Вы — инженер по эксплуатации зала данных мощностью 1 МВт: чиллеры, контур охлаждённой воды, батареи ИБП и резервный генератор. Тепло идёт от серверов к воздуху, затем к воде и на улицу — и каждый ватт, потраченный на охлаждение, виден в PUE.
Чему вы научитесь
Как тепло перемещается по объекту и почему контур охлаждённой воды выигрывает вам минуты в кризис.
Почему чиллеры теряют эффективность в жаркие дни (COP по Карно) и что на самом деле измеряют PUE и WUE.
Как батареи ИБП и генераторы передают нагрузку друг другу при отключении сети.
Симулятор
Время 0 мин
Вход < 24 °C
Вход ≥ 27 °C
Вход ≥ 32 °C
◎Чиллер работает
⟳Чиллер запускается (5 мин)
✕Чиллер аварийно отключён (блокировка до сброса)
Управление
Чиллер №1…№n. Только что запущенному чиллеру нужно 5 мин, прежде чем он начнёт охлаждать.
Тёплая вода = выше эффективность чиллера, но теплее воздух на входе серверов.
Пакетные задания перенесены на потом: сейчас меньше тепла и потребляемой мощности.
Использует холодный наружный воздух через драйкулер, когда на улице достаточно холодно.
Испаряет воду, чтобы охладить воздух конденсатора: выше эффективность, но расходуется вода.
Нужно, только если автоматический запуск не сработал. Занимает 3 мин.
Сбрасывает аварийное отключение чиллера после проверки неисправности; принимается через 15 мин после отключения.
Показатели
Температура воздуха на входе серверов
22,4°C
норма
PUE
1,34
норма
Мощность объекта
1076kW
Батарея ИБП
100%
норма
Температура охлаждённой воды
14,0 °C
COP чиллера
5,1
ИТ-нагрузка
803 kW
Работающие чиллеры
2
Доступные чиллеры (не отключены аварийно)
3
Чиллеры в аварийном отключении (с блокировкой)
0
Сброс аварии возможен через
0 min
WUE
0,00 L/kWh
Выбросы CO₂
484 kg/h
Динамика
Кризисные сценарии
Уровень 1 · Отключение чиллера на пике
Жаркий день, на улице 32 °C. ИТ-нагрузка 850 кВт на двух из трёх чиллеров, а охлаждённая вода для экономии энергии идёт при 16 °C — из-за этого до рекомендованного предела ASHRAE на входе серверов остаётся лишь около 2 К. Один чиллер вот-вот аварийно отключится. Удержите температуру на входе в рекомендованном диапазоне, сохраните ИТ-работу и верните установке полное резервирование.
На входе никогда не выше 27 °C
На входе ≤ 25 °C в конце (возврат к норме)
Средняя ИТ-нагрузка ≥ 750 кВт (не просто выключайте серверы)
В конце снова доступны все три чиллера (отключившийся агрегат сброшен)
Уровень 2 · Жара и запрос demand response
Наружная температура растёт с 30 °C до 42 °C. Чиллеры теряют мощность и эффективность. Затем оператор сети присылает запрос на сокращение потребления (demand response): держать мощность объекта ниже 900 кВт в течение получаса.
На входе никогда не выше 27 °C
Средняя мощность объекта ≤ 900 кВт во время запроса
Средняя ИТ-нагрузка ≥ 720 кВт за сценарий
Уровень 3 · Отключение сети, генератор не запускается
Сеть пропадает. Генератор должен подхватить нагрузку за десять секунд — но на этот раз этого не происходит. Серверы работают от батарей ИБП с запасом энергии примерно на десять минут, а чиллеры обесточены.
Без ИТ-простоя
Батарея никогда не ниже 72 %
На входе никогда не выше 25 °C
Основа — модель, стоящая за числами
Все зависимости, которые использует симулятор, с источниками. Константы, помеченные как допущения, — иллюстративные калибровки.
Баланс энергии узла воздуха: серверы нагревают воздух, охлаждающие теплообменники передают тепло в охлаждённую воду.
C_air · dT_air/dt = P_IT + P_fans − Q_CRAH, Q_CRAH = UA · (T_air − T_chw)[4][11]Допущение: тепловые ёмкости, проводимость теплообменника, размер чиллера и энергия батареи — иллюстративные значения для зала мощностью 1 МВт.
Баланс энергии узла воды: тепловая масса контура сглаживает разрыв между тепловой нагрузкой и мощностью чиллера.
КПД чиллера как фиксированная доля предела Карно — он падает по мере нагрева наружного воздуха. Температура испарителя следует за фактической температурой контура охлаждённой воды (на 2 К ниже неё), а не за уставкой, поэтому контур, нагревающийся после аварийного отключения, ненадолго повышает 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]Допущение: тепловые ёмкости, проводимость теплообменника, размер чиллера и энергия батареи — иллюстративные значения для зала мощностью 1 МВт.
Эффективность использования энергии: полная мощность объекта к мощности ИТ-оборудования (1,0 — идеал).
Энергия батареи ИБП расходуется вместе с защищаемой нагрузкой, пока не подхватит генератор.
E_batt(t+Δt) = E_batt − (P_IT + P_fans + P_pumps)/η_UPS · Δt (energy balance); generator ≤ 10 s[6]Допущение: тепловые ёмкости, проводимость теплообменника, размер чиллера и энергия батареи — иллюстративные значения для зала мощностью 1 МВт.
После любого переключения питания чиллеры останавливаются и должны перезапуститься.
chiller restart after any power transfer = 5 min (quick-start; typical 10–15 min)[11]
Выбросы по углеродоёмкости сетевой электроэнергии или от дизельного топлива, когда работает генератор.
CO₂ = P_facility × grid intensity (≈450–650 g/kWh in the scenarios); diesel ≈ 2.69 kg CO₂/L[9][10][13]
Прочие рабочие константы, используемые моделью.
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 %Допущение: тепловые ёмкости, проводимость теплообменника, размер чиллера и энергия батареи — иллюстративные значения для зала мощностью 1 МВт.
Случайность: генератор mulberry32 с seed; используемые распределения — равномерное, экспоненциальное (обратная CDF), нормальное (Бокса — Мюллера), Пуассона (Кнут). Seed показан и им можно делиться.
Руководители эксплуатации объектов — Поддерживают работу систем электроснабжения, охлаждения и инженерных систем здания, планируют обслуживание и руководят реагированием на инциденты. Профиль профессии (O*NET, Министерство труда США) 11-3013.00