Les concepteurs qui travaillent sur les marchés des serveurs 1 ou 2U, du stockage de données, des technologies de l'information et de la communication (ICT) ou des alimentations électriques savent qu'un système de refroidissement bien conçu est une des clés permettant de tirer les meilleures performances d'un système. Sanyo Denki élargit aujourd'hui sa gamme de ventilateurs de refroidissement avec trois nouveaux produits qui offrent des performances de flux d'air et de pression statique record pour ce type d'applications et d'autres applications aussi exigeantes.
Figure 1 : les nouveaux produits de Sanyo Denki offrent des performances de flux d'air et de pression statique record (source : Sanyo Denki)
Ces trois nouveaux produits sont des ventilateurs à flux axial qui utilisent la technologie éprouvée BLDC (Brushless DC Motor) de Sanyo Denki.
Les ventilateurs à flux axial permettent d'obtenir des débits d'air importants pour de faibles niveaux de pression sonore (sound pressure level, ou SPL). Le flux d'air de ces appareils souffle parallèlement à l'axe du rotor. Ils conviennent aux équipements offrant une faible résistance à la ventilation grâce à une densité de montage faible ou moyenne.
Le ventilateur de type SanAce 40 9HV présente une pression statique supérieure de 40 % à celle d'un ventilateur classique. Avec son format 1U, il refroidit efficacement les serveurs, les systèmes de stockage de données, les appareils ICT et les alimentations à mesure que leur puissance en sortie augmente et que leur densité continue d'augmenter.
Le modèle SanAce 60 9HV, idéal pour les équipements 1,5 ou 2U, offre une pression statique supérieure d'environ 92 % à celle d'un ventilateur CC classique, tout en présentant des performances de débit d'air maximal équivalentes.
Avec ses 60 mm de côté, c'est une solution de refroidissement idéale pour les équipements à forte densité.
Le SanAce 80 9CRB, un type de ventilateur à rotation inversée, présente des caractéristiques de débit d'air et de pression statique élevées. Son débit d'air maximal est supérieur d'environ 22 % à celui d'un modèle classique à rotation inversée tout en assurant une pression statique maximale équivalente.
En outre, le San Ace 80 peut maintenir une pression statique élevée jusqu'à un débit d'air maximal de 50 %, ce qui en fait une bonne solution pour les équipements offrant une forte résistance à la ventilation.
Figure 2. Types de ventilateurs à flux d'air axial : simple phase (a) et à rotation inversée (b)
Exigences des applications et difficultés de conception
Pourquoi ces marchés cibles posent-ils tant de problèmes aux concepteurs de systèmes de refroidissement ? Lorsque de l'air est dirigé dans un environnement clos tel qu'une alimentation ou un serveur, la disposition des composants et la forme du flux d'air dans l'équipement génèrent une force qui s'oppose au passage de l'air (d'où une perte de pression). Ce phénomène est appelé résistance à la ventilation (ou impédance systémique ou encore résistance du couloir).
L'air ne rencontre qu'une faible résistance lorsqu'il se déplace en ligne droite dans un large espace. Lorsqu'il doit passer par un espace étroit ou si sa direction change, la résistance à la ventilation augmente. S'il n'y a ni sortie d'air, ni trajet de circulation, la résistance à la ventilation augmente encore car la création d'un flux d'air est impossible.
Le marché des serveurs en rack 1U connaît une concurrence très rude, chacun tentant d'intégrer toujours plus de fonctionnalités dans un emplacement de largeur fixe. Les systèmes 1U ultra-denses sont bourrés d'appareils énergivores : plusieurs processeurs, jusqu'à 768 Go de RAM DDR4, des communications 10 Go, des contrôleurs RAID, plus les puces annexes nécessaires.
À pleine charge, ils peuvent consommer jusqu'à 1 100 W de puissance. L'augmentation de la densité des composants multiplie les contraintes sur le système de refroidissement, même si la puissance totale reste identique, puisqu'elle augmente la résistance à la ventilation.
Spécifications clés pour les ventilateurs
Quelles sont les spécifications clés à prendre en compte pour comparer des ventilateurs axiaux ?
Débit d'air maximal : volume d'air maximal produit par le ventilateur sur une période donnée lorsque celui-ci opère à la tension nominale. Le débit d'air se mesure en volume par unité de temps, par exemple en m3/min.
Pression statique maximale : pression statique maximale pouvant être obtenue lorsque le ventilateur opère à la tension nominale. Le débit d'air est alors de zéro. La pression statique est la puissance qui propulse l'air en opérant une poussée contre la résistance au flux produite par les obstacles situés à l'intérieur de l'équipement, utilisant pour cela le ventilateur qui déplace l'air.
Le débit d'air est proportionnellement inverse à la pression statique. Un ventilateur soufflant de l'air sans restriction dans un espace dégagé peut délivrer un débit d'air nominal maximal sans perte de pression (la pression statique est de zéro). Inversement, un ventilateur soufflant dans un espace clos sans sortie d'air rencontrera une pression statique croissante. Lorsque la pression atteint le niveau nominal de pression statique pouvant être encaissé par le ventilateur, le débit d'air s'arrête. Les applications concrètes présentent à la fois un espace restreint et une sortie d'air. Les performances du ventilateur oscilleront donc entre ces deux extrêmes.
Les ventilateurs à forte pression statique conviennent pour le refroidissement d'équipements présentant une densité de montage et une résistance à la ventilation élevées.
Figure 3 : courbe de correspondance entre débit d'air et pression statique pour un ventilateur à flux axial (source : Sanyo Denki)
La figure 3 montre la courbe de correspondance caractéristique entre le débit d'air et la pression statique (courbe PQ) pour un ventilateur à flux axial type. À partir d'un débit d'air maximal (situation d'air libre), toute diminution du débit due à une restriction se traduit par une augmentation graduelle de la pression statique. Les ventilateurs axiaux possèdent des pales dont la vue en coupe montre les mêmes caractéristiques de décrochage que les ailes d'avion. Lorsque le débit d'air est faible, un phénomène appelé séparation du flux se produit et le ventilateur décroche, ce qui se traduit par une inflexion caractéristique au milieu de la courbe. Dans la région de décrochage, le flux d'air est imprévisible et l'air souffle en rafales, ce qui donne plusieurs valeurs de débit d'air pour une valeur de pression donnée. Ce phénomène persiste jusqu'à ce que le débit d'air chute suffisamment pour que les pales du ventilateur ne déplacent plus l'air qu'avec la force centrifuge. La pression statique continue alors d'augmenter avec la baisse du débit d'air jusqu'à l'arrêt (débit d'air nul).
SPL (bruit) : niveau sonore d'un ventilateur opérant à la tension nominale. La mesure est prise à l'air libre (résistance à la ventilation = 0), à 1 m du ventilateur. Lorsque les ventilateurs sont physiquement assemblés dans l'équipement, la résistance à la ventilation ne peut pas être nulle. Les valeurs de bruit répertoriées ne sont donc qu'indicatives. Le nombre de pales, un mauvais équilibre de l'hélice, la présence d'obstacles à proximité des pales du ventilateur ou un fonctionnement dans la plage de décrochage sont des facteurs qui influent tous sur le niveau de bruit produit par un ventilateur.
Méthodes de contrôle : la vitesse des nouveaux ventilateurs Sanyo Denki San Ace est contrôlée via un signal d'entrée PWM, ce qui permet de mieux optimiser la vitesse du ventilateur, son efficacité et ses performances acoustiques. Les ventilateurs sont par ailleurs équipés d'une sortie de capteur de pulsations chargée de signaler le bon fonctionnement de l'appareil.
Durée de vie attendue : l'estimation de la durée de vie d'un ventilateur est un processus complexe. Il est important d'utiliser des protocoles de test standard pour effectuer des comparaisons. Les trois nouveaux ventilateurs San Ace sont donnés pour une durée de fonctionnement de 40 000 heures, avec un niveau de confiance de 90 %, pour un fonctionnement continu à 60 ºC dans une situation d'air libre.
Gamme de ventilateurs de refroidissement de Sanyo Denki
La figure 4 résume les spécifications clés des trois nouveaux ventilateurs.
Figure 4 : comparaison des spécifications clés (source : Sanyo Denki)
Si ces ventilateurs ne répondent pas à vos besoins spécifiques, vous trouverez sur notre site Internet un large choix d'appareils.
La gamme SAN ACE de Sanyo Denki comprend désormais des ventilateurs de refroidissement CA et CC, des ventilateurs à flux réversible, à rotation inversée, étanches aux projections, centrifuges, des ventilateurs-souffleurs et des contrôleurs PWM.
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