خزان مياه مبردة للطوارئ لمركز البيانات: تحديد السعة عند انقطاع الطاقة
تم إنشاؤها اليوم
خزان مياه مبردة طارئ لمركز البيانات: التحجيم عند انقطاع الطاقة
يتم تحديد حجم خزان تخزين المياه المبردة للطوارئ في مركز البيانات بناءً على الفجوة بين فقدان المرافق والطاقة الاحتياطية المستقرة، وليس لتبريد تكنولوجيا المعلومات على مدار اليوم. يتم تحديد حجمه بناءً على زمن مفتاح النقل، ونافذة استقرار المولد، والطاقة المسحوبة من المضخات والمراوح أثناء وضع الاستعداد، وسلسلة تخفيف الأحمال المحددة. تبلغ سعة التبريد القابلة للاستخدام حوالي 1.163 كيلوواط ساعة لكل متر مكعب لكل كلفن من فرق درجة الحرارة القابل للاستخدام، مع تخفيض بنسبة 70 إلى 90 بالمائة بسبب الخلط واكتساب الحرارة، مما يوفر عادةً من 10 إلى 45 دقيقة من الحمل المحمي.
نادراً ما تنفد المياه المبردة أولاً من فرق العمليات بعد انقطاع المرافق؛ بل ينفد هامش التصميم. تتعطل المبردات، وتبدأ المولدات، ويفقد الحلقة الضغط لفترة كافية بحيث تعيد وحدة معالجة الهواء في غرفة الكمبيوتر المياه فوق نقطة الضبط. يغيّر خزان تخزين المياه المبردة للطوارئ في مركز البيانات هذا التسلسل: يحتفظ الوعاء بالبرودة أثناء إعادة تشغيل المحطة، فيظل نطاق الإمداد ثابتاً ولا يتعرض الحمل الحرج لأي انحراف.
الحساب الكامن وراء ذلك هو حساب رياضي غير مبهر: زمن التحويل لقاطع النقل، ونافذة استقرار المولد، وقدرة إعادة تشغيل مضخات التوزيع، وسلّم التخفيف الذي يقلص الرفوف غير الأساسية أولاً. إذا أغفلت هذه الأمور، تكون السفينة مبالغاً في حجمها على الورق أو صغيرة جداً بحيث لا تُحدث فرقاً. ما يلي يغطي تسلسل تحديد الأحجام، والهيدروليكا التي تعمل مع توقف المبردات، وبنود المواصفات التي تحافظ على برودة المخزن في قاعة غير مأهولة.
أين تُستنفد الدقائق فعلياً
أي تمرين موثوق لتحديد الأحجام يبدأ بسرد الأحداث بين انقطاع التيار الكهربائي للحاجة ولحظة عودة المحطة إلى التحكم التلقائي.
1. الكشف والفصل. قد تقوم منشأة ذات مسار مزدوج بفصل المغذي العادي في غضون ثوانٍ؛ أما الأعطال غير المخطط لها فتُستعاد وفق جدول زمني لا يتحكم به أحد.
2. بدء تشغيل المولد وتغذية ناقل الكهرباء. تحتاج مجموعات الديزل وقتاً للوصول إلى السرعة والجهد المقدرين. تعمل مضخات التوزيع والمكثف على UPS أو تعيد التشغيل بالتسلسل، مما يضيف عشرات الثواني.
3. إعادة تشغيل المبرد وتسلسل التقدم/التأخر. حتى مع وجود الطاقة، يزداد إنتاج المحطة على خطوات، لذا تمر عدة دقائق قبل الوصول إلى السعة الكاملة.
4. استنزاف الخزان. خلال تلك الفجوة تكون البرودة المخزنة هي الشيء الوحيد الذي يبرد المساحة.
الهدف التصميمي هو أن يغطي المخزون مرحلة الكشف حتى استعادة المنشأة، مع هامش لمولد يفشل في البدء. وعندما يتأثر كلا المغذيين، يمتد الهدف إلى مولد ثانٍ أو طاقم مرافق.
قاعدتان تشكلان كل ما يليهما: الخزان يجسر بدلًا من أن يحل محل الطاقة الطارئة، محافظًا على الحمل داخل نطاقه الحراري بينما تبدأ المعدات في العمل، والطبقة الباردة فقط في قاع الوعاء هي التي تُحتسب، وليس كامل مخزون السائل.
حساب زمن التشغيل، خطوة بخطوة
5. إجمالي التخزين البارد. Q = V × rho × cp × dT. بالنسبة للماء، يكون rho × cp حوالي 1.163 كيلوواط ساعة لكل متر مكعب لكل كلفن، لذا فإن نطاق 6 كلفن يعطي حوالي 7.0 كيلوواط ساعة لكل متر مكعب.
6. تطبيق الكسر القابل للاستخدام. الطبقات الحرارية، وخلط الناشر، واكتساب حرارة الغلاف تقلل ما يمكن سحبه. يخفض الممارسون إلى 70 إلى 90 بالمائة؛ خذ الرقم الأدنى عندما يكون السحب سريعًا.
7. تحديد حمل الواجب. أثناء الحدث ليس حمل تكنولوجيا المعلومات الأقصى. إنه الحمل الذي يجب أن ينجو: الرفوف الأساسية بالإضافة إلى طاقة المروحة والمضخة اللازمة لتحريك الماء عبرها.
8. طرح مساهمة الجاذبية. مع خزان جوي فوق الحمل، يأتي جزء من التدفق من الضغط وحده مع إيقاف المضخات، مما يقلل حمل المولد.
9. القسمة. زمن التشغيل يساوي الكيلوواط ساعة القابل للاستخدام على الكيلوواط الواجب.
مثال عملي: 4,000 كيلوواط من الحمل المحمي، 6 كلفن فرق درجة حرارة قابل للاستخدام، 0.8 جزء قابل للاستخدام، هدف 20 دقيقة. الحجم = 4,000 × (20/60) / (1.163 × 6 × 0.8) = 239 م3، قبل تدفق المضخة وفقدان الاستعداد واحتياطي الفشل الثاني. يبدو هذا الرقم صغيرًا بجانب خزان تقليل الذروة، وهذه هي النقطة: التحجيم الطارئ أرخص من نقل الحمل لأن النافذة دقائق وليست ساعات.
مراحل تخفيف الحمل والأرضية الباردة
الخزان الذي يجب أن يغطي انقطاعاً طويلاً يحتاج إلى أن ينخفض الحمل خلفه بطريقة مُتحكَّم بها، وإلا فسيُستهلك مصدر التبريد بسرعة وتنحرف درجة حرارة الغرفة.
كتلة الحمل | الإجراء أثناء فقدان المرافق | حصة حمل تكنولوجيا المعلومات |
رفوف الإنتاج الأساسية | تبقى مُغذَّاة ومبرَّدة | 40 إلى 60 بالمائة |
التجهيز والدفعات والتقارير | تُسقَط بعد 5 دقائق | 15 إلى 25 بالمائة |
التحليلات غير الإنتاجية | تُسقَط فوراً | 10 إلى 20 بالمائة |
المكاتب ومساحات الدعم | مغلق، أو على حلقة منفصلة | من 5 إلى 15 بالمائة |
تحدد الأرضية الباردة أدنى درجة حرارة إمداد يمكن للمحطة الاقتراب منها، مع هامش التجمد. أثناء السحب، ترتفع درجة حرارة العودة ويتقلص فرق درجة الحرارة المفيد، لذلك يحدد المصممون سقفاً للإمداد، عادةً من 12 إلى 15 درجة مئوية للحالة الطارئة، وفوقه تُطرح كتل إضافية.
أنظمة هيدروليكية تحافظ على التدفق دون تشغيل المبردات
تحدد طريقة وضع الخزان داخل حدود الضغط مقدار الطاقة الطارئة المطلوبة.
10. خزان ضغط جوي، تدفق مدفوع بالضغط. يخرج الماء البارد تحت تأثير الجاذبية ويعود بالجاذبية أو بمضخة طوارئ صغيرة، لذا لا يُطلب من مضخة المحطة الرئيسية تدوير الماء. هذا هو الترتيب وراء معظم مخططات خزانات تخزين الماء المبرد الطارئة في مراكز البيانات التي يجب أن تحافظ على التدفق خلال فقدان كامل عند المبردات.
11. خزان مضغوط داخل حدود المحطة. يتم حساب سماكة الجدار، وتقوية الفوهات، والشفاه، وصمامات التنفيس وفقًا لضغط ودرجة حرارة التصميم؛ ولا يزال التدفق بحاجة إلى مضخات على ناقل الطوارئ.
12. العزل والجسور الباردة. صوف معدني مع تغليف من الألومنيوم أو الفولاذ الملون، مع تفاصيل الدعامات والاختراقات لكسر المسار الحراري.
في كلا الترتيبين، يحتاج المدخل والمخرج إلى موزعات وحواجز، وتبقى سرعة المدخل عند 0.5 إلى 1 م/ث أو أقل حتى يبقى الانحدار الحراري حادًا.
المواصفات الفنية
يسرد الجدول أدناه نقاط الضبط وعناصر الاختيار لخزان تخزين المياه المبردة للطوارئ في مركز البيانات.
البند | القيمة أو الخيار النموذجي | ملاحظة |
الحجم الهندسي | يُحدد بناءً على هدف زمن التشغيل | 239 م3 في المثال العملي |
فرق درجة الحرارة القابل للاستخدام | 5 إلى 7 كلفن، على سبيل المثال 6 °س إلى 12 °س | يؤثر على الحجم خطيًا |
النسبة القابلة للاستخدام | 70 إلى 90 بالمائة | يغطي الخلط وفقدان الحرارة |
درجة حرارة الإمداد، عادية | 5 إلى 7 °C | نقطة ضبط الماء المبرد المعتادة |
درجة حرارة الإمداد، السقف الطارئ | 12 إلى 15 °C | فوق هذا، يتم تخفيف الحمل |
فئة ضغط الخزان | ضغط جوي أو مضغوط | يحدد سمك الجدار والتعزيزات |
سرعة المدخل | 0.5 إلى 1 م/ث | يحمي الطبقات الحرارية |
العزل | الصوف المعدني، أو تغليف الألمنيوم أو الفولاذ الملون | تفاصيل الجسر البارد عند نقاط الدعم |
الحماية من التجمد | تتبع حراري أو دوران احتياطي | مطلوب لفترات عدم الإشغال |
هدف وقت التشغيل | 10 إلى 45 دقيقة | يُمدد لفشل مولد ثانٍ |
حالة المشروع
بينما تشمل مشاريعنا المرجعية المُسلَّمة في قطاع المياه ومياه الصرف الصحي مياه الحريق والتخزين الصالح للشرب، فإن نطاق تخزين الطاقة الحرارية لمراكز البيانات مُهندَس وفق المعايير نفسها. ومن المراجع ذات الصلة منشأة لمياه الحريق في سيتشوان، الصين.
عنصر | تفصيل |
مشروع | سيتشوان، الصين — تخزين مياه الحريق |
منتج | 01 GFS، خزان مثبت بمسامير من الفولاذ المطلي بالزجاج المصهور |
السعة | 8,930 م3 موزعة على خزانين |
الأبعاد | قطر 19.87 م × 14.4 م، وحدتان |
اكتمال | 2023-11 |
الواجب مشابه في جانب واحد مهم هنا: يحتفظ الخزان بسائل قابل للاستخدام لحدث منخفض التكرار وعالي العواقب مع فترات خمول طويلة بين الأحداث. مخزن التبريد الطارئ يشارك هذا الملف، لذا فإن هندسة الألواح والوصلات المثبتة بمسامير واختيار الطلاء تتبع نفس المنطق الهندسي.
قدرة هندسة المينا المركزية
سنتر إنامل (شركة شيجياتشوانغ تشنغتشونغ للتكنولوجيا المحدودة) تقوم بتصميم وتصنيع خزانات التخزين المثبتة بالبراغي منذ عام 2008. وباعتبارها أول شركة مصنعة لخزانات الفولاذ المزجج (GFS) في الصين، تمتلك الشركة ما يقرب من 200 براءة اختراع متعلقة بالمينا، وتنتج حوالي 300,000 لوح فولاذي مطلي بالمينا سنويًا، وقد أكملت أكثر من 30,000 مشروع مركب وتورد خزاناتها إلى أكثر من 100 دولة. تمت إضافة قاعدة الإنتاج الجديدة التي تبلغ مساحتها 150,000 م² لرفع الطاقة الإنتاجية، ويتم توريد الخزانات الفردية حتى 60,000 م³. تتم عمليات التصنيع وفقًا لمعايير ISO 9001 وISO 45001، مع شهادات المنتجات بما في ذلك NSF/ANSI 61 وWRAS وFDA وLFGB وCE (EN 1090) وISO 28765 وFM وBSCI وEUROCODE، والتصميم مستند إلى AWWA D103-09 وAWWA C550 وNFPA حيثما يتطلب التطبيق ذلك.
احتياطي سلبي عند مستوى منخفض
· عادةً ما يتم تحديد حجم الطوارئ من خلال وقت التحويل للمسار الاحتياطي بالإضافة إلى الحمل المخفض المحتفظ به بعد تخفيف الحمل، ويجب أن يظل الخزان قادرًا على التوصيل البارد عندما يكون مستواه منخفضًا.
· لا تحتاج الخزانة الجوية إلى هواء الأدوات، ولا إلى التحكم في حيز الغاز، ولا إلى ضغط نشط للتخلي عن برودتها المتبقية، مما يبقي مسار الفشل بسيطًا.
· إن احتياطي مياه الحريق في سيتشوان البالغ 8,930 م³ وخزانات المياه البلدية في الإمارات هما أقرب نظيرين في سجلاتنا لمخزون يتمثل شرطه الوحيد في أن يكون موجودًا عندما لا يكون الإمداد الطبيعي متاحًا.
الأسئلة الشائعة
س1: هل يجب تحديد حجم خزان الطوارئ بناءً على حمل تكنولوجيا المعلومات الكامل أم الحمل المحمي؟
ج1: الحمل المحمي فقط. تحديد الحجم لأقصى حمل ينتج وعاءً أكبر لحالة نادرة، والفرق يُستَخدم بشكل أفضل في سلّم تصريف يقلل ما يحمله الخزان.
س2: هل يحل الخزان محل UPS أم المولد؟
ج2: لا هذا ولا ذاك. تبدأ المولدات في ثوانٍ إلى دقائق ويحتفظ UPS بطاقة التحكم قبل أن تتولى المولدات الحمل. يضيف الخزان هامشًا لمولد يفشل في البدء من المحاولة الأولى.
س3: كم مدة التشغيل الكافية؟
ج3: تتبع مخطط التحويل. المصنع الذي يستعيد الطاقة بشكل موثوق في أقل من 15 دقيقة يحتاج إلى خزان تخزين مياه تبريد طوارئ أصغر لمركز البيانات من الذي يجب أن يصمد أمام فشل في البدء. عادةً ما تتراوح الأهداف بين 20 و45 دقيقة بالإضافة إلى الاحتياطي.
س4: هل يمكن لخزان واحد أن يخدم كلاً من الطوارئ وتقليص الذروة؟
A4: نعم، وهذا شائع. يتم تحديد حجم الخزان وفقًا للأكبر من المهمتين، ثم تحدد حالة الطوارئ الحد الأدنى للحجم والحد الأقصى لدرجة الحرارة.
س5: ما مقدار التخفيض الذي ينبغي تطبيقه على الطاقة المخزنة النظرية؟
ج5: من 70 إلى 90 بالمائة لفقدان الطبقات، وخلط الناشر، واكتساب الحرارة عبر الغلاف والعزل. خذ الحد الأدنى عندما يكون السحب سريعًا نسبيًا مقارنة بزمن دوران الخزان.
يتطلب تحديد حجم خزان تخزين المياه المبردة للطوارئ في مركز البيانات قياس نافذة زمنية قصيرة ومطابقتها مع البرودة القابلة للاستخدام. تأتي النافذة الزمنية من تبديل النقل، واستجابة المولد، وإعادة تشغيل المحطة؛ وتأتي البرودة من الحجم، وفرق درجة الحرارة، وتخفيض القدرة الذي يعكس التطبق الفعلي. ضع كليهما على نفس الصفحة وسيتبع الحجم، مع جعل سلم التخفيف الهامش متوقعًا.
القيمة ليست وقت تشغيل غير محدود. بل هي أن الحلقة لا تخرج أبدًا عن نطاق درجة حرارتها أثناء عودة محطة الطاقة، مما يحول إعادة التشغيل إلى تسلسل محكوم بدلاً من سلسلة من المعدات المتعطلة.
تحدث إلى مهندس
أرسل هدف المقاطعة الخاص بك، وحمل تكنولوجيا المعلومات المحمي أثناء الحدث، ودرجة حرارة الإمداد التي يمكنك تحملها أثناء إعادة تشغيل المصنع. سنعيد لك حساب وقت التشغيل، والحجم المطلوب وفرق درجة الحرارة القابل للاستخدام، وورقة مواصفات تغطي فئة الضغط والعزل وتخطيط الفوهات.
واتساب