Energia dátového centra Živý model

Ste inžinier zariadenia dátovej haly s výkonom 1 MW: chillery, okruh chladenej vody, batérie UPS a záložný generátor. Teplo tečie zo serverov do vzduchu, do vody a von — a každý watt minutý na chladenie sa prejaví v PUE.

Čo sa naučíte

Simulátor

Čas 0 min
Vstupná teplota serverov 22,4 °C · Bežiace chillery 2/3 · Chillery vypnuté poruchou (zablokované) 0 · Batéria UPS 100% · 25 °C22,4 °C · IT 803 kW#1#2#3UPS 100%⚡ sieť · 🔌🌡 25 °C · COP 5,1 · PUE 1,34
  • Vstup < 24 °C
  • Vstup ≥ 27 °C
  • Vstup ≥ 32 °C
  • Chiller beží
  • Chiller sa spúšťa (5 min)
  • Chiller vypnutý poruchou (zablokovaný do resetu)

Ovládanie

Chiller č. 1…n. Novo spustený chiller potrebuje 5 min, kým začne chladiť.

Teplejšia voda = lepšia účinnosť chilleru, ale teplejší vstupný vzduch serverov.

Dávkové úlohy odložené na neskôr: teraz menej tepla a príkonu.

Využíva studený vonkajší vzduch cez suchý chladič, keď je dostatočne chladno.

Odparuje vodu na ochladenie vzduchu kondenzátora: lepšia účinnosť, ale spotreba vody.

Potrebné iba vtedy, ak automatický štart zlyhá. Trvá 3 min.

Zruší bezpečnostné vypnutie chilleru po kontrole poruchy; prijme sa od 15 min po vypnutí.

Ukazovatele

Vstupná teplota serverov
22,4°C
normálne
PUE
1,34
normálne
Príkon zariadenia
1076kW
Batéria UPS
100%
normálne
Teplota chladenej vody14,0 °C
COP chilleru5,1
IT záťaž803 kW
Bežiace chillery2
Dostupné chillery (nevypnuté)3
Chillery vypnuté poruchou (zablokované)0
Reset poruchy možný o0 min
WUE0,00 L/kWh
Emisie CO₂484 kg/h

Trend

Vstupná teplota serverov: — °C40,015,0

Krízové scenáre

Úroveň 1 · Výpadok chilleru v špičke

Horúce popoludnie, vonku 32 °C. IT odoberá 850 kW na dvoch z troch chillerov a chladená voda beží na 16 °C, aby sa šetrila energia — čo necháva vstupy serverov len asi 2 K pod limitom odporúčaným ASHRAE. Jeden chiller sa chystá vypnúť. Udržte vstupy v odporúčanom rozsahu, udržte IT prácu v chode a vráťte zariadenie do plnej redundancie.

  • Vstup nikdy nad 27 °C
  • Vstup ≤ 25 °C na konci (späť v normále)
  • Priemerná IT záťaž ≥ 750 kW (nielen vypínať servery)
  • Všetky tri chillery na konci opäť dostupné (vypnutá jednotka resetovaná)

Úroveň 2 · Vlna horúčav a výzva na demand response

Vonkajšia teplota stúpa z 30 °C na 42 °C. Chillery strácajú kapacitu aj účinnosť. Potom prevádzkovateľ siete vydá žiadosť o reguláciu odberu (demand response): držte príkon tohto zariadenia pod 900 kW pol hodiny.

  • Vstup nikdy nad 27 °C
  • Priemerný príkon zariadenia ≤ 900 kW počas žiadosti
  • Priemerná IT záťaž ≥ 720 kW počas scenára

Úroveň 3 · Výpadok siete, generátor sa nespustí

Sieť vypadne. Generátor by mal prebrať záťaž do desiatich sekúnd — tentoraz neprebral. Servery bežia na batériách UPS s energiou na zhruba desať minút a chillery nebežia.

  • Žiadny výpadok IT
  • Batéria nikdy pod 72 %
  • Vstup nikdy nad 25 °C

Základ — model za číslami

Každý vzťah, ktorý simulátor používa, aj s jeho zdrojom. Konštanty označené ako predpoklady sú ilustračné kalibrácie.

Energetická bilancia uzla vzduchu: servery ohrievajú vzduch, chladiace výmenníky prenášajú teplo do chladenej vody.
C_air · dT_air/dt = P_IT + P_fans − Q_CRAH, Q_CRAH = UA · (T_air − T_chw)[4][11]Predpoklad: tepelné kapacity, vodivosť výmenníka, veľkosť chilleru a energia batérie sú ilustračné hodnoty pre halu s výkonom 1 MW.
Energetická bilancia uzla vody: tepelná hmota okruhu tlmí rozdiel medzi tepelnou záťažou a kapacitou chilleru.
C_w · dT_chw/dt = Q_CRAH − Q_chillers − Q_econ, C_w = 20 m³ × 4186 J/(kg·K)[4]
Účinnosť chilleru ako pevný podiel Carnotovho limitu — klesá, keď sa vonkajší vzduch otepľuje. Teplota výparníka sleduje skutočnú teplotu okruhu chladenej vody (2 K pod ňou), nie nastavenú hodnotu, takže okruh, ktorý sa po vypnutí otepľuje, krátkodobo zvýši 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]Predpoklad: tepelné kapacity, vodivosť výmenníka, veľkosť chilleru a energia batérie sú ilustračné hodnoty pre halu s výkonom 1 MW.
Efektívnosť využitia energie: celkový príkon zariadenia voči príkonu IT (1,0 je ideál).
PUE = P_facility / P_IT[1][12][8]
Efektívnosť využitia vody; odparená voda z energie potrebnej na chladenie vzduchu kondenzátora.
WUE = water (L) / IT energy (kWh); evaporation = m_air · c_p · ΔT / h_fg[2][7]
Teplotný rozsah ASHRAE pre vstupný vzduch serverov.
recommended 18–27 °C · A1 allowable 15–32 °C[3]
Energia batérie UPS sa spotrebúva s chránenou záťažou, kým nepreberie generátor.
E_batt(t+Δt) = E_batt − (P_IT + P_fans + P_pumps)/η_UPS · Δt (energy balance); generator ≤ 10 s[6]Predpoklad: tepelné kapacity, vodivosť výmenníka, veľkosť chilleru a energia batérie sú ilustračné hodnoty pre halu s výkonom 1 MW.
Po každom prepnutí napájania sa chillery zastavia a musia sa znova spustiť.
chiller restart after any power transfer = 5 min (quick-start; typical 10–15 min)[11]
Emisie z uhlíkovej intenzity elektriny zo siete alebo z nafty, keď beží generátor.
CO₂ = P_facility × grid intensity (≈450–650 g/kWh in the scenarios); diesel ≈ 2.69 kg CO₂/L[9][10][13]
Ďalšie prevádzkové konštanty, ktoré model používa.
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 %Predpoklad: tepelné kapacity, vodivosť výmenníka, veľkosť chilleru a energia batérie sú ilustračné hodnoty pre halu s výkonom 1 MW.

Náhodnosť: generátor mulberry32 so seedom; použité rozdelenia — rovnomerné, exponenciálne (inverzná CDF), normálne (Box–Muller), Poissonovo (Knuth). Seed je zobrazený a dá sa zdieľať.

Zdroje

  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 to robí ako povolanie

Vzdelávací model — nie na prevádzkové rozhodnutia. Skutočné zariadenia kalibrujú každú konštantu podľa vlastného vybavenia a údajov.