Energija data centra Živi model

Vi ste inženjer objekta dvorane podataka od 1 MW: čileri, petlja ohlađene vode, UPS baterije i rezervni generator. Toplina ide od servera ka zraku, vodi i napolje — a svaki vat potrošen na hlađenje vidi se u PUE.

Šta ćete naučiti

Simulator

Vrijeme 0 min
Ulazna temperatura servera 22,4 °C · Čileri u radu 2/3 · Čileri u ispadu (zaključani) 0 · UPS baterija 100% · 25 °C22,4 °C · IT 803 kW#1#2#3UPS 100%⚡ mreža · 🔌🌡 25 °C · COP 5,1 · PUE 1,34
  • Ulaz < 24 °C
  • Ulaz ≥ 27 °C
  • Ulaz ≥ 32 °C
  • Čiler radi
  • Čiler se pokreće (5 min)
  • Čiler u ispadu (zaključan do reseta)

Kontrole

Čiler #1…#n. Novopokrenutom čileru treba 5 min prije nego počne hladiti.

Toplija voda = bolja efikasnost čilera, ali topliji ulazi servera.

Batch poslovi odgođeni za kasnije: sada manje topline i snage.

Koristi hladan vanjski zrak preko suhog hladnjaka kad je dovoljno hladno.

Isparava vodu da ohladi zrak kondenzatora: bolja efikasnost, potrošnja vode.

Potrebno samo ako automatsko pokretanje zakaže. Traje 3 min.

Poništava sigurnosni ispad čilera nakon što je kvar provjeren; prihvata se od 15 min nakon ispada.

Pokazatelji

Ulazna temperatura servera
22,4°C
normalno
PUE
1,34
normalno
Snaga objekta
1076kW
UPS baterija
100%
normalno
Temperatura ohlađene vode14,0 °C
COP čilera5,1
IT opterećenje803 kW
Čileri u radu2
Raspoloživi čileri (bez ispada)3
Čileri u ispadu (zaključani)0
Reset ispada moguć za0 min
WUE0,00 L/kWh
Emisije CO₂484 kg/h

Trend

Ulazna temperatura servera: — °C40,015,0

Krizni scenariji

Nivo 1 · Ispad čilera u vršnom opterećenju

Vruće poslijepodne, vani 32 °C. IT troši 850 kW na dva od tri čilera, a ohlađena voda radi na 16 °C radi uštede energije — zbog čega su ulazi servera samo oko 2 K ispod preporučene ASHRAE granice. Jedan čiler će uskoro ispasti. Držite ulaze unutar preporučenog raspona, održite IT posao u radu i vratite postrojenje na punu redundantnost.

  • Ulaz nikad iznad 27 °C
  • Ulaz ≤ 25 °C na kraju (povratak u normalu)
  • Prosječno IT opterećenje ≥ 750 kW (nemojte jednostavno gasiti servere)
  • Sva tri čilera ponovo raspoloživa na kraju (ispala jedinica resetovana)

Nivo 2 · Toplotni talas i poziv za odziv potražnje

Vanjska temperatura raste s 30 °C na 42 °C. Čileri gube kapacitet i efikasnost. Zatim operator mreže izdaje zahtjev za odziv potražnje: držite snagu ovog objekta ispod 900 kW pola sata.

  • Ulaz nikad iznad 27 °C
  • Prosječna snaga objekta ≤ 900 kW tokom zahtjeva
  • Prosječno IT opterećenje ≥ 720 kW tokom scenarija

Nivo 3 · Ispad mreže, generator se ne pokreće

Mreža ispada. Generator bi trebao preuzeti u deset sekundi — ovaj put ne preuzima. Serveri rade na UPS baterijama s energijom za otprilike deset minuta, a čileri su ugašeni.

  • Bez IT zastoja
  • Baterija nikad ispod 72 %
  • Ulaz nikad iznad 25 °C

Osnova — model iza brojeva

Svaka relacija koju simulator koristi, s njenim izvorom. Konstante označene kao pretpostavke su ilustrativne kalibracije.

Energetski bilans zračnog čvora: serveri griju zrak, rashladni izmjenjivači prenose toplinu u ohlađenu vodu.
C_air · dT_air/dt = P_IT + P_fans − Q_CRAH, Q_CRAH = UA · (T_air − T_chw)[4][11]Pretpostavka: kapaciteti, provodljivost izmjenjivača, veličina čilera i energija baterije su ilustrativne vrijednosti za dvoranu od 1 MW.
Energetski bilans vodnog čvora: toplotna masa petlje ublažava razliku između toplotnog opterećenja i kapaciteta čilera.
C_w · dT_chw/dt = Q_CRAH − Q_chillers − Q_econ, C_w = 20 m³ × 4186 J/(kg·K)[4]
Efikasnost čilera kao fiksni dio Carnotove granice — pada kako vanjski zrak postaje topliji. Temperatura isparivača prati stvarnu temperaturu petlje ohlađene vode (2 K ispod nje), a ne zadanu vrijednost, pa petlja koja se zagrije nakon ispada nakratko podiže 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]Pretpostavka: kapaciteti, provodljivost izmjenjivača, veličina čilera i energija baterije su ilustrativne vrijednosti za dvoranu od 1 MW.
Efikasnost korištenja energije: ukupna snaga objekta u odnosu na IT snagu (1,0 je idealno).
PUE = P_facility / P_IT[1][12][8]
Efikasnost korištenja vode; isparena voda iz energije potrebne za hlađenje zraka kondenzatora.
WUE = water (L) / IT energy (kWh); evaporation = m_air · c_p · ΔT / h_fg[2][7]
ASHRAE termalni raspon za ulazni zrak servera.
recommended 18–27 °C · A1 allowable 15–32 °C[3]
Energija UPS baterije troši se sa zaštićenim opterećenjem dok generator ne preuzme.
E_batt(t+Δt) = E_batt − (P_IT + P_fans + P_pumps)/η_UPS · Δt (energy balance); generator ≤ 10 s[6]Pretpostavka: kapaciteti, provodljivost izmjenjivača, veličina čilera i energija baterije su ilustrativne vrijednosti za dvoranu od 1 MW.
Nakon svakog prebacivanja napajanja čileri staju i moraju se ponovo pokrenuti.
chiller restart after any power transfer = 5 min (quick-start; typical 10–15 min)[11]
Emisije iz intenziteta mrežne električne energije ili iz dizela kad generator radi.
CO₂ = P_facility × grid intensity (≈450–650 g/kWh in the scenarios); diesel ≈ 2.69 kg CO₂/L[9][10][13]
Ostale radne konstante koje model koristi.
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 %Pretpostavka: kapaciteti, provodljivost izmjenjivača, veličina čilera i energija baterije su ilustrativne vrijednosti za dvoranu od 1 MW.

Nasumičnost: mulberry32 generator sa seedom; korištene raspodjele — uniformna, eksponencijalna (inverzna CDF), normalna (Box–Muller), Poissonova (Knuth). Seed se prikazuje i može se dijeliti.

Izvori

  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

Ko se time bavi profesionalno

Edukativni model — nije za operativne odluke. Stvarni objekti kalibriraju svaku konstantu prema vlastitoj opremi i podacima.