Valorisation de la chaleur rejetée par un centre de données à l’aide d’une boucle énergétique

St-Pierre, Catherine (2024). Valorisation de la chaleur rejetée par un centre de données à l’aide d’une boucle énergétique. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les centres de données sont nécessaires pour traiter l’information des activités numériques qui sont en croissance. Une hausse importante de la consommation électrique des centres de données est donc prévue. Étant donné que la majorité de l’électricité est convertie en chaleur, la valorisation de cette énergie est importante pour réduire l’impact environnemental et est très intéressante en climat froid comme au Québec. Cependant, la valorisation est complexe puisque cette chaleur fatale est de basse température.

L’objectif principal est de valoriser la chaleur dégagée par les serveurs de haute puissance appartenant à Calcul Québec afin de réduire l’impact environnemental des systèmes de chauffage, ventilation et de conditionnement de l’air (CVCA) de l’École de Technologie Supérieure (ÉTS). L’ÉTS est raccordée à un réseau de refroidissement urbain transportant non seulement la chaleur fatale mais aussi d’autres rejets de chaleur du campus. À l’aide de pompes à chaleur, l’énergie peut être extraite du retour de ce réseau de refroidissement. Le réseau de refroidissement est ainsi qualifié de boucle énergétique puisqu’elle permet de partager la chaleur entre bâtiments.

Les bâtiments impliqués dans la boucle énergétique ont été sélectionnés afin de favoriser les synergies. Cette sélection est effectuée à partir d’une cartographie des systèmes énergétiques du parc immobilier du campus. Les bâtiments existants A, B et D ainsi que les bâtiments futurs F et le Complexe Dow ont été sélectionnés.

Le potentiel de valorisation des systèmes CVCA des bâtiments sélectionnés a ensuite été déterminé. L’évolution des puissances thermiques en fonction du temps (profils énergétiques) est effectuée à partir de données enregistrées pour les bâtiments existants, et à partir de données de simulation pour les bâtiments futurs. À l’exception du pavillon D hébergeant le centre de données, le Complexe Dow est le bâtiment qui transfère et extrait le plus d’énergie de la boucle énergétique.

La faisabilité énergétique de la boucle énergétique a été démontrée. Pour les bâtiments futurs, les coûts électriques des pompes à chaleur raccordés à la boucle énergétique et leur coût en carbone opérationnel ont été comparés aux coûts d’une conception conventionnelle de chauffage. Selon cet analyse, la boucle énergétique possèderait des coûts opérationnels cinq fois moins élevés que le chauffage conventionnel. Compte tenu de ces résultats, il serait intéressant de poursuivre l’étude de la boucle énergétique en considérant, par exemple, l’inertie thermique et les coûts d’installation des pompes à chaleur.

Titre traduit

Waste heat recovery of a data center using a district energy loop

Résumé traduit

Data centers are necessary to process information from the growing digital activities. Therefore, an important increase in electricity consumption is anticipated. Since the majority of the electricity is converted into heat, recovering this energy is important to reduce environmental impact and is especially interesting in cold climates like Québec. However, this recovery is complex because the waste heat is at low temperature.

The main objective is to utilize the heat generated by high power servers belonging to Calcul Québec in order to reduce the environmental impact of the heating, ventilation, and air conditioning (HVAC) systems at École de Technologie Supérieure (ÉTS). ÉTS is served in part by an urban cooling network which transports not only waste heat from Calcul Québec, but also other heat rejection loads from the campus. Using heat pumps, energy can be extracted from the return of the cooling network. Thus, the cooling network is called a district energy loop since it allows buildings to share heat.

The buildings part of the district energy loop were selected to promote synergy. This selection was based on mapping the energy systems of the university. Existing buildings A, B and D, which houses Calcul Québec, as well as future buildings F and the Complexe Dow were selected.

Afterwards, the energy recovery potential from the HVAC systems of selected buildings was evaluated. The evolution of the thermal power over time (energy profiles) was conducted based on recorded data for the existing buildings and simulation data from the future buildings. With the exception of building D, which has the data center, the Complexe Dow is the building that transfers and extracts the most energy from the district energy loop.

The energy feasibility of the district energy loop was demonstrated. For the future buildings, the electrical costs of the heat pumps served by the district energy loop and their operational carbon costs were compared to those of a conventional heating design. According to this analysis, these operational costs of district energy loop is five times lower than conventional heating. Given these results, it would be interesting to continue the study of the energy loop by considering, for example, thermal inertia and the installation costs of the heat pumps.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire, concentration énergies renouvelables et efficacité énergétique". Comprend des références bibliographiques (pages 183-190).
Mots-clés libres:	centre de données, chaleur fatale, valorisation, boucle énergétique, systèmes CVCA
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Haillot, Didier
Codirecteur:	Codirecteur Kajl, Stanislaw
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie
Date de dépôt:	16 avr. 2025 18:58
Dernière modification:	16 avr. 2025 18:58
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3578

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