Energi pusat data Model langsung

Anda adalah insinyur fasilitas ruang data 1 MW: chiller, loop air dingin, baterai UPS, dan generator siaga. Panas mengalir dari server ke udara, ke air, lalu ke luar ruangan — dan setiap watt yang Anda pakai untuk pendinginan tampak pada PUE.

Apa yang akan Anda pelajari

Simulator

Waktu 0 mnt
Suhu inlet server 22,4 °C · Chiller menyala 2/3 · Chiller trip (terkunci) 0 · Baterai UPS 100% · 25 °C22,4 °C · IT 803 kW#1#2#3UPS 100%⚡ jaringan · 🔌🌡 25 °C · COP 5,1 · PUE 1,34
  • Inlet < 24 °C
  • Inlet ≥ 27 °C
  • Inlet ≥ 32 °C
  • Chiller menyala
  • Chiller mulai menyala (5 mnt)
  • Chiller trip (terkunci sampai di-reset)

Kontrol

Chiller #1…#n. Chiller yang baru dinyalakan butuh 5 menit sebelum mendinginkan.

Air lebih hangat = efisiensi chiller lebih baik, tetapi inlet server lebih hangat.

Pekerjaan batch ditunda ke nanti: panas dan daya berkurang sekarang.

Memakai udara luar yang dingin melalui dry cooler saat cukup dingin.

Menguapkan air untuk mendinginkan udara kondensor: efisiensi lebih baik, tetapi memakai air.

Hanya perlu jika penyalaan otomatis gagal. Butuh 3 menit.

Menghapus trip pengaman chiller setelah gangguannya diperiksa; diterima mulai 15 mnt setelah trip.

Indikator

Suhu inlet server
22,4°C
normal
PUE
1,34
normal
Daya fasilitas
1076kW
Baterai UPS
100%
normal
Suhu air dingin14,0 °C
COP chiller5,1
Beban IT803 kW
Chiller menyala2
Chiller tersedia (tidak trip)3
Chiller trip (terkunci)0
Reset trip bisa dalam0 min
WUE0,00 L/kWh
Emisi CO₂484 kg/h

Tren

Suhu inlet server: — °C40,015,0

Skenario krisis

Level 1 · Chiller trip saat beban puncak

Sore yang panas, 32 °C di luar. IT menarik 850 kW dengan dua dari tiga chiller, dan air dingin dijalankan pada 16 °C untuk menghemat energi — sehingga inlet server hanya sekitar 2 K di bawah batas rekomendasi ASHRAE. Satu chiller hampir trip. Jaga inlet tetap dalam rentang rekomendasi, jaga pekerjaan IT tetap berjalan, dan kembalikan sistem ke redundansi penuh.

  • Inlet tidak pernah di atas 27 °C
  • Inlet ≤ 25 °C di akhir (kembali normal)
  • Rata-rata beban IT ≥ 750 kW (jangan sekadar mematikan server)
  • Ketiga chiller kembali tersedia di akhir (unit yang trip sudah di-reset)

Level 2 · Gelombang panas dan panggilan demand response

Suhu luar naik dari 30 °C ke 42 °C. Chiller kehilangan kapasitas dan efisiensi. Lalu operator jaringan mengeluarkan permintaan demand response: jaga daya fasilitas situs ini di bawah 900 kW selama setengah jam.

  • Inlet tidak pernah di atas 27 °C
  • Rata-rata daya fasilitas ≤ 900 kW selama permintaan
  • Rata-rata beban IT ≥ 720 kW sepanjang skenario

Level 3 · Jaringan padam, generator gagal menyala

Jaringan listrik putus. Generator seharusnya mengambil alih dalam sepuluh detik — kali ini tidak. Server berjalan dengan baterai UPS dengan energi sekitar sepuluh menit, dan chiller mati.

  • Tidak ada pemadaman IT
  • Baterai tidak pernah di bawah 72 %
  • Inlet tidak pernah di atas 25 °C

Dasar — model di balik angka

Setiap hubungan yang dipakai simulator, beserta sumbernya. Konstanta yang ditandai sebagai asumsi adalah kalibrasi ilustratif.

Neraca energi simpul udara: server memanaskan udara, koil pendingin memindahkan panas ke air dingin.
C_air · dT_air/dt = P_IT + P_fans − Q_CRAH, Q_CRAH = UA · (T_air − T_chw)[4][11]Asumsi: kapasitansi, konduktansi koil, ukuran chiller, dan energi baterai adalah nilai ilustratif untuk ruang data 1 MW.
Neraca energi simpul air: massa termal loop menyangga selisih antara beban panas dan kapasitas chiller.
C_w · dT_chw/dt = Q_CRAH − Q_chillers − Q_econ, C_w = 20 m³ × 4186 J/(kg·K)[4]
Efisiensi chiller sebagai fraksi tetap dari batas Carnot — turun saat udara luar makin panas. Suhu evaporator mengikuti suhu aktual loop air dingin (2 K di bawahnya), bukan setpoint, sehingga loop yang menghangat setelah trip menaikkan COP sesaat.
COP = 0.45 · T_evap / (T_cond − T_evap), T_evap = T_chw − 2 K, T_cond = T_air,out + 12 K [K][5]Asumsi: kapasitansi, konduktansi koil, ukuran chiller, dan energi baterai adalah nilai ilustratif untuk ruang data 1 MW.
Power usage effectiveness: daya total fasilitas dibagi daya IT (1,0 adalah ideal).
PUE = P_facility / P_IT[1][12][8]
Water usage effectiveness; air yang menguap dihitung dari energi yang dibutuhkan untuk mendinginkan udara kondensor.
WUE = water (L) / IT energy (kWh); evaporation = m_air · c_p · ΔT / h_fg[2][7]
Rentang termal ASHRAE untuk udara inlet server.
recommended 18–27 °C · A1 allowable 15–32 °C[3]
Energi baterai UPS terkuras oleh beban yang dilindungi sampai generator mengambil alih.
E_batt(t+Δt) = E_batt − (P_IT + P_fans + P_pumps)/η_UPS · Δt (energy balance); generator ≤ 10 s[6]Asumsi: kapasitansi, konduktansi koil, ukuran chiller, dan energi baterai adalah nilai ilustratif untuk ruang data 1 MW.
Setelah perpindahan daya apa pun, chiller berhenti dan harus dinyalakan ulang.
chiller restart after any power transfer = 5 min (quick-start; typical 10–15 min)[11]
Emisi dari intensitas listrik jaringan, atau dari solar saat generator berjalan.
CO₂ = P_facility × grid intensity (≈450–650 g/kWh in the scenarios); diesel ≈ 2.69 kg CO₂/L[9][10][13]
Konstanta operasi lain yang dipakai model.
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 %Asumsi: kapasitansi, konduktansi koil, ukuran chiller, dan energi baterai adalah nilai ilustratif untuk ruang data 1 MW.

Keacakan: generator mulberry32 ber-seed; distribusi yang dipakai — seragam, eksponensial (CDF invers), normal (Box–Muller), Poisson (Knuth). Seed ditampilkan dan dapat dibagikan.

Sumber

  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

Siapa yang melakukan ini sebagai profesi

Model edukasi — bukan untuk keputusan operasional. Situs nyata mengkalibrasi setiap konstanta sesuai peralatan dan data mereka sendiri.