Energy Modelling for Data Center Infrastructure

In this thesis work, a comprehensive static data center model with raised floor design is developed with improvements based on previous master thesis work. Enhancement work focuses on IT virtualization technology, a general server model, more detailed chiller system and mechanical system, novel modeling methodology for power devices (PDU and UPS). Besides, the temperature of CRAH supply air, CRAH supply water, evaporator water inlet, condenser water outlet and cooling tower water inlet are also able to be calculated in the static model. The parameter configuration of the static model is tuned so as to meet ASHRAE standards. Two airflow control approaches, traditional air supply with distributed airflow control and with room level control, are implemented in the static model with results comparison and analysis. Three case studies are conducted with analysis followed in the static model, including data center expansion, cooling control strategies, virtualization and IT load shifting. The robustness, flexibility and functionality of the static model are demonstrated through these three case studies. Furthermore, a dynamic model with slab floor design for a small data center is presented, for the purpose of investigating how servers are cooled down efficiently with consideration of both CRAH supply air temperature and its flow rate. This model is further implemented with control algorithms by other colleagues and only the development of model itself is included in this thesis work. Sammanfattning I det här avhandlingsarbetet utvecklas en omfattande statisk datacentermodell med upphöjd golvdesign med förbättringar baserade på tidigare magisterarbete. Förbättringsarbetet fokuserar på IT-virtualiseringsteknik, en allmän seriemodell, mer detaljerat kylaggregat och mekaniskt system, ny modellmetodik för kraftenheter (PDU och UPS). Dessutom kan temperaturen på CRAH-tilluften, CRAH-tillförselvatten, förångarens vatteninlopp, kondensatorns vattenutlopp och kyltornets vatteninlopp också beräknas i den statiska modellen. Parameterkonfigurationen för den statiska modellen är inställd så att den uppfyller ASHRAEstandarderna. Två luftflödeskontrollmetoder, traditionell lufttillförsel med distribuerad luftflödesreglering och rumsreglering, implementeras i den statiska modellen med jämförelse och analys av resultatet. Tre fallstudier genomförs med analys som följs i den statiska modellen, inklusive datacenterutvidgning, kylkontrollstrategier, virtualisering och IT-lastskiftning. Robustheten, flexibiliteten och funktionaliteten hos den statiska modellen demonstreras genom dessa tre fallstudier. Dessutom presenteras en dynamisk modell med plattformsdesign för ett litet datacenter för att undersöka hur servrarna kyls effektivt med hänsyn till både CRAH-tilluftstemperaturen och dess flödeshastighet. Denna modell implementeras vidare med kontrollalgoritmer av andra kollegor och endast utveckling av själva modellen ingår i detta uppsatsarbete.