Енергия на дата център Жив модел

Вие сте инженерът на съоръжение — дата зала от 1 MW: чилъри, контур с охладена вода, UPS батерии и резервен генератор. Топлината тръгва от сървърите към въздуха, водата и навън — и всеки ват, похарчен за охлаждане, се отразява в PUE.

Какво ще научите

Симулатор

Време 0 мин
Входна температура на сървъра 22,4 °C · Работещи чилъри 2/3 · Изключени чилъри (блокирани) 0 · UPS батерия 100% · 25 °C22,4 °C · IT 803 kW#1#2#3UPS 100%⚡ мрежа · 🔌🌡 25 °C · COP 5,1 · PUE 1,34
  • Вход < 24 °C
  • Вход ≥ 27 °C
  • Вход ≥ 32 °C
  • Чилърът работи
  • Чилърът стартира (5 мин)
  • Чилърът е изключен (блокиран до нулиране)

Управление

Чилър №1…№n. Новостартиран чилър се нуждае от 5 мин, преди да охлажда.

По-топла вода = по-добра ефективност на чилъра, но по-топли входове на сървърите.

Пакетни задачи, отложени за по-късно: сега по-малко топлина и мощност.

Използва студен външен въздух през сух охладител, когато е достатъчно студено.

Изпарява вода, за да охлади въздуха на кондензатора: по-добра ефективност, разход на вода.

Нужно е само ако автоматичният старт се провали. Отнема 3 мин.

Изчиства защитното изключване на чилъра, след като повредата е проверена; приема се от 15 min след изключването.

Показатели

Входна температура на сървъра
22,4°C
нормално
PUE
1,34
нормално
Мощност на съоръжението
1076kW
UPS батерия
100%
нормално
Температура на охладената вода14,0 °C
COP на чилъра5,1
IT натоварване803 kW
Работещи чилъри2
Налични чилъри (неизключени)3
Изключени чилъри (блокирани)0
Нулиране на изключването възможно след0 min
WUE0,00 L/kWh
Емисии на CO₂484 kg/h

Тенденция

Входна температура на сървъра: — °C40,015,0

Кризисни сценарии

Ниво 1 · Изключване на чилър в пика

Горещ следобед, навън 32 °C. IT консумира 850 kW на два от три чилъра, а охладената вода работи на 16 °C, за да се пести енергия — което оставя входовете на сървърите само около 2 K под препоръчаната граница по ASHRAE. Един чилър е на път да изключи. Дръжте входовете в препоръчания диапазон, поддържайте IT работата и върнете инсталацията към пълно резервиране.

  • Входът никога над 27 °C
  • Вход ≤ 25 °C накрая (обратно към нормалното)
  • Средно IT натоварване ≥ 750 kW (не изключвайте просто сървърите)
  • И трите чилъра отново налични накрая (изключилият агрегат нулиран)

Ниво 2 · Гореща вълна и повикване за управление на потреблението

Външната температура се качва от 30 °C до 42 °C. Чилърите губят капацитет и ефективност. После операторът на мрежата подава заявка за управление на потреблението: дръжте мощността на този обект под 900 kW за половин час.

  • Входът никога над 27 °C
  • Средна мощност на съоръжението ≤ 900 kW по време на заявката
  • Средно IT натоварване ≥ 720 kW през сценария

Ниво 3 · Спиране на мрежата, генераторът не стартира

Мрежата пада. Генераторът трябва да поеме до десет секунди — този път не поема. Сървърите са на UPS батерии с енергия за около десет минути, а чилърите са спрели.

  • Без IT прекъсване
  • Батерията никога под 72 %
  • Входът никога над 25 °C

Основа — моделът зад числата

Всяка зависимост, която симулаторът използва, с нейния източник. Константите, отбелязани като допускания, са илюстративни калибрации.

Енергиен баланс на въздушния възел: сървърите загряват въздуха, охлаждащите серпентини пренасят топлината във водата.
C_air · dT_air/dt = P_IT + P_fans − Q_CRAH, Q_CRAH = UA · (T_air − T_chw)[4][11]Допускане: капацитетите, проводимостта на серпентината, размерът на чилъра и енергията на батерията са илюстративни стойности за зала от 1 MW.
Енергиен баланс на водния възел: топлинната маса на контура изглажда разликата между топлинното натоварване и капацитета на чилъра.
C_w · dT_chw/dt = Q_CRAH − Q_chillers − Q_econ, C_w = 20 m³ × 4186 J/(kg·K)[4]
Ефективност на чилъра като постоянна част от границата на Карно — пада, когато външният въздух се затопля. Температурата на изпарителя следва действителната температура на контура с охладена вода (2 K под нея), а не заданието, така че контур, който се затопли след изключване, за кратко повишава COP.
COP = 0.45 · T_evap / (T_cond − T_evap), T_evap = T_chw − 2 K, T_cond = T_air,out + 12 K [K][5]Допускане: капацитетите, проводимостта на серпентината, размерът на чилъра и енергията на батерията са илюстративни стойности за зала от 1 MW.
Ефективност на използване на енергията: общата мощност на съоръжението спрямо IT мощността (1,0 е идеалът).
PUE = P_facility / P_IT[1][12][8]
Ефективност на използване на водата; изпарената вода от енергията, нужна за охлаждане на въздуха на кондензатора.
WUE = water (L) / IT energy (kWh); evaporation = m_air · c_p · ΔT / h_fg[2][7]
Термичен диапазон по ASHRAE за входящия въздух на сървърите.
recommended 18–27 °C · A1 allowable 15–32 °C[3]
Енергията на UPS батерията се изразходва със защитеното натоварване, докато генераторът поеме.
E_batt(t+Δt) = E_batt − (P_IT + P_fans + P_pumps)/η_UPS · Δt (energy balance); generator ≤ 10 s[6]Допускане: капацитетите, проводимостта на серпентината, размерът на чилъра и енергията на батерията са илюстративни стойности за зала от 1 MW.
След всяко превключване на захранването чилърите спират и трябва да се рестартират.
chiller restart after any power transfer = 5 min (quick-start; typical 10–15 min)[11]
Емисии от интензивността на мрежовото електричество или от дизела, когато работи генераторът.
CO₂ = P_facility × grid intensity (≈450–650 g/kWh in the scenarios); diesel ≈ 2.69 kg CO₂/L[9][10][13]
Други работни константи, използвани от модела.
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 %Допускане: капацитетите, проводимостта на серпентината, размерът на чилъра и енергията на батерията са илюстративни стойности за зала от 1 MW.

Случайност: генератор mulberry32 със seed; използвани разпределения — равномерно, експоненциално (обратна CDF), нормално (Box–Muller), на Поасон (Knuth). Seed се показва и може да се споделя.

Източници

  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

Кой се занимава с това професионално

Образователен модел — не за оперативни решения. Реалните обекти калибрират всяка константа към собственото си оборудване и данни.