Sie sind der Facility-Ingenieur eines 1-MW-Rechenzentrumssaals: Kältemaschinen, ein Kaltwasserkreislauf, USV-Batterien und ein Notstromaggregat. Wärme fließt von den Servern an die Luft, ans Wasser und ins Freie — und jedes Watt, das Sie für die Kühlung aufwenden, zeigt sich im PUE.
Das lernen Sie
Wie Wärme durch eine Anlage wandert und warum der Kaltwasserkreislauf in einer Krise Minuten verschafft.
Warum Kältemaschinen an heißen Tagen weniger effizient werden (Carnot-COP) und was PUE und WUE tatsächlich messen.
Wie USV-Batterien und Aggregate bei einem Netzausfall übergeben.
Simulator
Zeit 0 min
Zuluft < 24 °C
Zuluft ≥ 27 °C
Zuluft ≥ 32 °C
◎Kältemaschine läuft
⟳Kältemaschine fährt an (5 min)
✕Kältemaschine ausgelöst (verriegelt bis zum Rücksetzen)
Regler
Kältemaschine Nr. 1…n. Eine neu gestartete Kältemaschine braucht 5 min, bis sie kühlt.
Wärmeres Wasser = bessere Effizienz der Kältemaschine, aber wärmere Server-Zuluft.
Auf später verschobene Batch-Jobs: jetzt weniger Wärme und Leistung.
Nutzt kalte Außenluft über einen Trockenkühler, wenn es kalt genug ist.
Verdunstet Wasser, um die Verflüssigerluft zu kühlen: bessere Effizienz, aber Wasserverbrauch.
Nur nötig, wenn der automatische Start fehlschlägt. Dauert 3 min.
Hebt die Sicherheitsabschaltung einer Kältemaschine auf, sobald der Fehler geprüft wurde; möglich ab 15 min nach der Auslösung.
Kennzahlen
Server-Zulufttemperatur
22,4°C
normal
PUE
1,34
normal
Anlagenleistung
1076kW
USV-Batterie
100%
normal
Kaltwassertemperatur
14,0 °C
COP der Kältemaschine
5,1
IT-Last
803 kW
Laufende Kältemaschinen
2
Verfügbare Kältemaschinen (nicht ausgelöst)
3
Ausgelöste Kältemaschinen (verriegelt)
0
Rücksetzen der Auslösung möglich in
0 min
WUE
0,00 L/kWh
CO₂-Emissionen
484 kg/h
Verlauf
Krisenszenarien
Stufe 1 · Kältemaschinenausfall in der Spitzenlast
Ein heißer Nachmittag, 32 °C draußen. Die IT zieht 850 kW auf zwei von drei Kältemaschinen, und das Kaltwasser läuft zum Energiesparen mit 16 °C — damit liegt die Server-Zuluft nur etwa 2 K unter der von ASHRAE empfohlenen Grenze. Eine Kältemaschine fällt gleich aus. Halten Sie die Zuluft im empfohlenen Bereich, halten Sie die IT-Arbeit am Laufen und bringen Sie die Anlage wieder auf volle Redundanz.
Zuluft nie über 27 °C
Zuluft ≤ 25 °C am Ende (wieder normal)
Mittlere IT-Last ≥ 750 kW (nicht einfach Server abschalten)
Am Ende wieder alle drei Kältemaschinen verfügbar (ausgelöste Einheit zurückgesetzt)
Stufe 2 · Hitzewelle und ein Demand-Response-Abruf
Die Außentemperatur steigt von 30 °C auf 42 °C. Die Kältemaschinen verlieren Leistung und Effizienz. Dann gibt der Netzbetreiber eine Demand-Response-Anforderung aus: die Anlagenleistung dieses Standorts eine halbe Stunde lang unter 900 kW halten.
Zuluft nie über 27 °C
Mittlere Anlagenleistung ≤ 900 kW während der Anforderung
Mittlere IT-Last ≥ 720 kW über das Szenario
Stufe 3 · Netzausfall, Aggregat startet nicht
Das Netz fällt aus. Das Aggregat sollte innerhalb von zehn Sekunden übernehmen — diesmal tut es das nicht. Die Server hängen an USV-Batterien mit etwa zehn Minuten Energie, und die Kältemaschinen sind aus.
Kein IT-Ausfall
Batterie nie unter 72 %
Zuluft nie über 25 °C
Grundlage — das Modell hinter den Zahlen
Jede Beziehung, die der Simulator verwendet, mit ihrer Quelle. Als Annahmen gekennzeichnete Konstanten sind anschauliche Kalibrierungen.
Energiebilanz des Luftknotens: Server erwärmen die Luft, Kühlregister übertragen die Wärme ins Kaltwasser.
C_air · dT_air/dt = P_IT + P_fans − Q_CRAH, Q_CRAH = UA · (T_air − T_chw)[4][11]Annahme: Kapazitäten, Registerleitwert, Größe der Kältemaschine und Batterieenergie sind anschauliche Werte für einen 1-MW-Saal.
Energiebilanz des Wasserknotens: Die thermische Masse des Kreislaufs puffert die Lücke zwischen Wärmelast und Kälteleistung.
Effizienz der Kältemaschine als fester Bruchteil der Carnot-Grenze — sie sinkt, wenn die Außenluft wärmer wird. Die Verdampfertemperatur folgt der tatsächlichen Temperatur des Kaltwasserkreislaufs (2 K darunter), nicht dem Sollwert; ein Kreislauf, der sich nach einer Auslösung erwärmt, hebt den COP daher kurzzeitig an.
COP = 0.45 · T_evap / (T_cond − T_evap), T_evap = T_chw − 2 K, T_cond = T_air,out + 12 K [K][5]Annahme: Kapazitäten, Registerleitwert, Größe der Kältemaschine und Batterieenergie sind anschauliche Werte für einen 1-MW-Saal.
Power Usage Effectiveness: Gesamtleistung der Anlage geteilt durch die IT-Leistung (1,0 ist das Ideal).
Die USV-Batterieenergie wird mit der geschützten Last aufgezehrt, bis das Aggregat übernimmt.
E_batt(t+Δt) = E_batt − (P_IT + P_fans + P_pumps)/η_UPS · Δt (energy balance); generator ≤ 10 s[6]Annahme: Kapazitäten, Registerleitwert, Größe der Kältemaschine und Batterieenergie sind anschauliche Werte für einen 1-MW-Saal.
Nach jeder Stromumschaltung stoppen die Kältemaschinen und müssen neu starten.
chiller restart after any power transfer = 5 min (quick-start; typical 10–15 min)[11]
Emissionen aus der Netzstromintensität oder aus Diesel, wenn das Aggregat läuft.
CO₂ = P_facility × grid intensity (≈450–650 g/kWh in the scenarios); diesel ≈ 2.69 kg CO₂/L[9][10][13]
Weitere Betriebskonstanten, die das Modell verwendet.
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 %Annahme: Kapazitäten, Registerleitwert, Größe der Kältemaschine und Batterieenergie sind anschauliche Werte für einen 1-MW-Saal.
Zufall: ein Mulberry32-Generator mit Seed; verwendete Verteilungen — gleichverteilt, exponentiell (inverse Verteilungsfunktion), normal (Box–Muller), Poisson (Knuth). Der Seed wird angezeigt und lässt sich teilen.