🔋 Duomenų centro energetika Gyvas modelis

Pagrindas — modelis už skaičių

Kiekviena simuliatoriaus naudojama priklausomybė su savo šaltiniu. Konstantos, pažymėtos kaip prielaidos, yra iliustraciniai kalibravimai.

Oro mazgo energijos balansas: serveriai šildo orą, vėsinimo ritės perduoda šilumą į šaltą vandenį.

C_air · dT_air/dt = P_IT + P_fans − Q_CRAH, Q_CRAH = UA · (T_air − T_chw)[4][11]Prielaida: talpos, ritės laidumas, čilerio dydis ir akumuliatoriaus energija yra iliustracinės vertės 1 MW salei.

Vandens mazgo energijos balansas: kontūro šiluminė masė amortizuoja skirtumą tarp šilumos apkrovos ir čilerio pajėgumo.

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

Čilerio efektyvumas kaip pastovi Karno ribos dalis — jis mažėja, kai lauke tampa karščiau. Garintuvo temperatūra seka faktinę šalto vandens kontūro temperatūrą (2 K žemiau jos), o ne užduotą temperatūrą, todėl po atjungimo šylantis kontūras trumpam padidina 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]Prielaida: talpos, ritės laidumas, čilerio dydis ir akumuliatoriaus energija yra iliustracinės vertės 1 MW salei.

Energijos naudojimo efektyvumas: bendra objekto galia, padalyta iš IT galios (1,0 yra idealas).

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

Vandens naudojimo efektyvumas; išgaravęs vanduo apskaičiuojamas pagal energiją, reikalingą kondensatoriaus orui vėsinti.

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

ASHRAE šiluminė gaubtinė serverių įleidžiamam orui.

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

UPS akumuliatoriaus energija senka dėl saugomos apkrovos, kol generatorius perima darbą.

E_batt(t+Δt) = E_batt − (P_IT + P_fans + P_pumps)/η_UPS · Δt (energy balance); generator ≤ 10 s[6]Prielaida: talpos, ritės laidumas, čilerio dydis ir akumuliatoriaus energija yra iliustracinės vertės 1 MW salei.

Po bet kokio perjungimo čileriai sustoja ir turi būti paleisti iš naujo.

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

Išmetamas kiekis pagal tinklo elektros intensyvumą arba pagal dyzeliną, kai veikia generatorius.

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

Kitos modelio naudojamos darbo konstantos.

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 %Prielaida: talpos, ritės laidumas, čilerio dydis ir akumuliatoriaus energija yra iliustracinės vertės 1 MW salei.

Atsitiktinumas: mulberry32 generatorius su pradiniu skaičiumi; naudojami skirstiniai — tolygusis, eksponentinis (atvirkštinė pasiskirstymo funkcija), normalusis (Box–Muller), Puasono (Knuth). Pradinis skaičius rodomas ir juo galima dalytis.

Šaltiniai

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