Energia de centros de dados Modelo em tempo real

É o engenheiro de instalações de uma sala de dados de 1 MW: chillers, um circuito de água refrigerada, baterias UPS e um gerador de reserva. O calor flui dos servidores para o ar, para a água e para o exterior — e cada watt gasto em arrefecimento aparece no PUE.

O que vai aprender

Simulador

Tempo 0 min
Temperatura de entrada dos servidores 22,4 °C · Chillers em funcionamento 2/3 · Chillers disparados (bloqueados) 0 · Bateria UPS 100% · 25 °C22,4 °C · IT 803 kW#1#2#3UPS 100%⚡ rede · 🔌🌡 25 °C · COP 5,1 · PUE 1,34
  • Entrada < 24 °C
  • Entrada ≥ 27 °C
  • Entrada ≥ 32 °C
  • Chiller em funcionamento
  • Chiller a arrancar (5 min)
  • Chiller disparado (bloqueado até ao rearme)

Controlos

Chiller n.º 1…n. Um chiller recém-arrancado precisa de 5 min antes de arrefecer.

Água mais quente = melhor eficiência do chiller, mas entradas dos servidores mais quentes.

Tarefas em lote adiadas: menos calor e potência agora.

Usa ar exterior frio através de um arrefecedor seco quando está suficientemente frio.

Evapora água para arrefecer o ar do condensador: melhor eficiência, mas mais consumo de água.

Só é necessário se o arranque automático falhar. Demora 3 min.

Limpa o disparo de segurança de um chiller depois de verificada a avaria; aceite a partir de 15 min após o disparo.

Indicadores

Temperatura de entrada dos servidores
22,4°C
normal
PUE
1,34
normal
Potência da instalação
1076kW
Bateria UPS
100%
normal
Temperatura da água refrigerada14,0 °C
COP do chiller5,1
Carga de TI803 kW
Chillers em funcionamento2
Chillers disponíveis (não disparados)3
Chillers disparados (bloqueados)0
Rearme do disparo possível em0 min
WUE0,00 L/kWh
Emissões de CO₂484 kg/h

Tendência

Temperatura de entrada dos servidores: — °C40,015,0

Cenários de crise

Nível 1 · Disparo de um chiller no pico

Uma tarde quente, 32 °C no exterior. A TI consome 850 kW em dois de três chillers, e a água refrigerada circula a 16 °C para poupar energia — o que deixa as entradas dos servidores apenas cerca de 2 K abaixo do limite recomendado pela ASHRAE. Um chiller está prestes a disparar. Mantenha as entradas dentro da gama recomendada, mantenha o trabalho de TI a correr e reponha a redundância total da central.

  • Entrada nunca acima de 27 °C
  • Entrada ≤ 25 °C no final (de volta ao normal)
  • Carga de TI média ≥ 750 kW (não se limite a desligar servidores)
  • Os três chillers novamente disponíveis no final (unidade disparada rearmada)

Nível 2 · Onda de calor e um pedido de resposta à procura

A temperatura exterior sobe de 30 °C para 42 °C. Os chillers perdem capacidade e eficiência. Depois o operador da rede emite um pedido de resposta à procura: mantenha a potência da instalação deste local abaixo de 900 kW durante meia hora.

  • Entrada nunca acima de 27 °C
  • Potência média da instalação ≤ 900 kW durante o pedido
  • Carga de TI média ≥ 720 kW ao longo do cenário

Nível 3 · Falha da rede, o gerador não arranca

A rede cai. O gerador deveria assumir em dez segundos — desta vez não assume. Os servidores estão em baterias UPS com cerca de dez minutos de energia, e os chillers estão às escuras.

  • Sem paragem de TI
  • Bateria nunca abaixo de 72 %
  • Entrada nunca acima de 25 °C

Base — o modelo por trás dos números

Todas as relações que o simulador usa, com a respetiva fonte. As constantes marcadas como pressupostos são calibrações ilustrativas.

Balanço de energia do nó de ar: os servidores aquecem o ar, as serpentinas de arrefecimento passam o calor para a água refrigerada.
C_air · dT_air/dt = P_IT + P_fans − Q_CRAH, Q_CRAH = UA · (T_air − T_chw)[4][11]Pressuposto: capacidades térmicas, condutância da serpentina, dimensão do chiller e energia da bateria são valores ilustrativos para uma sala de 1 MW.
Balanço de energia do nó de água: a massa térmica do circuito amortece a diferença entre a carga térmica e a capacidade do chiller.
C_w · dT_chw/dt = Q_CRAH − Q_chillers − Q_econ, C_w = 20 m³ × 4186 J/(kg·K)[4]
Eficiência do chiller como fração fixa do limite de Carnot — diminui à medida que o ar exterior aquece. A temperatura do evaporador segue a temperatura real do circuito de água refrigerada (2 K abaixo dela), não o ponto de ajuste, pelo que um circuito que aquece após um disparo faz subir brevemente o 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]Pressuposto: capacidades térmicas, condutância da serpentina, dimensão do chiller e energia da bateria são valores ilustrativos para uma sala de 1 MW.
Power usage effectiveness: potência total da instalação sobre a potência de TI (1,0 é o ideal).
PUE = P_facility / P_IT[1][12][8]
Water usage effectiveness; água evaporada em relação à energia necessária para arrefecer o ar do condensador.
WUE = water (L) / IT energy (kWh); evaporation = m_air · c_p · ΔT / h_fg[2][7]
Envelope térmico ASHRAE para o ar de entrada dos servidores.
recommended 18–27 °C · A1 allowable 15–32 °C[3]
A energia da bateria UPS esgota-se com a carga protegida até o gerador assumir.
E_batt(t+Δt) = E_batt − (P_IT + P_fans + P_pumps)/η_UPS · Δt (energy balance); generator ≤ 10 s[6]Pressuposto: capacidades térmicas, condutância da serpentina, dimensão do chiller e energia da bateria são valores ilustrativos para uma sala de 1 MW.
Após qualquer transferência de energia, os chillers param e têm de voltar a arrancar.
chiller restart after any power transfer = 5 min (quick-start; typical 10–15 min)[11]
Emissões a partir da intensidade carbónica da eletricidade da rede, ou do gasóleo quando o gerador está a funcionar.
CO₂ = P_facility × grid intensity (≈450–650 g/kWh in the scenarios); diesel ≈ 2.69 kg CO₂/L[9][10][13]
Outras constantes de funcionamento usadas pelo modelo.
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 %Pressuposto: capacidades térmicas, condutância da serpentina, dimensão do chiller e energia da bateria são valores ilustrativos para uma sala de 1 MW.

Aleatoriedade: um gerador mulberry32 com semente; distribuições usadas — uniforme, exponencial (inversa da CDF), normal (Box–Muller), Poisson (Knuth). A semente é apresentada e partilhável.

Fontes

  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

Quem faz isto profissionalmente

Modelo educativo — não para decisões operacionais. Os locais reais calibram cada constante para o seu próprio equipamento e dados.