خزانات تخزين الطاقة الحرارية ضرورية لتبريد مراكز البيانات: الموثوقية في ظروف الأعطال
تم إنشاؤها اليوم
خزانات TES الحيوية لمراكز بيانات التبريد: الموثوقية تحت ظروف الفشل
خزانات تخزين الطاقة الحرارية (TES) الحيوية لتبريد مراكز البيانات تعمل كاحتياطي سلبي. تغطي البرودة المخزنة المحطة خلال انقطاع المبرد أو انقطاع المرافق بينما تبدأ المولدات ووحدات UPS في العمل، لأن خزان المياه الأجواء لا يحتاج إلى طاقة خارجية للحفاظ على الضغط ويحتاج فقط إلى طاقة للتدوير. حدد حجم الاحتياطي بناءً على الحمل الذي يجب أن يستمر، ودرجة حرارة المخرج التي يتحملها الحمل، وساعات الاستقلالية، بعد عامل قابلية استخدام يتراوح بين 70 و90 بالمئة. أنماط الفشل التي تُنهي هذا الاحتياطي هي انهيار الطبقات، والتجمد عند الفوهات والدعامات، والعزل الرطب، والموزع العالق، وليس الغلاف نفسه.
يبدأ تصميم الموثوقية بالأسئلة التي لا يرغب أحد في طرحها أثناء انقطاع التيار: كم من الوقت يجب أن تبقى المنشأة باردة مع تعطل المبردات، وما الذي يتحمل الحمل حتى تصل المولدات إلى التردد المطلوب؟ بالنسبة لمنشأة تقليدية، الإجابة ميكانيكية: حدافة، أو UPS، أو مياه تبريد طارئة، أو مصدر تغذية كهربائية ثانٍ. إضافة التخزين الحراري تغيّر المعادلة، لأن احتياطي التبريد موجود بالفعل في المبنى على شكل ماء في خزان.
هذا التغيير مفيد وليس مجانيًا. يقدّم التخزين أنماط فشل خاصة به: خزان يتحول إلى مزيج فاتر بسبب الطبقات، وفوهات تتجمد عند الغلاف، وطلاء يخفي جدارًا رطبًا، وناشر يعلق في الوضع الخاطئ.
تتناول هذه المقالة ظروف الفشل التي يجب أن ينجو منها خزان التبريد الحرج للمهام، وكيفية حساب زمن التشغيل الذاتي، وأنماط الفشل التي تقصّره، وما الذي يجب أن تشترطه المواصفات.
ما المطلوب من الخزان أن يفعله
احمل المحطة عبر نافذة التحويل. فشل المرافق ليس انقطاعاً لثوانٍ؛ فبدء المولد، وتسلسل ATS، وتخفيف الأحمال، وعودة التغذية الثانية تستغرق دقائق، ويجب ألا يتعرض الحمل الحرج لانحراف في درجة الحرارة خلال تلك النافذة. وتغطي البرودة المخزنة هذه الفجوة دون أي أجزاء متحركة.
ادعم تسلسل بدء المولد. تصل الطاقة الاحتياطية على مراحل. فمضخات المياه المبردة ومراوح أبراج التبريد وطاقة التحكم تعمل بينما تستقر المولدات، وخلال فترة الصعود يكون الخزان هو المصدر الوحيد الذي يغذي الفرع الحرج.
استوعب تعطل المبرد. تعطل مبرد واحد بسبب انخفاض ضغط مادة التبريد أو عطل في محرك التردد المتغير أمر روتيني، والتخزين المصمم فقط لتحويل المولد أصغر من الوعاء اللازم لتعطل مبردين في ظهيرة حارة.
احتفظ بدرجة الحرارة، وليس بالحجم فقط. لا يمنح الخزان الطاقة إلا عندما يظل المخرج داخل نطاق التصميم؛ وبمجرد تجاوز المخرج المختلط الحد الأعلى، تُستهلك الاحتياطيات مع بقاء الماء البارد في القاع.
بالنسبة لخزانات TES الحيوية لتبريد مراكز البيانات، تحدد هذه المهام أربعة مدخلات لتحديد الحجم: حمل البقاء، نافذة الاستقلالية، عامل قابلية الاستخدام، ونطاق درجة حرارة المخرج المقبول. حمل البقاء هو التبريد الذي تحتاجه القاعات الحرجة، وهو أقل من إجمالي حمل تكنولوجيا المعلومات بعد تخفيف أحمال القاعات. الاستقلالية هي دقائق لعملية النقل أو ساعات إذا كانت وسائط التخزين تتحمل أيضًا انقطاع محطة التبريد. قابلية الاستخدام هي الكيلوواط/ساعة المخزنة مضروبة في عامل يتراوح بين 70 و90 بالمئة، وليس سعة اللوحة الاسمية أبدًا. نطاق المخرج هو درجة الحرارة التي يتحملها الحمل، والتي تحدد متى يُعتبر الاحتياطي منتهيًا.
حساب وقت التشغيل الذاتي
ابدأ من الحمل، لا من الخزان. اضرب حمل البقاء بالكيلوواط في مدة الاستقلالية بالساعات للحصول على كيلوواط-ساعة القابلة للتسليم، ثم اقسم على معامل الاستفادة وعلى الكثافة المتوسطة للوصول إلى الحجم. عند فرق 6 كلفن، تحتفظ المياه بحوالي 7 كيلوواط-ساعة لكل متر مكعب قبل تطبيق المعامل، لذا يحتاج حمل بقاء 2 ميغاواط على مدى ثلاث ساعات إلى حوالي 850 مترًا مكعبًا من السعة القابلة للاستخدام، أو حوالي 1,100 متر مكعب من الخزان.
ثم أكّد معدل التفريغ. نادرًا ما تكون السعة هي القيد المُلزِم في هذه الأحجام. قطر الفوهة ومساحة الناشر وواجب المضخة تحدد مدى سرعة خروج الماء البارد من الوعاء؛ الخزان الذي يفرغ ببطء شديد يصل إلى نهاية استقلاليته والماء البارد لا يزال بداخله.
تحقق من حالة الإرجاع. تتطلب الشحنة الكاملة أن تقوم محطة التبريد بخفض الإرجاع إلى نطاق التغذية خلال الساعات المتاحة. إذا وصلت الشحنة إلى جزء فقط عند الفجر، فلا ينبغي أن تُوعد المحطة بنفس ساعات التفريغ.
احسب الخزان بأمانة في نموذج الموثوقية. عادةً ما يمنح المصممون التخزين مساهمة مستقلة محددة داخل سرد الصيانة المتزامنة، إلى جانب مسار UPS والمولد، بدلاً من وقت تشغيل غير محدود.
الحالة | دور التخزين | المدة المخططة | مدخل التصميم |
انخفاض المرافق، نقل المولد | مصدر التبريد الأولي | دقائق | زمن النقل بالإضافة إلى الهامش |
بدء المولد والتدرج | مصدر التبريد الأولي | دقائق في التدرج | توافر طاقة المضخة |
تعطل مبرد واحد | استيعاب العابر للمحطة | دقائق | دراسة توافق التعطل |
انقطاع محطة التبريد | التبريد الاحتياطي | ساعات | عامل القابلية للاستخدام ونطاق المخرج |
فشل المضخة أو التحكم | غير مغطى | غير معتمد | العزل والتشخيص |
أنماط الفشل التي تقصر مدة الاحتياطي
انهيار الطبقات هو المشكلة الصامتة. بالنسبة لخزانات تخزين الطاقة الحرارية (TES) الحيوية لتبريد مراكز البيانات، يجب أن يكون حجم وموضع موزع المدخل صحيحًا؛ فعندما يكون صغير الحجم أو عالقًا في وضع الفتح، يختلط الماء الدافئ العائد بالطبقة الباردة وترتفع حرارة المخرج مبكرًا. صمم سرعة المدخل بين 0.5 و1 م/ث، وحدد حجم الموزع لذروة التدفق، وحافظ على الخزان خاليًا من العوائق الداخلية التي تشجع على الاختلاط.
التجمد عند نقاط الدعم والفوهات ينهي عمر الخزان بسرعة. الجسر البارد عند السرج أو الفوهة غير المعزولة يخفض درجة حرارة السطح المحلي إلى ما دون الصفر، فيتجمد الماء المحيط وتؤدي التمددات إلى تشقق الوصلة أو الأنبوب. الفواصل الحرارية تحت السروج، وأكمام الفوهات المعزولة، وحاجز البخار المستمر هي المعالجة القياسية.
العزل الرطب يخفي التآكل. التكاثف الداخل إلى وصلة التغليف يبلل الصوف المعدني، فيتضاغط الصوف، ويرتفع فقدان الاحتياطي، ويتآكل موضع خلل الطلاء خلف سطح لا يزال يبدو سليماً. يبقي sealing البخاري والتغليف المهوّى الغلاف جافاً.
الملحقات المعتمدة على الطاقة تتعطل قبل أن يتعطل الهيكل. أجهزة إرسال المستوى، وصمامات المخرج المحركة، ومشغلات الناشر، والخلاطات كلها تحتاج إلى طاقة، لذا يوضع كل ملحق مزود بالطاقة على ناقل الطوارئ مع وضع محدد عند فقدان الطاقة. مصرف يتجمد أو سخان تتبع فقد إمداده يخرج الوعاء من الخدمة في أسوأ لحظة.
المواصفات الفنية
المعامل | القيمة أو الخيار النموذجي |
الواجب | نسخ احتياطي لنقل المولد، امتصاص فصل المبرد، استقلالية قصيرة |
حمل البقاء | الكيلوواط التصميمي للتبريد للقاعات الحرجة فقط |
الاستقلالية | دقائق للنقل، ساعات إذا احتُسب مع انقطاع المصنع |
عامل قابلية الاستخدام | 70-90 بالمائة من الطاقة المخزنة النظرية |
نطاق الإمداد / العودة | إمداد 5-7 درجات مئوية، عودة 12-14 درجة مئوية |
نوع الخزان | قريب من الضغط الجوي، أو مضغوط إذا حدد التصميم ذلك |
سرعة المدخل | 0.5-1 م/ث عند الناشر |
التحكم في الجسر البارد | فاصل حراري على شكل سرج، أكمام فوهات معزولة، حاجز بخاري |
ملحقات مزودة بالطاقة | مرسل مستوى، صمام محرك، مشغل على ناقل الطوارئ |
العزل | صمامات عزل الإمداد والعودة بالإضافة إلى تجاوز الخزان |
القبول | الكيلوواط/ساعة المسلمة ودرجة حرارة المخرج عند نقل حقيقي |
يتم تحديد خزانات TES الحرجة لتبريد مراكز البيانات وفقًا لهذا الجدول قبل أن يُطلب من المورد تقديم عرض سعر، بحيث يتم تعريف الاستقلالية وقابلية الاستخدام واختبار القبول جميعًا في نفس المستند.
حالة المشروع
الحقل | القيمة |
المشروع | تخزين مياه الحريق في سيتشوان الصينية (P-C) |
المنتج | 01 خزان زجاجي مطلي بالمينا الملتحمة بالفولاذ |
السعة | إجمالي 8,930 م3 |
الأبعاد | خزانان، القطر 19.87 م، الارتفاع 14.4 م |
الإنجاز | نوفمبر 2023 |
بينما تشمل مشاريعنا المرجعية المسلمة في قطاع المياه والصرف الصحي نطاق مياه الحريق هذا، فإن نطاق تخزين الطاقة الحرارية لمراكز البيانات مصمم وفقًا للمعايير نفسها. خزانان مثبتان بمسامير بقطر 19.87 مترًا مبنيان لاحتواء المياه بشكل موثوق دون نظام ضغط مزود بالطاقة، وهما نفس حجة الموثوقية التي يقدمها احتياطي المياه المبردة: وعاء كبير قريب من الضغط الجوي يُحتفظ بمحتواه بواسطة الوسط والعزل بدلاً من جهاز نشط.
القدرة الهندسية لـ Center Enamel
سنتر إنامل (شيجياتشوانغ تشنغتشونغ للتكنولوجيا المحدودة) تقوم بتصميم وتصنيع خزانات التخزين المثبتة بمسامير منذ عام 2008. وباعتبارها أول شركة مصنعة لخزانات الفولاذ المدمج بالزجاج (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 متر مربع لرفع الطاقة الإنتاجية، ويتم توريد الخزانات الفردية حتى 60,000 متر مكعب. تتم عمليات التصنيع وفقًا لمعايير ISO 9001 و ISO 45001، مع شهادات المنتجات بما في ذلك NSF/ANSI 61 و WRAS و FDA و LFGB و CE (EN 1090) و ISO 28765 و FM و BSCI و EUROCODE، والتصميم مستند إلى AWWA D103-09 و AWWA C550 و NFPA حيثما يتطلب التطبيق ذلك.
سلوك الاحتياطي السلبي
· لا تحتوي الخزانة الجوية على مضخات أو تحكم في الحيز الغازي أو حدود مضغوطة بحد ذاتها؛ فعندما يفقد المصنع الطاقة تظل البرودة المخزنة موجودة، وهذه بالضبط خاصية الموثوقية التي تبتاعها قاعة حرجة للمهمة.
· تحافظ الأغلفة الفولاذية الكربونية المطلية بالمينا أو الملحومة مع العزل القياسي على تلك الخاصية عبر كامل حجم التخزين، ويمكن فحص الغلاف المربوط بالبراغي مقصورةً بمقصورة بينما يبقى الباقي في الخدمة.
· توجد خزانات مياه الحرائق ومياه الطوارئ في سجلاتنا، مثل الزوج الموجود في سيتشوان بسعة 8,930 م³، للسبب نفسه: يجب أن يظل الاحتياطي متاحًا بينما تكون الأنظمة الفرعية الأخرى معطلة.
الأسئلة الشائعة
س1: هل يمكن لخزان تخزين أن يبقي مركز بيانات باردًا دون طاقة كهربائية رئيسية؟
A1: نعم، لفترة زمنية محددة. يحتفظ الخزان الجوي بالبرودة دون أي جهاز نشط؛ فقط الدورة تحتاج إلى طاقة، وهي تعمل على ناقل الطوارئ. احتسب له الاستقلالية التي تعطيها دراسة التحجيم، وليس وقت تشغيل غير محدود.
Q2: كيف أحسب الاستقلالية لنقل المولد؟
A2: اضرب حمل التبريد للبقاء في وقت النقل بالساعات زائد هامش، ثم اقسم على معامل الاستخدام وكثافة الوسط. لبضع دقائق من النقل يكون الوعاء صغيراً؛ لساعات يصبح مزرعة خزانات.
Q3: هل الخزان المضغوط أم الجوي أفضل لواجب الاستعداد؟
A3: الجوي هو الاحتياطي الأبسط لأنه يحتفظ بالمحتوى دون نظام ضغط. الوعاء المضغوط يضيف اعتماداً على ذلك النظام في الظرف نفسه الذي تحتاج فيه إلى الخزان.
Q4: ما هو السبب الأكثر شيوعاً لعدم تلبية الخزان للمتطلبات أثناء انقطاع التيار؟
A4: الخلط. عندما لا يحافظ ترتيب المدخل أو المخرج على فصل طبقات الحرارة، تدفأ المخرج المختلط مبكرًا وتُستهلك الاحتياطي بينما تبقى المياه الباردة في القاع.
س5: هل يجب أن تعمل أجهزة قياس الخزان على الطاقة الاحتياطية؟
ج5: يجب أن تكون الأجهزة المهمة لعمليات التبديل كذلك. يجب أن يعمل مؤشر المستوى ومشغل صمام المخرج وأي مشغل ناشر على مسار الطاقة الاحتياطية، مع وضع آمن محدد عند انقطاع الطاقة.
س6: كيف يتم التحقق من أداء الخزان قبل التسليم؟
ج6: قم بإجراء عملية نقل على المصنع الحقيقي: اعزل مبردًا أو تغذية الشبكة الرئيسية، انقل الحمل إلى الخزان، وسجّل الكيلوواط/ساعة المُسلَّمة ودرجة حرارة المخرج والوقت حتى الوصول إلى الحد. السعة الاسمية وحدها ليست دليلًا.
س7: هل يفشل غلاف العزل خلال فترات الخمول الطويلة؟
ج7: يتدهور ببطء بسبب التكاثف. التغليف المهوّى وحاجز البخار وحساب نقطة الندى للسماكة تحافظ على جفاف الصوف بين الدورات.
لا يكسب أي خزان مكانه في دراسة الموثوقية إلا إذا شملته تحليلات الأعطال. خزّن ما يكفي من البرودة للحمل المتبقي خلال نافذة النقل، وطبّق معامل قابلية الاستخدام بصدق، وحدّد مسار التصريف بحيث يمكن للبرودة أن تخرج، وأزل أنماط الأعطال التي تقصّر الاحتياطي، وهي الاختلاط والتجمد عند الجسور الباردة والعزل الرطب. عندئذ تعمل خزانات تخزين الطاقة الحرارية الحيوية لتبريد مراكز البيانات كما هو مقصود: احتياطي سلبي يشتري الدقائق التي تحتاجها المنشأة لتشغيل آلاتها الخاصة.
تحدث إلى مهندس
أرسل حمل البقاء بالكيلوواط، ونافذة النقل بالدقائق أو الساعات، ودرجة حرارة المخرج المقبولة، وترتيب الطاقة الطارئة، وسنعيد حساب الاستقلالية، وحجم الخزان مع تطبيق عامل القابلية للاستخدام، ومواصفات الفوهة والموزع والجسر البارد. بالنسبة لمحطة قائمة، اطلب مراجعة تجاوز الفشل لحجم التخزين الحالي وتسلسل التحكم قبل نافذة التشغيل التالية.
واتساب