Récupération et stockage souterrain de la chaleur d'un centre de données

Abstract

Comme tout centre de données, le Service Général d’Informatique de l’université de Liège (SEGI) consomme une quantité importante d’électricité pour alimenter ses serveurs et assurer leur refroidissement. La quasi-totalité de cette électricité est transformée en chaleur et rejetée dans l’atmosphère. Ce travail étudie la possibilité de récupérer cette énergie pour le chauffage d’un bâtiment voisin, l’Institut Montefiore. Le système proposé utilise une pompe à chaleur pour permettre de relever la température de cette chaleur fatale ainsi que d’un stockage inter-saisonnier de celle-ci dans le sol au moyen de forages géothermiques. L’évolution des besoins en chauffage de l’Institut au cours de l’année ont tout d’abord été simulés avec le logiciel DesignBuilder. En parallèle, les systèmes de refroidissement du SEGI ont été étudiés afin de déterminer la quantité et les caractéristiques de la chaleur récupérable. Les données obtenues ont ensuite permis de dimensionner le réservoir souterrain de chaleur et son échangeur géothermique. Le logiciel Lagamine a été utilisé pour modéliser les transferts de chaleur par conduction dans le sol afin de déterminer l’influence de la configuration de l’échangeur ainsi que la longueur totale de puits nécessaire. Les résultats ont montré que la quantité de chaleur émise par le SEGI s’avère bien plus importante qu’attendu et est du même ordre de grandeur que les besoins en chauffage de l’Institut. Cependant, plusieurs contraintes s’opposent à cette récupération. Premièrement, la demande ne suit pas la production de chaleur. Une faible proportion de la chaleur produite peut donc être immédiatement utilisée, ce qui justifie la mise en place du réservoir de chaleur. Ensuite, plusieurs systèmes de refroidissement fort différents contribuent au refroidissement du centre de données. Ceux-ci utilisent tantôt un circuit d’eau, tantôt de l’air, ce qui empêche la récupération de la totalité de la chaleur par un seul et même dispositif en conservant la stratégie de pilotage actuelle. Enfin, la chaleur étant émise à très faible température, seule une modification des refroidisseurs rend sa récupération possible au niveau des condenseurs à une température suffisante pour permettre son transfert vers le réservoir. Une température moyenne annuelle à l’intérieur du réservoir de près de 20°C a pu être atteinte sous cette condition. L’échangeur géothermique ayant un impact important sur le prix de l’installation, celui-ci a ensuite été évalué en fonction de la longueur de forages installée. Le recyclage de la chaleur du SEGI s’est révélé plus couteux que le chauffage actuel. Ce dispositif peut cependant permettre de diminuer drastiquement les émissions de CO2 du système de chauffage : 60% d’entre elles peuvent être supprimées avec une longueur totale de 3500 m de puits.