dotés de fortes capacités d’analyse et de modélisation ; Des modifications des infrastructures seront nécessaires ; Ce suivi demandera probablement l’assistance d’un expert technique pour sa mise en place.

31 Systèmes de suivi Suivi minimum Suivi avancé Suivi de pointe
Implication humaine Mesures et enregistrement périodiques, surtout manuels Enregistrement en partie manuel, en partie automatisé Systèmes de collecte des données automatisés Instruments de mesure Mesures ponctuelles, collecte manuelle de données et d’information auprès des fabricants Semi-manuel, mesures sur le long terme Systèmes d’enregistrement des données automatisés/ permanents

32 Systèmes de suivi Quelle dimensionnement des systèmes de suivi?
La dimension du système de suivi dépend du nombre total d’équipements dans l’installation ; Il doit disposer d’un nombre approprié de “noeuds d’information” afin de donner les informations nécessaires pour effectuer une analyse critique de la consommation énergétique ; Pour les petites installations : Le système de suivi peut être composé d’un ou deux appareils de suivi ; Il peut ne disposer d’aucun appareil installé de manière permanente, mais seulement utiliser des mesures ponctuelles et périodiques (suivi minimum).

33 Systèmes de suivi Quelle dimensionnement des systèmes de suivi?
Pour les installations plus larges : Chaque “noeud d’information” peut être choisi parmi un large éventail d’instruments de mesure disponibles sur le marché : Circulation d’air Température, humidité Demande énergétique Tension, courant Consommation énergétique, etc.

34 Systèmes de suivi Schéma d’un système électrique dans une installation polyvalente (Source : ASHRAE)

35 Principaux points de mesures dans un datacentre (Source: ASHRAE)
Systèmes de suivi Principaux points de mesures dans un datacentre (Source: ASHRAE)

36 Systèmes de suivi Quelle utilisation des données recueillies?
La compréhension correcte des objectifs globaux des mesures est aussi importante que la mise en place du système de suivi et que la collecte des données ; Les usages potentiels des données recueillies incluent : L’utilisation de l’énergie consommée dans son ensemble ; Les tendances de la consommation d’énergie au cours du temps ; La compréhension des demandes énergétiques instantanées d’équipements clés de l’installation ; L’interprétation des relevés d’opérations ; Le calcul des indicateurs d’efficacité énergétique.

37 Matériel pour le suivi et contrôle
Appareils de mesure et capteurs

38 Appareils de mesure et de contrôle
Un système de suivi dans un datacentre est composé d’un grand nombre de capteurs divers ; Ces capteurs mesurent les principales variables telles que la température, le débit, la tension, le courant, la pression, l’humidité, etc. ; Des compteurs d’énergie sont aussi utilisés au sein du système de suivi, dont les informations recueillies sont rassemblées par un logiciel adapté, qui affiche également les informations à un niveau aggrégé ; Plusieurs aspects doivent être pris en compte lors de la sélection des capteurs, notamment la portée, la résolution et la précision. Par exemple, il n’est pas judicieux de choisir un compteur capable de mesurer sur l’intervalle kW pour une pompe de 20 kW.

39 Appareils de mesure et de contrôle
Les données recueillies par le système de suivi peuvent être analysées et des instructions peuvent être envoyées à des contrôleurs dans les datacentres pouvant déconnecter ou modifier les caractéristiques de fonctionnement ; Il y a un large éventail des capteurs disponibles sur le marché, chacun utilisant des technologies de mesure différente ; Tous les types d’appareils de mesure et de capteurs sont détaillés dans l’annexe de cette présentation.

40 Sous-systèmes de datacentre et principales variables à mesurer
Composantes Variables Unité de refroidissement Compresseurs Température, débit, courant, tension, puissance Pompes Débit, baisse de pression, courant, tension, puissance Tours de refroidissement Ventilateurs Courant, tension, puissance CRAC (Computer Room Air Conditioner) Pompes à condensation Humidificateurs and réchauffeurs Humidité, courant, tension, puissance Circuit d’alimentation UPS et transformateurs Equipement informatique Serveurs, stockage, équipements réseau

41 Alimentation efficace et UPS

42 Consommation énergétique dans les datacentres
Chaine d’alimentation électrique dans un datacentre Source: APC by Schneider Electric, 2010; White Paper #113 rev.2

43 Sources d’inefficacité dans l’alimentation électrique
From: ASHRAE Save energy now presentation, 2009

44 Effet de cascade de l’efficacité dans une chaine d’alimentation électrique
Source: Liebert white papers

45 Comment évaluer l’efficacité d’un système d’alimentation
The Green Grid a élaboré un outil qui permet d’analyser la chaine de distribution d’électricité et de calculer et comparer l’efficacité des différentes configurations et modes de fonctionnement:

46 UPS (Uninterruptible Power Supplies)
Ces appareils se distinguent par: Leur technologie: UPS statique (pas de pièces mobiles dans le chemin d’alimentation à part les ventilateurs; elle utilise un redresseur pour la conversion de CA en CC et un onduleur pour la conversion de CC en CA) et UPS dynamique (utilise un moteur/générateur ; pour les applications soumises à des mini-coupures ; n’utilise en général pas de batteries) Leur topologie: Veille passive (dépendant de la tension et de la fréquence – VFD), en interaction avec la ligne (indépendant de la tension – VI) et Double conversion (indépendant de la tension et de la fréquence). Leur mécanisme de stockage de l’énergie: batteries électrochimiques et volants d’inertie

47 Efficacité de l’ASI en fonction de la topologie
Topologie de l’UPS Efficacité à 25% de charge Efficacité à 50% de charge Efficacité à 75% de charge Efficacité à 100% de charge Double- conversion 81%-93% 85%-94% 86%-95% En interaction avec la ligne n.a. 97%-98% 98% Source:

48 Efficacité de l’UPS en fonction de la charge
Source: APC by Schneider Electric, 2010; White Paper #92 rev.2

49 Dépendance du courant d’entrée
Efficacité moyenne minimum exigée pour les UPS à sortie CA proposée par EnergyStar Efficacité moyenne minimum exigée P = puissance réelle en Watts (W) Classe de l’UPS Puissance de sortie Dépendance du courant d’entrée VFD VI VFI Datacentre P > 10 kW 0,97 0,96 0,0058 x ln (P) + 0,86

50 Exemples de bonnes pratiques

51 Bonnes pratiques Le système de suivi doit avoir un nombre suffisant de “noeuds d’information” (points de surveillance) pour fournir les informations nécessaires à une analyse critique de la consommation énergétique. Cela signifie que: Pour les petites installations telles que petites salles serveurs, des mesures ponctuelles et périodiques peuvent être suffisantes (suivi minimum) ; Pour les installations plus grandes, le nombre de “noeuds d’information” doit être aussi élevé que possible, selon les moyens de l’entreprise. En termes de classement, les “noeuds d’information” doivent être choisis des sous-systèmes les plus importants (en consommation énergétique) aux moins importants.

52 Bonnes pratiques Une architecture matérielle et logicielle qui rassemble les données disponibles, les stocke dans une base de données centrale, les analyse et affiche les informations nécessaires pour : Permettre la normalisation des données provenant de différents appareils, interfaces et protocoles ; S’assurer que la collecte des données soit fiable et en accord avec les besoins définis ; Effectuer une analyse et fournir un calcul des indicateurs de mesure ; Etre capable de stocker durablement des anciennes données et montrer les variations et tendances des mesures ; Permettre le stockage des données afin d’effectuer des analyses et en présenter les résultats sous forme de tableaux et graphiques ; Permettre l’extension de l’architecture nécessaire à l’expansion du datacentre.

53 Discussion Exercices Questions relatives à ce module

54 Exercises Exemple simple du PUE : Exemple simple du DCiE :
Quel est le PUE d’une installation qui consomme au total kW, dont kW pour les équipements IT? Exemple simple du DCiE : Quel est le DCiE de la même installation décrite ci-dessus?

55 Entrée d’énergie au sein du Facteur de pondération
Exercices Exemple de calcul de PUE en utilisant les facteurs de pondération Quel est le PUE de cette installation? Entrée d’énergie au sein du datacentre Utilisation finale Consommation totale Electricité ( kWh total) Équipements IT kWh Pertes dans le système d’alimentation kWh Eclairage kWh Autre 5 000 kWh Eau froide du réseau urbain ( kWh total) Refroidissement kWh (4,44 M BTUs) Utilisez les facteurs de pondération suivants Source d’énergie Facteur de pondération Electricité 1.0 Gaz naturel 0.31 Fioul 0.30 Autre carburant Eau froide urbaine Eau chaude urbaine 0.40 Vapeur urbaine 0.43 Eau condensée 0.03

56 Exercices Exemple d’ERE:
Quels sont les PUE et ERE de cette installation: Paramètre Valeur Équipements IT kWh Refroidissement kWh Pertes dans le système d’alimentation 4 500 kWh Eclairage 500 kWh Total (somme de ci-dessus) kWh Energie réutilisée 6 000 kWh

57 Suggestions de lectures complémentaires
Livres blancs Publications en ligne Etc.

58 Lectures complémentaires
WP#06-The Green Grid Data Center Power Efficiency Metrics: PUE and DCiE: WP#14-The Green Grid Metrics: Data Center Infrastructure Efficiency (DCiE) Detailed Analysis WP#22-Usage and Public Reporting Guidelines for The Green Grid's Infrastructure Metrics PUE/DCiE

59 Lectures complémentaires
WP#29-ERE: A Metric for Measuring the Benefit of Reuse Energy from a Data Center Recommendations For Measuring and Reporting Overall Data Center Efficiency Data Center Efficiency Metrics - PUE™, Partial PUE, ERE, DCcE

60 Lectures complémentaires
APC by Schneider Electric WP#113-Rev2: Electrical Efficiency Modeling for Data Centers High Performance Buildings: Data Centers Uninterruptible Power Supplies (UPS)

61 Annexe Appareils de mesure et capteurs

62 Capteurs de température
Les capteurs de température les plus utilisés sont : thermocouples, thermistances et RTDs (capteurs de température à résistance) Capteur Application Echelle de température Précision Thermocouples Tout La plus grande 1,0 – 5,0% Thermistances Petite 0,1 – 2,0% RTDs Plus petite 0,001 – 1,0% (Source: ASHRAE) Schéma de l’utilisation des capteurs de température dans une installation refroidie à l’eau

63 Capteurs de température Thermocouples
Un thermocouple consiste à relier deux métaux différents en deux points de jonction ce qui produit une différence de potentiel, fonction de la différence de température ; Ils sont relativement bon marché, autonomes, stables, échangeables, généralement fournis avec la connectique standard et sont capables de mesurer sur une grande plage de température. Les thermocouples sont également solides et très fiables ; Grace à leur caractéristiques, les thermocouples comptent parmi les capteurs les plus simples à utiliser. Exemple d’une sonde thermocouple

64 Capteurs de température Thermistances
Les thermistances sont des transducteurs semi-conducteurs particuliers, qui agissent comme des résistances électriques dont la résistance varie de manière significative avec la température : CTN- Coefficient de Température Négatif, utilisé surtout comme sonde de température ; CTP- Coefficient de Température Positiv utilisé surtout comme contrôles du courant électrique ; Les thermistances sont très précises sur des plages de températures relativement faibles. Ils peuvent être plus sensibles et précis sur des plages plus grandes, mais sont alors souvent plus chers. Exemple de thermistance

65 Capteurs de température Capteur de température à résistance (RTD)
Les RTD sont un enroulement en bobine et un dispositif à couches minces qui mesurent la température grâce au principe physique du coefficient de température positif de la résistivité des métaux ; Plus ils sont chauds, plus la valeur de la résistance électrique est élevée. Ils comptent parmi les capteurs de température les plus précis – l’incertitude de mesure est de ±0,1 °C ; Les RTD ont une très grande précision, mais ils sont désavantagés face aux thermocouples car ils ont une plage de mesure plus faible et sont plus chers. Exemple de Capteur de température à résistance (RTDs)

66 Plage de fonctionnement Tubes de Bourdon (manométrique)
Capteurs de pression De nombreuses techniques de mesure de pression existent; Les instruments de mesures de pression sont appelés jauges de pression ou jauges manométriques. Capteur Application Plage de fonctionnement Précision Tubes de Bourdon (manométrique) Pression dans un tube Toute pression 0,25 – 1,5% Jauge de contrainte 0,1 – 1,0% (Source: ASHRAE)

67 Capteurs de pression Tubes manométriques dit de Bourdon
Le tube de Bourdon va de la simple jauge mécanique à la jauge à affichage combiné avec un dispositif électrique de transmission ; Il est constitué d’un tube (en C, en spirale ou hélicoïdal) qui fournit une réponse mécanique directement proportionnelle à la pression exercée dans le tube ; Dans la majeure partie des cas, ce tube suffit à réaliser des mesures et des relevés de base. Schéma d’un tube de Bourdon (Source: ASHRAE)

68 Capteurs de pression Jauge de contrainte
Il est constitué d’un isolant flexible qui sert de support à une lamelle métallique ; Ces capteurs sont en général associés à un transmetteur électrique qui envoie le signal électrique voulu ; Ce type de capteurs est utilisé pour des mesures de pointe et une utilisation experte. Schéma d’une jauge de contrainte (Source: ASHRAE)

69 Débits – liquide et gaz Les capteurs de débit disposent d’une large diversité technologique. Ils offrent différentes plages de précision, de pertes de pression, de coûts et de complexité d’installation ; Les informations de débit peuvent être utilisées pour déterminer des volumes. Capteur Application Plage de mesure Précision Roue à aube Liquides, canalisations Toute pression 0,5-5,0% Turbine 0,3-2,0% Ultrasons nécessite la présence d’obstacles dans l’eau 1,0-5,0% Tube de Pitot Gaz > 600 fpm 1,0-4,0% Anémomètre à fil chaud (Source: ASHRAE)

70 Débits – liquide et gaz Roue à aube
Les roues à aube sont constituées de trois éléments principaux : le tube de support, le capteur à roue à aube et l’écran/partie commande ; Lorsque les aimants placés dans la roue tournent, les impulsions électriques produites sont proportionnelles au débit du fluide ; Le fabriquant fournit le nombre de pulsations enregistrées par volume de liquide pour chaque section de tube donnée. Ce nombre est appelé facteur K. Schéma d’un capteur à roue à aube (Source: Newport)

71 Débits – liquide et gaz Turbine
Un capteur de débit à turbine possède une turbine rotative positionnée de manière à être mise en marche par le fluide dans la canalisation ; La turbine tourne à une vitesse proportionnelle à la vitesse du fluide dans la canalisation ; La rotation de la turbine est détectée par une bobine qui émet des pulsations, envoyées ensuite vers un afficheur ou une carte d’acquisition. Schéma en 3D d’une turbine (Source: Newport)

72 Débits – liquide et gaz Ultrasons
Une onde ultrasonique est émise dans un fluide en mouvement et un récepteur détecte la fréquence de la longueur d’onde réfléchie, analysée par effet Doppler, et dont l’écart avec la fréquence d’origine est donc proportionnelle à la vitesse du fluide. Ce type de capteurs a besoin de multiples particules solides ou de bulles en suspension dans l’eau afin que la lecture de l’onde réfléchie soit suffisamment précise. Le grand avantage de cette technique à ultrasons est qu’elle est non-invasive. Schéma d’un capteur à ultrasons (Source: ASHRAE and Rshydro)

73 Débits – liquide et gaz Tube de Pitot
Le tube de Pitot est un appareil de mesure de débit d’air classique ; Il est constitué d’un tube directement orienté face au débit de fluide ; Il est typiquement utilisé pour mesurer des débits d’air dans des conduites de ventilations ; Il est relativement peu coûteux et fonctionne dans des conditions diverses de turbulences, de débits et de vibrations mécaniques. Schéma d’un tube de Pitot (Source: ASHRAE and Topac)

74 Débits – liquide et gaz Anémomètre à fil chaud
Les anémomètres à fil chaud sont des sondes sans partie mobile ; Ils utilisent un fil extra-fin (de quelques microns) chauffé électriquement à une température supérieure à la température ambiante ; Lorsque que le flux d’air passe le long du tube, il refroidit le fil et la résistance électrique du fil varie de manière proportionnelle ; Ils sont en général employés pour des études précises de turbulences de flux, où dans tout flux où les variations de vitesse importantes présentent un intérêt. Schéma et photographie d’un anémomètre à fil chaud (Source: ASHRAE)

75 Compteur servant à la facturation Transducteur de puissance
Capteurs de puissance Un capteur de puissance doit être capable de mesurer une tension et une intensité électrique afin de remplir sa fonction ; On peut les diviser en quatre catégories: Les multimètres portables ; Les compteurs tableau; Les compteurs servant à la facturation ; Les transducteurs de puissance. Capteurs Application Plage de mesure Précision Wattmètres portable Mesures sur place et instantanées Variable Compteur tableau Installation permanente Compteur servant à la facturation Installation permanente pour la facturation Transducteur de puissance Surveillance de réseau ou acquisition de données (Source: ASHRAE)

76 Capteurs de puissance Les multimètres portables
Les multimètres portables peuvent être très divers, du multimètre monophasé “à main” aux multimètres triphasés enregistreurs, avec des fonctions d’enregistrement et de commande ; La plupart possède un dispositif d’affichage intégré ; Ces multimètres sont pratiques pour des utilisations instantanées et sur place, et peuvent donc être utilisés comme la meilleure pratique existante pour un suivi minimal. Exemple de wattmètre portable monophasé et triphasé (Source: Chauvin Arnoux)

77 Capteurs de puissance Compteurs tableau
Les compteurs sont en général des installations permanentes installés dans les armoires électriques (générateurs, UPS, autres appareils) ; Ils ont un affichage montrant entre autres les mesures instantanées et d’autres variables calculées ; Comme il en existe sur le marché avec des capacités de communication, ces compteurs peuvent être utilisés pour un suivi de pointe. Exemple de compteur (Source: Chauvin Arnoux)

78 Capteurs de puissance Compteurs servant à la facturation
Les compteurs servant à la facturation sont en général utilisés par les fournisseurs d’électricité, les propriétaires ou d’autres personnes voulant facturer une consommation d’eau ou d’électricité ; Ils sont rarement utilisés par les systèmes de contrôle des datacentres mais peuvent fournir des données sur la consommation globale de l’installation ou dans certains sont accessibles via un port communiquant et permettent ainsi l’acquisition et l’enregistrement des données (i.e. toutes les 15 minutes) en vue d’une analyse ultérieure. Exemple de compteur servant à la facturation (Source: Itron)

79 Capteurs de puissance Transducteurs de puissance
Le transducteur de puissance est en général un dispositif sans affichage connecté en permanence à l’installation électrique comme un compteur; Ils sont constitués d’une série de ports de sortie proportionnels à la puissance commutée ; De tels appareils sont souvent utilisés par les systèmes de surveillance pour effectuer des relevés de puissance en différents points d’un datacentre. Exemple d’un transducteur de puissance (Source: Chauvin Arnoux)