Notfall-Kaltwasserspeichertank für Rechenzentren: Dimensionierung für Stromausfall
Erstellt Heute
Notfall-Kaltwasserspeichertank für Rechenzentren: Dimensionierung für Stromausfall
Ein Notfall-Kaltwasserspeichertank für ein Rechenzentrum wird für die Lücke zwischen Versorgungsausfall und stabiler Notstromversorgung dimensioniert, nicht für die ganz tägige IT-Kühlung. Die Dimensionierung erfolgt anhand der Umschaltzeit des Lastumschalters, des Stabilisierungsfensters des Generators, der im Standby entnommenen Pumpen- und Lüfterleistung sowie einer definierten Lastabwurfstaffel. Nutzbare Kälte beträgt etwa 1,163 kWh pro Kubikmeter pro Kelvin nutzbarer dT, abgewertet auf 70 bis 90 Prozent für Vermischung und Wärmegewinn, was normalerweise 10 bis 45 Minuten geschützter Last ermöglicht.
Betriebsteams, die nach einem Versorgungsausfall arbeiten, geht selten zuerst das Kaltwasser aus; ihnen geht die Auslegungsreserve aus. Die Kältemaschinen fallen aus, die Generatoren starten, und der Kreislauf verliert so lange Druck, dass ein Kaltwassersatz im Rechenraum Wasser oberhalb seines Sollwerts zurückführt. Ein Notfall-Kaltwasserspeichertank für ein Rechenzentrum ändert diese Abfolge: Das Behältnis hält Kälte vor, während die Anlage neu startet, sodass das Versorgungsband gehalten wird und die kritische Last keine Abweichung erfährt.
Die dahinterstehende Berechnung ist unspektakuläre Arithmetik: die Umschaltzeit des Lastumschalters, das Stabilisierungsfenster des Generators, die Wiederanlaufleistung der Verteilungspumpen und die Abschaltstaffel, die zuerst nicht essentielle Racks abschaltet. Wer diese Punkte übersieht, dessen Anlage ist auf dem Papier überdimensioniert oder zu klein, um von Bedeutung zu sein. Das Folgende behandelt die Dimensionierungsreihenfolge, die Hydraulik, die bei stillstehenden Kältemaschinen funktioniert, und die Spezifikationspunkte, die den Speicher in einer unbesetzten Halle kalt halten.
Wo die Minuten tatsächlich verbracht werden
Jede glaubwürdige Dimensionierungsübung beginnt damit, die Ereignisse zwischen dem Versorgungsausfall und dem Moment aufzulisten, in dem die Anlage zur automatischen Steuerung zurückkehrt.
1. Erkennung und Trennung. Eine Anlage mit zwei Versorgungswegen kann den Normalversorgungszweig innerhalb von Sekunden abschalten; ungeplante Störungen werden nach einem Zeitplan behoben, den niemand kontrolliert.
2. Generatorstart und Bus-Erregung. Dieselaggregate benötigen Zeit, um Nenndrehzahl und Nennspannung zu erreichen. Verteilungs- und Kondensatorpumpen laufen über die USV oder starten in Sequenz neu, was mehrere zehn Sekunden hinzufügt.
3. Kältemaschinen-Neustart und Lead-Lag-Sequenzierung. Selbst wenn Strom vorhanden ist, rampt die Anlagenleistung in Stufen hoch, sodass mehrere Minuten vergehen, bevor die volle Kapazität erreicht ist.
4. Tankentnahme. Während dieser Lücke ist die gespeicherte Kälte das Einzige, was den Raum kühlt.
Das Designziel ist, dass der Speicher die Erkennung bis zur Wiederherstellung der Anlage abdeckt, mit Reserve für einen Generator, der nicht anspringt. Sind beide Einspeisungen betroffen, erweitert sich das Ziel auf einen zweiten Generator oder ein Versorgungsteam.
Zwei Regeln bestimmen alles Nachgelagerte: Der Tank überbrückt die Notstromversorgung, anstatt sie zu ersetzen, und hält die Last innerhalb ihres Temperaturbands, während die Ausrüstung hochfährt, und nur die kalte Schicht am Boden des Behälters zählt, nicht der gesamte Flüssigkeitsinhalt.
Die Laufzeitberechnung, Schritt für Schritt
5. Brutto gespeicherte Kälte. Q = V x rho x cp x dT. Bei Wasser beträgt rho x cp etwa 1,163 kWh pro Kubikmeter pro Kelvin, sodass ein 6-K-Band grob 7,0 kWh pro Kubikmeter ergibt.
6. Den nutzbaren Anteil anwenden. Schichtung, Diffusorvermischung und Wärmegewinn über die Hülle reduzieren das, was entnommen werden kann. In der Praxis wird auf 70 bis 90 Prozent abgewertet; bei schneller Entnahme den niedrigeren Wert ansetzen.
7. Die Last definieren. Während des Ereignisses ist es nicht die IT-Spitzenlast. Es ist die Last, die überleben muss: Kern-Racks plus die Ventilator- und Pumpenleistung, die benötigt wird, um Wasser durch sie zu bewegen.
8. Den Schwerkraftbeitrag abziehen. Bei einem atmosphärischen Tank oberhalb der Last kommt ein Teil des Durchflusses allein aus dem Förderhöhenunterschied bei ausgeschalteten Pumpen, was die Generatorlast reduziert.
9. Teilen. Die Laufzeit entspricht nutzbaren Kilowattstunden geteilt durch Last-Kilowatt.
Rechenbeispiel: 4.000 kW geschützte Last, 6 K nutzbare dT, 0,8 nutzbarer Anteil, Ziel 20 Minuten. Volumen = 4.000 x (20/60) / (1,163 x 6 x 0,8) = 239 m3, vor Pumpenstrom, Standby-Verlust und Reserve für einen zweiten Ausfall. Diese Zahl wirkt klein neben einem Spitzenlastkühltank, und genau das ist der Punkt: Die Notfall-Dimensionierung ist günstiger als Lastverschiebung, weil das Zeitfenster Minuten statt Stunden beträgt.
Lastabwurf-Staffelung und der kalte Boden
Ein Tank, der einen langen Ausfall überbrücken muss, erfordert, dass die dahinterliegende Last kontrolliert heruntergefahren wird, sonst wird die Kälteversorgung schnell aufgebraucht und der Raum driftet ab.
Lastblock | Maßnahme bei Versorgungsausfall | Anteil der IT-Last |
Kern-Produktionsracks | Bleibt bestromt und gekühlt | 40 bis 60 Prozent |
Staging, Batch, Reporting | Abschaltung nach 5 Minuten | 15 bis 25 Prozent |
Nicht-produktionsbezogene Analytik | Sofortige Abschaltung | 10 bis 20 Prozent |
Büro- und Supportbereich | Aus oder auf einem separaten Kreislauf | 5 bis 15 Prozent |
Der kalte Boden legt die niedrigste Vorlauftemperatur fest, die die Anlage erreichen darf, mit Gefrierschutzreserve. Während der Entladung steigt die Rücklauftemperatur und die nutzbare dT schrumpft, daher legen Planer eine Vorlaufobergrenze fest, üblicherweise 12 bis 15 °C für den Notfallzustand, oberhalb derer weitere Blöcke abgeworfen werden.
Hydraulik, die den Durchfluss ohne laufende Kältemaschinen aufrechterhält
Wie der Tank innerhalb der Druckgrenze positioniert ist, entscheidet darüber, wie viel Notstrom benötigt wird.
10. Atmosphärischer Tank, schwerkraftgetriebener Durchfluss. Kaltes Wasser verlässt den Tank unter Schwerkraft und kehrt durch Schwerkraft oder eine kleine Notfallpumpe zurück, sodass die Hauptanlagenpumpe nicht für die Umwälzung erforderlich ist. Dies ist die Anordnung hinter den meisten Notfall-Kaltwasserspeichertank-Rechenzentrumskonzepten, die den Durchfluss bei einem Totalausfall der Kältemaschinen aufrechterhalten müssen.
11. Druckbehälter innerhalb der Anlagengrenze. Wanddicke, Stutzenverstärkung, Flansche und Sicherheitsventile werden für Auslegungsdruck und -temperatur berechnet; der Durchfluss benötigt weiterhin Pumpen am Notstrombus.
12. Isolierung und Wärmebrücken. Mineralwolle mit Aluminium- oder Farbstahlverkleidung, wobei Auflager und Durchdringungen so ausgeführt werden, dass der thermische Pfad unterbrochen wird.
In beiden Anordnungen benötigen Einlass und Auslass Diffusoren und Umlenkbleche, und die Einlassgeschwindigkeit bleibt bei oder unter 0,5 bis 1 m/s, damit die Thermokline scharf bleibt.
Technische Spezifikation
Die folgende Tabelle listet die Sollwerte und Auswahlpunkte für einen Notfall-Kaltwasserspeichertank in einem Rechenzentrum auf.
Position | Typischer Wert oder Option | Hinweis |
Geometrisches Volumen | Ausgelegt nach Laufzeitziel | 239 m3 im durchgerechneten Beispiel |
Nutzbare dT | 5 bis 7 K, zum Beispiel 6 °C bis 12 °C | Bestimmt das Volumen linear |
Nutzbarer Anteil | 70 bis 90 Prozent | Abdeckung von Mischung und Wärmeverlust |
Vorlauftemperatur, normal | 5 bis 7 °C | Üblicher Kaltwassersollwert |
Vorlauftemperatur, Notfall-Obergrenze | 12 bis 15 °C | Darüber wird die Last abgeworfen |
Druckklasse des Tanks | Atmosphärisch oder druckbeaufschlagt | Legt Wandstärke und Verstärkungen fest |
Eintrittsgeschwindigkeit | 0,5 bis 1 m/s | Schützt die Schichtung |
Isolierung | Mineralwolle, Aluminium- oder Farbstahlverkleidung | Details zu Kältebrücken an Auflagern |
Frostschutz | Begleitheizung oder Standby-Zirkulation | Erforderlich für unbesetzte Zeiten |
Laufzeitziel | 10 bis 45 Minuten | Verlängern bei Ausfall eines zweiten Generators |
Projektfall
Während unsere gelieferten Referenzprojekte im Wasser- und Abwassersektor Feuerlösch- und Trinkwasserspeicherung umfassen, wird der TES-Umfang für Rechenzentren nach denselben Standards ausgelegt. Eine relevante Referenz ist eine Feuerlöschanlage in Sichuan, China.
Element | Detail |
Projekt | Sichuan, China — Löschwasserspeicherung |
Produkt | 01 GFS, glasverschmolzener Stahl-Bolzentank |
Kapazität | 8.930 m3 über zwei Tanks |
Abmessungen | phi 19,87 m x 14,4 m, 2 Einheiten |
Fertigstellung | 2023-11 |
Die Aufgabe ist in einem hier relevanten Punkt vergleichbar: Der Tank hält nutzbares Fluid für ein seltenes Ereignis mit schwerwiegenden Folgen und langen Ruhephasen zwischen den Ereignissen vor. Ein Notkühlspeicher hat dasselbe Profil, daher folgen Plattengeometrie, Schraubverbindungen und Beschichtungsauswahl derselben technischen Logik.
Technische Kompetenz von Center Enamel
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) entwirft und fertigt seit 2008 verschraubte Lagertanks. Als erster Hersteller von glasverschmolzenen Stahltanks (GFS) in China verfügt das Unternehmen über nahezu 200 emailbezogene Patente, produziert jährlich etwa 300.000 emailbeschichtete Stahlplatten, hat mehr als 30.000 installierte Projekte abgeschlossen und liefert seine Tanks in über 100 Länder. Das neue 150.000 m² große Produktionsgelände wurde hinzugefügt, um die Produktionskapazität zu erhöhen, und einzelne Tanks werden bis zu 60.000 m³ geliefert. Die Fertigung erfolgt unter ISO 9001 und ISO 45001, mit Produktzertifizierungen einschließlich NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI und EUROCODE, und die Auslegung erfolgt in Anlehnung an AWWA D103-09, AWWA C550 und NFPA, wo die Anwendung dies erfordert.
Passive Reserve bei niedrigem Füllstand
· Die Notfallauslegung wird in der Regel durch die Umschaltzeit des Bereitschaftspfads plus die nach der Lastabwurf gehaltene reduzierte Last bestimmt, und der Tank muss auch bei niedrigem eigenem Füllstand noch Kälte liefern.
· Ein atmosphärischer Tank benötigt keine Instrumentenluft, keine Gasraumkontrolle und keine aktive Druckbeaufschlagung, um seine verbleibende Kälte abzugeben, was den Fehlerpfad einfach hält.
· Die Sichuan-Löschwasserreserve von 8.930 m³ und die kommunalen Wassertanks der VAE sind die nächsten Analogien in unseren Aufzeichnungen für einen Speicher, dessen einzige Anforderung es ist, dann vorhanden zu sein, wenn die normale Versorgung nicht verfügbar ist.
Häufig gestellte Fragen
F1: Sollte der Notfalltank für die volle IT-Last oder die geschützte Last dimensioniert werden?
A1: Nur für die geschützte Last. Die Dimensionierung auf die volle Spitzenlast erzeugt einen größeren Behälter für einen seltenen Fall, und die Differenz ist besser in eine Abschaltleiter investiert, die reduziert, was der Tank tragen muss.
F2: Ersetzt der Tank die USV oder den Generator?
A2: Weder noch. Generatoren starten in Sekunden bis Minuten und die USV hält die Steuerspannung, bevor sie Last übernehmen. Der Tank fügt Reserve für einen Generator hinzu, der beim ersten Versuch nicht startet.
F3: Wie lange ist eine ausreichende Laufzeit?
A3: Sie folgt dem Umschaltschema. Eine Anlage, die die Stromversorgung zuverlässig in unter 15 Minuten wiederherstellt, benötigt einen kleineren Notfall-Kaltwasserspeichertank für das Rechenzentrum als eine, die einen fehlgeschlagenen Start überstehen muss. Zielwerte liegen üblicherweise bei 20 bis 45 Minuten plus Reserve.
F4: Kann ein Tank sowohl Notfall- als auch Lastspitzenkappung dienen?
A4: Ja, und das ist üblich. Der Speicher wird auf die größere der beiden Aufgaben ausgelegt, und der Notfallfall legt dann das Mindestvolumen und die Temperaturobergrenze fest.
F5: Welche Abminderung sollte auf die theoretische gespeicherte Energie angewendet werden?
A5: 70 bis 90 Prozent für Schichtungsverluste, Diffusorvermischung und Wärmegewinn durch Hülle und Isolierung. Nehmen Sie die untere Grenze, wenn die Entnahme im Verhältnis zur Umschlagzeit des Tanks schnell ist.
Die Dimensionierung eines Notfall-Kaltwasserspeichertanks für ein Rechenzentrum bedeutet, ein kurzes Zeitfenster zu messen und es mit nutzbarer Kälte abzugleichen. Das Zeitfenster ergibt sich aus Umschaltung, Generatorreaktion und Anlagenneustart; die Kälte ergibt sich aus Volumen, dT und der Leistungsminderung, die die reale Schichtung widerspiegelt. Bringt man beides auf dieselbe Grundlage, folgt das Volumen daraus, wobei die Abschaltstufenleiter die Reserve vorhersehbar macht.
Der Wert liegt nicht in unbegrenzter Laufzeit. Er liegt darin, dass der Kreislauf niemals sein Temperaturband verlässt, während das Kraftwerk zurückkehrt, was einen Neustart in eine kontrollierte Abfolge statt in eine Kaskade ausgelöster Betriebsmittel verwandelt.
Sprechen Sie mit einem Ingenieur
Senden Sie Ihr Unterbrechungsziel, die geschützte IT-Last während des Ereignisses und die Zulauftemperatur, die Sie während des Neustarts der Anlage tolerieren können. Wir liefern Ihnen eine Laufzeitberechnung, das erforderliche Volumen und die nutzbare dT sowie ein Spezifikationsblatt mit Druckklasse, Isolierung und Düsenanordnung.
WhatsApp