WIA SOOM 模擬器

資料中心能源 即時模型

你是一座 1 MW 資料機房的設施工程師：冰水主機、冰水迴路、UPS 電池與備用發電機。熱量從伺服器傳到空氣、再傳到水，最後散到室外，而你花在冷卻上的每一瓦電，都會反映在 PUE 上。

你將學到什麼

模擬器

時間 0 min
伺服器進風溫度 22.4 °C · 運轉中的冰水主機 2/3 · 已跳脫的冰水主機（鎖定） 0 · UPS 電池 100% · 25 °C22.4 °C · IT 803 kW#1#2#3UPS 100%⚡ 電網 · 🔌🌡 25 °C · COP 5.1 · PUE 1.34
  • 進風 < 24 °C
  • 進風 ≥ 27 °C
  • 進風 ≥ 32 °C
  • 冰水主機運轉中
  • 冰水主機啟動中（5 min）
  • 冰水主機已跳脫（復歸前保持鎖定）

控制項

冰水主機 #1…#n。新啟動的冰水主機需要 5 min 才會開始製冷。

水溫愈高，冰水主機效率愈好，但伺服器進風也愈熱。

將批次作業延後處理：現在發熱與用電較少。

室外夠冷時，透過乾式冷卻器利用室外冷空氣。

蒸發水分來冷卻冷凝器進風：效率更好，但會用水。

只有自動啟動失敗時才需要。需時 3 min。

在故障檢查完畢後清除冰水主機的安全跳脫；跳脫 15 min 後才會接受。

指標

伺服器進風溫度
22.4°C
正常
PUE
1.34
正常
設施耗電
1076kW
UPS 電池
100%
正常
冰水溫度14.0 °C
冰水主機 COP5.1
IT 負載803 kW
運轉中的冰水主機2
可用的冰水主機（未跳脫）3
已跳脫的冰水主機（鎖定）0
可復歸跳脫尚餘0 min
WUE0.00 L/kWh
CO₂ 排放量484 kg/h

趨勢

伺服器進風溫度: — °C40.015.0

危機情境

第 1 級 · 尖峰時冰水主機跳脫

炎熱的午後，室外 32 °C。IT 負載 850 kW，由三台冰水主機中的兩台承擔，冰水為了節能運轉在 16 °C——使伺服器進風距離 ASHRAE 建議上限只剩約 2 K。其中一台冰水主機即將跳脫。請讓進風維持在建議範圍內，讓 IT 作業持續運作，並讓冰水系統恢復完整備援。

  • 進風始終不超過 27 °C
  • 結束時進風 ≤ 25 °C（恢復正常）
  • 平均 IT 負載 ≥ 750 kW（不能只靠關閉伺服器）
  • 結束時三台冰水主機全部重新可用（跳脫機組已重置）

第 2 級 · 熱浪與需量反應請求

室外溫度從 30 °C 升到 42 °C，冰水主機的容量與效率都在下降。接著電網業者發出需量反應請求：在半小時內將本站設施耗電控制在 900 kW 以下。

  • 進風始終不超過 27 °C
  • 請求期間設施平均耗電 ≤ 900 kW
  • 整個情境中平均 IT 負載 ≥ 720 kW

第 3 級 · 電網停電，發電機啟動失敗

電網斷電。發電機本應在十秒內接上，這次卻沒有。伺服器靠 UPS 電池運作，只剩大約十分鐘的電量，冰水主機全數停擺。

  • IT 無中斷
  • 電池電量始終不低於 72 %
  • 進風始終不超過 25 °C

依據：數字背後的模型

模擬器使用的每一個關係式及其來源。標示為假設的常數是示意校準值。

空氣節點能量平衡：伺服器加熱空氣，冷卻盤管將熱量移入冰水。
C_air · dT_air/dt = P_IT + P_fans − Q_CRAH, Q_CRAH = UA · (T_air − T_chw)[4][11]假設：熱容量、盤管熱傳導係數、冰水主機容量與電池能量，皆為針對 1 MW 機房的示意數值。
水節點能量平衡：水迴路的熱慣性緩衝了熱負載與冰水主機容量之間的差距。
C_w · dT_chw/dt = Q_CRAH − Q_chillers − Q_econ, C_w = 20 m³ × 4186 J/(kg·K)[4]
冰水主機效率取為卡諾極限的固定比例，室外空氣愈熱，效率愈低。蒸發溫度跟隨冰水迴路的實際溫度（比它低 2 K），而不是設定值，所以跳脫後迴路升溫會讓 COP 短暫上升。
COP = 0.45 · T_evap / (T_cond − T_evap), T_evap = T_chw − 2 K, T_cond = T_air,out + 12 K [K][5]假設：熱容量、盤管熱傳導係數、冰水主機容量與電池能量，皆為針對 1 MW 機房的示意數值。
電力使用效率：設施總耗電除以 IT 設備耗電（1.0 為理想值）。
PUE = P_facility / P_IT[1][12][8]
水資源使用效率；蒸發的水量由冷卻冷凝器進風所需的能量推得。
WUE = water (L) / IT energy (kWh); evaporation = m_air · c_p · ΔT / h_fg[2][7]
伺服器進風的 ASHRAE 熱環境範圍。
recommended 18–27 °C · A1 allowable 15–32 °C[3]
UPS 電池能量會隨受保護負載而消耗，直到發電機接手。
E_batt(t+Δt) = E_batt − (P_IT + P_fans + P_pumps)/η_UPS · Δt (energy balance); generator ≤ 10 s[6]假設：熱容量、盤管熱傳導係數、冰水主機容量與電池能量，皆為針對 1 MW 機房的示意數值。
任何一次電源切換後，冰水主機都會停機，必須重新啟動。
chiller restart after any power transfer = 5 min (quick-start; typical 10–15 min)[11]
依電網電力的碳排強度計算排放量；發電機運轉時則依柴油計算。
CO₂ = P_facility × grid intensity (≈450–650 g/kWh in the scenarios); diesel ≈ 2.69 kg CO₂/L[9][10][13]
模型使用的其他運轉常數。
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 %假設：熱容量、盤管熱傳導係數、冰水主機容量與電池能量，皆為針對 1 MW 機房的示意數值。

隨機性：帶種子的 mulberry32 產生器；使用的分布包括均勻分布、指數分布（反 CDF）、常態分布（Box–Muller）與卜瓦松分布（Knuth）。種子會顯示出來，並且可以分享。

來源

  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

誰在從事這份工作

教育模型，不可用於實際營運決策。真實場域會依自己的設備與資料校準每一個常數。