Energie van datacenters Live model

Je bent de facility engineer van een datazaal van 1 MW: koelmachines, een koelwaterlus, UPS-batterijen en een noodgenerator. Warmte stroomt van servers naar lucht, naar water en naar buiten — en elke watt die je aan koeling besteedt, zie je terug in de PUE.

Wat je gaat leren

Simulator

Tijd 0 min
Inlaattemperatuur server 22,4 °C · Koelmachines in bedrijf 2/3 · Uitgevallen koelmachines (vergrendeld) 0 · UPS-batterij 100% · 25 °C22,4 °C · IT 803 kW#1#2#3UPS 100%⚡ net · 🔌🌡 25 °C · COP 5,1 · PUE 1,34
  • Inlaat < 24 °C
  • Inlaat ≥ 27 °C
  • Inlaat ≥ 32 °C
  • Koelmachine draait
  • Koelmachine start op (5 min)
  • Koelmachine uitgevallen (vergrendeld tot reset)

Bediening

Koelmachine nr. 1…n. Een net gestarte koelmachine heeft 5 min nodig voordat hij koelt.

Warmer water = betere efficiëntie van de koelmachine, maar warmere serverinlaten.

Batchtaken die naar later worden verschoven: nu minder warmte en vermogen.

Gebruikt koude buitenlucht via een droge koeler als het koud genoeg is.

Verdampt water om de condensorlucht te koelen: betere efficiëntie, maar meer waterverbruik.

Alleen nodig als de automatische start mislukt. Duurt 3 min.

Heft een veiligheidsuitschakeling van een koelmachine op zodra de storing is gecontroleerd; geaccepteerd vanaf 15 min na de uitschakeling.

Indicatoren

Inlaattemperatuur server
22,4°C
normaal
PUE
1,34
normaal
Vermogen locatie
1076kW
UPS-batterij
100%
normaal
Koelwatertemperatuur14,0 °C
COP koelmachine5,1
IT-belasting803 kW
Koelmachines in bedrijf2
Beschikbare koelmachines (niet uitgevallen)3
Uitgevallen koelmachines (vergrendeld)0
Reset na uitval mogelijk over0 min
WUE0,00 L/kWh
CO₂-uitstoot484 kg/h

Trend

Inlaattemperatuur server: — °C40,015,0

Crisisscenario’s

Niveau 1 · Koelmachine valt uit tijdens piek

Een hete middag, 32 °C buiten. IT trekt 850 kW met twee van de drie koelmachines, en het koelwater draait op 16 °C om energie te besparen — waardoor de serverinlaten maar ongeveer 2 K onder de door ASHRAE aanbevolen grens zitten. Eén koelmachine staat op het punt uit te vallen. Houd de inlaten binnen het aanbevolen bereik, houd het IT-werk draaiende en breng de installatie terug naar volledige redundantie.

  • Inlaat nooit boven 27 °C
  • Inlaat ≤ 25 °C aan het eind (terug naar normaal)
  • Gemiddelde IT-belasting ≥ 750 kW (zet servers niet gewoon uit)
  • Alle drie de koelmachines weer beschikbaar aan het eind (uitgevallen eenheid gereset)

Niveau 2 · Hittegolf en een demand-response-verzoek

De buitentemperatuur loopt op van 30 °C naar 42 °C. De koelmachines verliezen capaciteit en efficiëntie. Dan stuurt de netbeheerder een demand-response-verzoek: houd het vermogen van deze locatie een half uur onder 900 kW.

  • Inlaat nooit boven 27 °C
  • Gemiddeld vermogen locatie ≤ 900 kW tijdens het verzoek
  • Gemiddelde IT-belasting ≥ 720 kW over het scenario

Niveau 3 · Netuitval, generator start niet

Het net valt uit. De generator hoort binnen tien seconden over te nemen — dit keer gebeurt dat niet. De servers draaien op UPS-batterijen met grofweg tien minuten energie, en de koelmachines staan uit.

  • Geen IT-uitval
  • Batterij nooit onder 72 %
  • Inlaat nooit boven 25 °C

Grondslag — het model achter de getallen

Elk verband dat de simulator gebruikt, met bron. Constanten die als aanname zijn gemarkeerd, zijn illustratieve kalibraties.

Energiebalans van het luchtknooppunt: servers verwarmen de lucht, koelbatterijen brengen warmte over naar het koelwater.
C_air · dT_air/dt = P_IT + P_fans − Q_CRAH, Q_CRAH = UA · (T_air − T_chw)[4][11]Aanname: capaciteiten, warmtegeleiding van de koelbatterij, grootte van de koelmachine en batterij-energie zijn illustratieve waarden voor een zaal van 1 MW.
Energiebalans van het waterknooppunt: de thermische massa van de lus vangt het verschil tussen warmtebelasting en koelmachinecapaciteit op.
C_w · dT_chw/dt = Q_CRAH − Q_chillers − Q_econ, C_w = 20 m³ × 4186 J/(kg·K)[4]
Efficiëntie van de koelmachine als vast deel van de Carnot-limiet — ze daalt naarmate de buitenlucht warmer wordt. De verdampertemperatuur volgt de werkelijke temperatuur van de koelwaterlus (2 K eronder), niet het setpoint, dus een lus die na een uitval opwarmt, verhoogt de COP kortstondig.
COP = 0.45 · T_evap / (T_cond − T_evap), T_evap = T_chw − 2 K, T_cond = T_air,out + 12 K [K][5]Aanname: capaciteiten, warmtegeleiding van de koelbatterij, grootte van de koelmachine en batterij-energie zijn illustratieve waarden voor een zaal van 1 MW.
Power usage effectiveness: totaal vermogen van de locatie gedeeld door het IT-vermogen (1,0 is het ideaal).
PUE = P_facility / P_IT[1][12][8]
Water usage effectiveness; verdampt water uit de energie die nodig is om de condensorlucht te koelen.
WUE = water (L) / IT energy (kWh); evaporation = m_air · c_p · ΔT / h_fg[2][7]
ASHRAE-thermisch bereik voor de inlaatlucht van servers.
recommended 18–27 °C · A1 allowable 15–32 °C[3]
De UPS-batterij loopt leeg met de beschermde belasting totdat de generator het overneemt.
E_batt(t+Δt) = E_batt − (P_IT + P_fans + P_pumps)/η_UPS · Δt (energy balance); generator ≤ 10 s[6]Aanname: capaciteiten, warmtegeleiding van de koelbatterij, grootte van de koelmachine en batterij-energie zijn illustratieve waarden voor een zaal van 1 MW.
Na elke stroomoverschakeling stoppen de koelmachines en moeten ze opnieuw starten.
chiller restart after any power transfer = 5 min (quick-start; typical 10–15 min)[11]
Emissies uit de koolstofintensiteit van netstroom, of uit diesel wanneer de generator draait.
CO₂ = P_facility × grid intensity (≈450–650 g/kWh in the scenarios); diesel ≈ 2.69 kg CO₂/L[9][10][13]
Overige bedrijfsconstanten die het model gebruikt.
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 %Aanname: capaciteiten, warmtegeleiding van de koelbatterij, grootte van de koelmachine en batterij-energie zijn illustratieve waarden voor een zaal van 1 MW.

Willekeur: een mulberry32-generator met seed; gebruikte verdelingen — uniform, exponentieel (inverse CDF), normaal (Box–Muller), Poisson (Knuth). De seed wordt getoond en kan worden gedeeld.

Bronnen

  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

Wie dit beroepsmatig doet

Educatief model — niet bedoeld voor operationele beslissingen. Echte locaties stemmen elke constante af op hun eigen apparatuur en gegevens.