🔋 Năng lượng trung tâm dữ liệu Mô hình trực tiếp

Cơ sở — mô hình đằng sau các con số

Mọi quan hệ mà trình mô phỏng sử dụng, kèm nguồn. Các hằng số đánh dấu là giả định là các hiệu chỉnh minh họa.

Cân bằng năng lượng của nút không khí: máy chủ làm nóng không khí, dàn làm mát chuyển nhiệt vào nước lạnh.

C_air · dT_air/dt = P_IT + P_fans − Q_CRAH, Q_CRAH = UA · (T_air − T_chw)[4][11]Giả định: điện dung nhiệt, độ dẫn nhiệt của dàn, công suất máy làm lạnh và năng lượng pin là các giá trị minh họa cho một phòng máy 1 MW.

Cân bằng năng lượng của nút nước: khối nhiệt của vòng nước đệm cho chênh lệch giữa tải nhiệt và công suất máy làm lạnh.

C_w · dT_chw/dt = Q_CRAH − Q_chillers − Q_econ, C_w = 20 m³ × 4186 J/(kg·K)[4]

Hiệu suất máy làm lạnh bằng một tỷ lệ cố định của giới hạn Carnot — giảm khi không khí ngoài trời nóng lên. Nhiệt độ dàn bay hơi theo nhiệt độ thực của vòng nước lạnh (thấp hơn 2 K), không theo điểm đặt, nên một vòng nước ấm lên sau khi máy ngắt sẽ làm COP tăng lên trong chốc lát.

COP = 0.45 · T_evap / (T_cond − T_evap), T_evap = T_chw − 2 K, T_cond = T_air,out + 12 K [K][5]Giả định: điện dung nhiệt, độ dẫn nhiệt của dàn, công suất máy làm lạnh và năng lượng pin là các giá trị minh họa cho một phòng máy 1 MW.

Hiệu quả sử dụng điện: tổng công suất cơ sở chia cho công suất IT (1,0 là lý tưởng).

PUE = P_facility / P_IT[1][12][8]

Hiệu quả sử dụng nước; lượng nước bay hơi tính từ năng lượng cần để làm mát không khí dàn ngưng.

WUE = water (L) / IT energy (kWh); evaporation = m_air · c_p · ΔT / h_fg[2][7]

Dải nhiệt ASHRAE cho không khí đầu vào của máy chủ.

recommended 18–27 °C · A1 allowable 15–32 °C[3]

Năng lượng pin UPS cạn dần theo tải được bảo vệ cho đến khi máy phát tiếp quản.

E_batt(t+Δt) = E_batt − (P_IT + P_fans + P_pumps)/η_UPS · Δt (energy balance); generator ≤ 10 s[6]Giả định: điện dung nhiệt, độ dẫn nhiệt của dàn, công suất máy làm lạnh và năng lượng pin là các giá trị minh họa cho một phòng máy 1 MW.

Sau mỗi lần chuyển nguồn điện, các máy làm lạnh nước dừng lại và phải khởi động lại.

chiller restart after any power transfer = 5 min (quick-start; typical 10–15 min)[11]

Phát thải tính từ cường độ phát thải của điện lưới, hoặc từ dầu diesel khi máy phát chạy.

CO₂ = P_facility × grid intensity (≈450–650 g/kWh in the scenarios); diesel ≈ 2.69 kg CO₂/L[9][10][13]

Các hằng số vận hành khác mà mô hình sử dụng.

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 %Giả định: điện dung nhiệt, độ dẫn nhiệt của dàn, công suất máy làm lạnh và năng lượng pin là các giá trị minh họa cho một phòng máy 1 MW.

Tính ngẫu nhiên: bộ sinh mulberry32 có seed; các phân phối được dùng — đều, mũ (CDF nghịch đảo), chuẩn (Box–Muller), Poisson (Knuth). Seed được hiển thị và có thể chia sẻ.

Nguồn

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