Energia centrum danych Model na żywo

Jesteś inżynierem obiektu hali danych o mocy 1 MW: agregaty chłodnicze, obieg wody lodowej, akumulatory UPS i generator rezerwowy. Ciepło płynie z serwerów do powietrza, do wody i na zewnątrz — a każdy wat wydany na chłodzenie widać we wskaźniku PUE.

Czego się nauczysz

Symulator

Czas 0 min
Temperatura wlotu serwerów 22,4 °C · Pracujące agregaty 2/3 · Agregaty wyłączone awaryjnie (zablokowane) 0 · Akumulator UPS 100% · 25 °C22,4 °C · IT 803 kW#1#2#3UPS 100%⚡ sieć · 🔌🌡 25 °C · COP 5,1 · PUE 1,34
  • Wlot < 24 °C
  • Wlot ≥ 27 °C
  • Wlot ≥ 32 °C
  • Agregat pracuje
  • Agregat się uruchamia (5 min)
  • Agregat wyłączony awaryjnie (zablokowany do resetu)

Sterowanie

Agregaty nr 1…n. Nowo uruchomiony agregat potrzebuje 5 min, zanim zacznie chłodzić.

Cieplejsza woda = lepsza sprawność agregatu, ale cieplejsze wloty serwerów.

Zadania wsadowe przesunięte na później: teraz mniej ciepła i mocy.

Wykorzystuje zimne powietrze zewnętrzne przez chłodnicę suchą, gdy jest wystarczająco zimno.

Odparowuje wodę, by schłodzić powietrze skraplacza: lepsza sprawność, ale większe zużycie wody.

Potrzebne tylko wtedy, gdy start automatyczny zawiedzie. Trwa 3 min.

Kasuje awaryjne wyłączenie agregatu po sprawdzeniu usterki; przyjmowane od 15 min po wyłączeniu.

Wskaźniki

Temperatura wlotu serwerów
22,4°C
normalny
PUE
1,34
normalny
Moc obiektu
1076kW
Akumulator UPS
100%
normalny
Temperatura wody lodowej14,0 °C
COP agregatu5,1
Obciążenie IT803 kW
Pracujące agregaty2
Dostępne agregaty (niewyłączone)3
Agregaty wyłączone awaryjnie (zablokowane)0
Reset wyłączenia możliwy za0 min
WUE0,00 L/kWh
Emisje CO₂484 kg/h

Trend

Temperatura wlotu serwerów: — °C40,015,0

Scenariusze kryzysowe

Poziom 1 · Awaria agregatu w szczycie

Gorące popołudnie, na zewnątrz 32 °C. IT pobiera 850 kW na dwóch z trzech agregatów, a woda lodowa ma 16 °C, by oszczędzać energię — co zostawia wlotom serwerów tylko ok. 2 K zapasu do zalecanej granicy ASHRAE. Jeden agregat zaraz wyłączy się awaryjnie. Utrzymaj wloty w zalecanym zakresie, nie przerywaj pracy IT i przywróć instalacji pełną redundancję.

  • Wlot nigdy powyżej 27 °C
  • Wlot ≤ 25 °C na końcu (powrót do normy)
  • Średnie obciążenie IT ≥ 750 kW (nie wyłączaj po prostu serwerów)
  • Na końcu znów dostępne wszystkie trzy agregaty (wyłączony agregat zresetowany)

Poziom 2 · Fala upałów i żądanie redukcji zapotrzebowania

Temperatura zewnętrzna rośnie z 30 °C do 42 °C. Agregaty tracą wydajność i sprawność. Potem operator sieci wydaje żądanie redukcji zapotrzebowania: utrzymaj moc obiektu poniżej 900 kW przez pół godziny.

  • Wlot nigdy powyżej 27 °C
  • Średnia moc obiektu ≤ 900 kW w czasie żądania
  • Średnie obciążenie IT ≥ 720 kW w całym scenariuszu

Poziom 3 · Awaria sieci, generator nie startuje

Sieć pada. Generator powinien przejąć zasilanie w ciągu dziesięciu sekund — tym razem nie przejmuje. Serwery pracują na akumulatorach UPS z energią na około dziesięć minut, a agregaty chłodnicze nie działają.

  • Brak przerwy w pracy IT
  • Akumulator nigdy poniżej 72 %
  • Wlot nigdy powyżej 25 °C

Podstawa — model stojący za liczbami

Każda zależność używana przez symulator, wraz ze źródłem. Stałe oznaczone jako założenia to kalibracje poglądowe.

Bilans energii węzła powietrza: serwery ogrzewają powietrze, a wężownice chłodzące przenoszą ciepło do wody lodowej.
C_air · dT_air/dt = P_IT + P_fans − Q_CRAH, Q_CRAH = UA · (T_air − T_chw)[4][11]Założenie: pojemności cieplne, przewodność wężownicy, wielkość agregatu i energia akumulatora to wartości poglądowe dla hali 1 MW.
Bilans energii węzła wody: bezwładność cieplna obiegu buforuje różnicę między obciążeniem cieplnym a wydajnością agregatu.
C_w · dT_chw/dt = Q_CRAH − Q_chillers − Q_econ, C_w = 20 m³ × 4186 J/(kg·K)[4]
Sprawność agregatu jako stały ułamek granicy Carnota — spada, gdy powietrze zewnętrzne się nagrzewa. Temperatura parownika podąża za rzeczywistą temperaturą obiegu wody lodowej (2 K poniżej niej), a nie za nastawą, więc obieg, który nagrzewa się po wyłączeniu awaryjnym, na krótko podnosi 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]Założenie: pojemności cieplne, przewodność wężownicy, wielkość agregatu i energia akumulatora to wartości poglądowe dla hali 1 MW.
Power usage effectiveness: moc całego obiektu podzielona przez moc IT (1,0 to ideał).
PUE = P_facility / P_IT[1][12][8]
Water usage effectiveness; woda odparowana w stosunku do energii potrzebnej do schłodzenia powietrza skraplacza.
WUE = water (L) / IT energy (kWh); evaporation = m_air · c_p · ΔT / h_fg[2][7]
Obwiednia cieplna ASHRAE dla powietrza wlotowego serwerów.
recommended 18–27 °C · A1 allowable 15–32 °C[3]
Energia akumulatora UPS wyczerpuje się wraz z chronionym obciążeniem, aż generator przejmie zasilanie.
E_batt(t+Δt) = E_batt − (P_IT + P_fans + P_pumps)/η_UPS · Δt (energy balance); generator ≤ 10 s[6]Założenie: pojemności cieplne, przewodność wężownicy, wielkość agregatu i energia akumulatora to wartości poglądowe dla hali 1 MW.
Po każdym przełączeniu zasilania agregaty zatrzymują się i muszą wystartować ponownie.
chiller restart after any power transfer = 5 min (quick-start; typical 10–15 min)[11]
Emisje wynikające z intensywności emisji energii z sieci lub z oleju napędowego, gdy pracuje generator.
CO₂ = P_facility × grid intensity (≈450–650 g/kWh in the scenarios); diesel ≈ 2.69 kg CO₂/L[9][10][13]
Pozostałe stałe robocze używane w modelu.
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 %Założenie: pojemności cieplne, przewodność wężownicy, wielkość agregatu i energia akumulatora to wartości poglądowe dla hali 1 MW.

Losowość: generator mulberry32 z ziarnem; użyte rozkłady — jednostajny, wykładniczy (odwrotna dystrybuanta), normalny (Box–Muller), Poissona (Knuth). Ziarno jest widoczne i można je udostępnić.

Źródła

  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

Kto się tym zajmuje zawodowo

Model edukacyjny — nie do decyzji operacyjnych. Prawdziwe obiekty kalibrują każdą stałą do własnego sprzętu i danych.