Datasentrum-energie Lewendige model

Jy is die fasiliteitsingenieur van 'n 1 MW-datasaal: koelers, 'n verkoelwaterlus, UPS-batterye en 'n noodkragopwekker. Hitte vloei van bedieners na lug na water na buite — en elke watt wat jy aan verkoeling bestee, verskyn in die PUE.

Wat jy sal leer

Simuleerder

Tyd 0 min
Bedienerinlaattemperatuur 22,4 °C · Koelers aan die loop 2/3 · Uitgeskakelde koelers (vergrendel) 0 · UPS-battery 100% · 25 °C22,4 °C · IT 803 kW#1#2#3UPS 100%⚡ netwerk · 🔌🌡 25 °C · COP 5,1 · PUE 1,34
  • Inlaat < 24 °C
  • Inlaat ≥ 27 °C
  • Inlaat ≥ 32 °C
  • Koeler aan die loop
  • Koeler begin (5 min)
  • Koeler uitgeskakel (vergrendel tot herstel)

Kontroles

Koeler #1…#n. 'n Nuut gestarte koeler het 5 min nodig voor dit afkoel.

Warmer water = beter koeleraardoeltreffendheid, maar warmer bedienerinlate.

Bondeltake wat tot later uitgestel word: nou minder hitte en krag.

Gebruik koue buitelug deur 'n droë koeler wanneer dit koud genoeg is.

Verdamp water om kondensorlug af te koel: beter doeltreffendheid, maar waterverbruik.

Slegs nodig as die outomatiese begin misluk. Neem 3 min.

Hef 'n koeler se veiligheidsuitskakeling op sodra die fout nagegaan is; aanvaar vanaf 15 min ná die uitskakeling.

Aanwysers

Bedienerinlaattemperatuur
22,4°C
normaal
PUE
1,34
normaal
Fasiliteitskrag
1076kW
UPS-battery
100%
normaal
Verkoelwatertemperatuur14,0 °C
Koeler-COP5,1
IT-las803 kW
Koelers aan die loop2
Koelers beskikbaar (nie uitgeskakel nie)3
Uitgeskakelde koelers (vergrendel)0
Herstel moontlik oor0 min
WUE0,00 L/kWh
CO₂-emissies484 kg/h

Tendens

Bedienerinlaattemperatuur: — °C40,015,0

Krisisscenario's

Vlak 1 · Koeleruitval tydens spits

'n Warm middag, 32 °C buite. IT trek 850 kW op twee van drie koelers, en die verkoelwater loop op 16 °C om energie te spaar — wat die bedienerinlate net ongeveer 2 K onder die ASHRAE-aanbevole limiet laat. Een koeler gaan binnekort uitskakel. Hou die inlate binne die aanbevole reeks, hou die IT-werk aan die gang, en bring die aanleg terug na volle oortolligheid.

  • Inlaat nooit bo 27 °C
  • Inlaat ≤ 25 °C aan die einde (terug na normaal)
  • Gemiddelde IT-las ≥ 750 kW (moenie bloot bedieners afskakel nie)
  • Al drie koelers weer beskikbaar aan die einde (uitgeskakelde eenheid teruggestel)

Vlak 2 · Hittegolf en 'n aanvraagrespons-oproep

Die buitetemperatuur styg van 30 °C tot 42 °C. Koelers verloor kapasiteit en doeltreffendheid. Dan rig die netwerkoperateur 'n aanvraagrespons-versoek: hou hierdie perseel se fasiliteitskrag vir 'n halfuur onder 900 kW.

  • Inlaat nooit bo 27 °C
  • Gemiddelde fasiliteitskrag ≤ 900 kW tydens die versoek
  • Gemiddelde IT-las ≥ 720 kW oor die scenario

Vlak 3 · Netwerkonderbreking, kragopwekker begin nie

Die netwerk val uit. Die kragopwekker moet binne tien sekondes oorneem — hierdie keer doen dit nie. Bedieners is op UPS-batterye met ongeveer tien minute se energie, en die koelers is af.

  • Geen IT-onderbreking
  • Battery nooit onder 72 %
  • Inlaat nooit bo 25 °C

Grondslag — die model agter die syfers

Elke verband wat die simuleerder gebruik, met sy bron. Konstantes gemerk as aannames is illustratiewe kalibrasies.

Lugnodus-energiebalans: bedieners verhit die lug, verkoelspoele skuif hitte na die verkoelwater.
C_air · dT_air/dt = P_IT + P_fans − Q_CRAH, Q_CRAH = UA · (T_air − T_chw)[4][11]Aanname: kapasitansies, spoelgeleiding, koelergrootte en batterye-energie is illustratiewe waardes vir 'n 1 MW-saal.
Waternodus-energiebalans: die lus se termiese massa buffer die gaping tussen hitte-las en koelerkapasiteit.
C_w · dT_chw/dt = Q_CRAH − Q_chillers − Q_econ, C_w = 20 m³ × 4186 J/(kg·K)[4]
Koelerdoeltreffendheid as 'n vaste breukdeel van die Carnot-limiet — dit daal namate die buitelug warmer word. Die verdampertemperatuur volg die werklike temperatuur van die verkoelwaterlus (2 K daaronder), nie die instelpunt nie, so 'n lus wat ná 'n uitskakeling warmer word, verhoog die COP kortstondig.
COP = 0.45 · T_evap / (T_cond − T_evap), T_evap = T_chw − 2 K, T_cond = T_air,out + 12 K [K][5]Aanname: kapasitansies, spoelgeleiding, koelergrootte en batterye-energie is illustratiewe waardes vir 'n 1 MW-saal.
Kragbenuttingsdoeltreffendheid: totale fasiliteitskrag gedeel deur IT-krag (1.0 is die ideaal).
PUE = P_facility / P_IT[1][12][8]
Waterbenuttingsdoeltreffendheid; verdampte water uit die energie wat nodig is om die kondensorlug af te koel.
WUE = water (L) / IT energy (kWh); evaporation = m_air · c_p · ΔT / h_fg[2][7]
ASHRAE-termiese omhulsel vir bedienerinlaatlug.
recommended 18–27 °C · A1 allowable 15–32 °C[3]
UPS-batterye-energie word uitgeput deur die beskermde las totdat die kragopwekker oorneem.
E_batt(t+Δt) = E_batt − (P_IT + P_fans + P_pumps)/η_UPS · Δt (energy balance); generator ≤ 10 s[6]Aanname: kapasitansies, spoelgeleiding, koelergrootte en batterye-energie is illustratiewe waardes vir 'n 1 MW-saal.
Ná enige kragoorskakeling stop die koelers en moet herbegin.
chiller restart after any power transfer = 5 min (quick-start; typical 10–15 min)[11]
Emissies vanaf die koolstofintensiteit van netwerkelektrisiteit, of vanaf diesel wanneer die kragopwekker loop.
CO₂ = P_facility × grid intensity (≈450–650 g/kWh in the scenarios); diesel ≈ 2.69 kg CO₂/L[9][10][13]
Ander bedryfskonstantes wat deur die model gebruik word.
chillers 3 × 450 kW, derate 2.5 %/K above 35 °C · adiabatic effectiveness 70 % · loop P-gain 150 kW/K · IT shutdown at 40 °C inlet · manual generator start 3 min · chiller trip reset accepted 15 min after the trip · battery 150 kWh (≈10 min at full load), recharge 10 %/h · UPS η 95 %Aanname: kapasitansies, spoelgeleiding, koelergrootte en batterye-energie is illustratiewe waardes vir 'n 1 MW-saal.

Lukraakheid: 'n gesaaide mulberry32-genereerder; verdelings gebruik — uniform, eksponensieel (inverse CDF), normaal (Box–Muller), Poisson (Knuth). Die saad word gewys en kan gedeel word.

Bronne

  1. ISO/IEC 30134-2:2016 Data centres — Key performance indicators — Part 2: Power usage effectiveness (PUE) — ISO/IEC, 2016
  2. ISO/IEC 30134-9:2022 Data centres key performance indicators — Part 9: Water usage effectiveness (WUE) — ISO/IEC, 2022
  3. ASHRAE TC 9.9 — Thermal Guidelines for Data Processing Environments (recommended inlet 18–27 °C; class A1 allowable 15–32 °C) — ASHRAE, 2021
  4. F. P. Incropera et al. — Fundamentals of Heat and Mass Transfer: lumped capacitance, Q = UA·ΔT — Wiley, 2011
  5. Y. A. Çengel, M. A. Boles — Thermodynamics: An Engineering Approach — Carnot COP of refrigerators, COP = T_L/(T_H − T_L) — McGraw-Hill, 2019
  6. NFPA 110 — Standard for Emergency and Standby Power Systems (Type 10: power restored within 10 s) — NFPA
  7. IAPWS — enthalpy of vaporization of water (≈2442 kJ/kg at 25 °C, 2257 kJ/kg at 100 °C) — IAPWS / NIST Chemistry WebBook
  8. Directive (EU) 2023/1791 (Energy Efficiency Directive) Art. 12 and Commission Delegated Regulation (EU) 2024/1364 — data-centre reporting — EUR-Lex, 2023–2024
  9. Ember — Global Electricity Review 2025: world average grid carbon intensity 473 gCO₂/kWh (2024) — Ember, 2025
  10. IPCC AR5 WG3 Annex III — life-cycle emissions of electricity supply technologies (median gCO₂eq/kWh) — IPCC, 2014
  11. Schneider Electric (APC) White Paper 179 — Data Center Temperature Rise During a Cooling System Outage — Schneider Electric
  12. Uptime Institute Global Data Center Survey 2025 — average annual PUE 1.54 — Uptime Institute, 2025
  13. U.S. EPA — Greenhouse Gas Emissions from a Typical Passenger Vehicle: 10,180 g CO₂ per gallon of diesel (≈2.69 kg/L) — U.S. EPA

Wie doen dit vir 'n lewe

Opvoedkundige model — nie vir operasionele besluite nie. Werklike persele kalibreer elke konstante volgens hul eie toerusting en data.