🔋 אנרגיה במרכזי נתונים מודל חי

בסיס — המודל שמאחורי המספרים

כל יחס שהסימולטור משתמש בו, עם המקור שלו. קבועים המסומנים כהנחות הם כיולים להמחשה.

מאזן אנרגיה של צומת האוויר: השרתים מחממים את האוויר, וסלילי הקירור מעבירים חום למים המקוררים.

C_air · dT_air/dt = P_IT + P_fans − Q_CRAH, Q_CRAH = UA · (T_air − T_chw)[4][11]הנחה: קיבולי חום, מוליכות הסליל, גודל הצ'ילר ואנרגיית הסוללה הם ערכים להמחשה עבור אולם של 1 MW.

מאזן אנרגיה של צומת המים: המסה התרמית של הלולאה מקזזת את הפער בין עומס החום לקיבולת הצ'ילר.

C_w · dT_chw/dt = Q_CRAH − Q_chillers − Q_econ, C_w = 20 m³ × 4186 J/(kg·K)[4]

יעילות הצ'ילר כשבר קבוע ממגבלת קרנו — היא יורדת ככל שהאוויר בחוץ חם יותר. טמפרטורת המאייד עוקבת אחר הטמפרטורה בפועל של לולאת המים המקוררים (2 K מתחתיה), לא אחר נקודת הכוונון, ולכן לולאה שמתחממת אחרי קפיצה מעלה לזמן קצר את ה-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]הנחה: קיבולי חום, מוליכות הסליל, גודל הצ'ילר ואנרגיית הסוללה הם ערכים להמחשה עבור אולם של 1 MW.

Power usage effectiveness: הספק המתקן הכולל חלקי הספק ה-IT (1.0 הוא האידיאל).

PUE = P_facility / P_IT[1][12][8]

Water usage effectiveness; מים שהתאדו מתוך האנרגיה הנדרשת לקירור אוויר הקונדנסר.

WUE = water (L) / IT energy (kWh); evaporation = m_air · c_p · ΔT / h_fg[2][7]

מעטפת התנאים התרמיים של ASHRAE לאוויר הנכנס לשרתים.

recommended 18–27 °C · A1 allowable 15–32 °C[3]

אנרגיית סוללת ה-UPS מתרוקנת עם העומס המוגן עד שהגנרטור משתלט.

E_batt(t+Δt) = E_batt − (P_IT + P_fans + P_pumps)/η_UPS · Δt (energy balance); generator ≤ 10 s[6]הנחה: קיבולי חום, מוליכות הסליל, גודל הצ'ילר ואנרגיית הסוללה הם ערכים להמחשה עבור אולם של 1 MW.

אחרי כל מעבר חשמל הצ'ילרים נעצרים וצריכים להתחיל מחדש.

chiller restart after any power transfer = 5 min (quick-start; typical 10–15 min)[11]

פליטות לפי עצימות הפליטה של חשמל הרשת, או מסולר כשהגנרטור פועל.

CO₂ = P_facility × grid intensity (≈450–650 g/kWh in the scenarios); diesel ≈ 2.69 kg CO₂/L[9][10][13]

קבועים תפעוליים נוספים שהמודל משתמש בהם.

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 %הנחה: קיבולי חום, מוליכות הסליל, גודל הצ'ילר ואנרגיית הסוללה הם ערכים להמחשה עבור אולם של 1 MW.

אקראיות: מחולל mulberry32 עם זרע; ההתפלגויות שבשימוש — אחידה, מעריכית (CDF הפוך), נורמלית (Box–Muller), פואסון (Knuth). הזרע מוצג וניתן לשיתוף.

מקורות

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