TES-Tanks: Eine Kurzreferenz für thermische Speicherung in der Rechenzentrumskühlung
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TES-Tanks: Eine Kurzreferenz für thermische Speicherung in der Kühlung von Rechenzentren
TES-Tanks verschieben Kühlarbeit, statt sie zu erzeugen. Bei der Kühlung von Rechenzentren speichert thermische Energiespeicherung gekühltes Wasser, Eis oder Phasenwechselmaterial, das in Schwachlastzeiten erzeugt wird, sodass die Kälteanlage in Spitzenzeiten verkleinert oder im Leerlauf betrieben werden kann. Die drei Zahlen, die man lesen muss, sind die nutzbare Kapazität in Kilowattstunden, der Nutzungsfaktor als Prozentsatz der Theorie und die Autonomiestunden bei Auslegungslast. Ein Wassertank speichert etwa 1,16 kWh pro Kubikmeter pro Kelvin Temperaturdifferenz und wird üblicherweise auf 70 bis 90 Prozent Nutzbarkeit ausgelegt. TES reduziert nicht den gesamten Stromverbrauch des Standorts; es verschiebt und formt ihn um.
Beschaffungsteams, die zum ersten Mal mit thermischer Speicherung in Berührung kommen, begegnen in derselben Woche meist demselben Vokabular: TES, SOC, Delta T, COP, PUE, N+1. Jeder dieser Begriffe hat in einer Kaltwasseranlage eine spezifische Bedeutung, und eine Abweichung bei den Definitionen ist der Punkt, an dem ein Speicherprojekt schiefgeht. Eine Partei nennt das Nennvolumen des Tanks, eine andere nennt die lieferbaren Kilowattstunden, und am Ende steht im Vertrag ein Tank, der seine Zeichnung erfüllt und seinen Zweck verfehlt.
Dieses Referenzblatt behandelt die praktischen Definitionen, die bei Rechenzentrums-Speicherprojekten verwendet werden: was die vier TES-Routen sind, welche Kennzahlen in einer Spezifikation wichtig sind, welche Annahmen sich als falsch erweisen und was jede Abkürzung bedeutet. Verwenden Sie es vor der Tankbestellung, damit die TES-Tanks in den Zeichnungen und die TES-Tanks im Baustellenplan dasselbe Behältnis sind.
Verwenden Sie es als gemeinsame Grundlage zwischen dem Planungsingenieur, dem Auftragnehmer und dem Tanklieferanten.
Die vier TES-Routen auf einen Blick
Fühlbares Kaltwasser ist die Referenz. Wasser wird gekühlt, in einem isolierten Tank gehalten und zur Anlage zurückgeführt. Die Kapazität folgt `Q = V x rho x cp x dT`, und das Auslegungstemperaturband liegt üblicherweise bei 5-7 °C bis 12-14 °C, was eine Delta-T von etwa 6 K ergibt.
Eis erhöht die Dichte durch latente Wärme. Eis, das auf Rohrschlangen oder durch einen Ernteapparat in einem Wassertank gebildet wird, speichert etwa 334 kJ pro Kilogramm Wasser, das zu Eis umgewandelt wird, was pro Masseneinheit weit mehr ist als bei sensibler Kühlung. Der Nachteil ist die thermische Kurzschließung zwischen den Zyklen und ein indirekter Kreislauf.
PCM hält eine Phasenwechseltemperatur. Verkapselte Salze oder Paraffine schmelzen und gefrieren bei einem festgelegten Punkt, wodurch der Speicher auf einer anderen Temperatur als der Kaltwasserkreislauf gehalten werden kann. Ein Wärmetauscher ist immer im Pfad.
Thermokline ist Wasser mit einer Temperaturfront. Zwei Wassertemperaturen befinden sich in einem Tank mit einer sich bewegenden Grenzfläche zwischen ihnen, geladen durch Pumpen des heißen Rücklaufs nach oben und des kalten Vorlaufs nach unten. Sie verwendet dasselbe Medium wie der Kaltwasserkreislauf und vereinfacht das Düsenlayout.
Route | Mittel | Temperaturbereich | Indirekter Kreislauf | Typische Verwendung |
Kaltwasser | Wasser | 5-7 bis 12-14 GradC | Manchmal | Spitzenlastkappung, Puffer, Notkühlung |
Eis | Eis in Wasser | Nahe 0 °C | Immer | Nachrüstungen bei Platzbeschränkungen |
PCM | Verkapseltes Salz oder Paraffin | Durch Phasenpunkt festgelegt | Immer | Aufgaben für schmale Temperaturbänder |
Thermokline | Wasser, zwei Schichten | Durch Front getrennt | Manchmal | Lange Speicherung, einzelner Behälter |
Die Kennzahlen, die in eine Spezifikation gehören
Nutzbare Kapazität in Kilowattstunden. Nicht Tankvolumen, nicht Nennleistung. Dimensionierung aus der Last in Kilowatt multipliziert mit dem Speicherfenster in Stunden, geteilt durch den Nutzungsfaktor, dann geteilt durch die volumetrische Dichte des gewählten Mediums. Eine 5-MW-Halle über ein Acht-Stunden-Fenster benötigt 40 MWh lieferbare Kälte vor Verlusten.
Nutzungsfaktor und warum er unter 100 Prozent liegt. Zusammenbruch der Schichtung, Vermischung am Einlass, thermische Kurzschlüsse und Wärmeeintrag aus der Umgebung reduzieren alle den entnehmbaren Anteil. Der Wasserweg wird normalerweise auf 70 bis 90 Prozent der Theorie ausgelegt; Eis und PCM liegen niedriger, sobald ihre Übertragungsgrenzen berücksichtigt werden.
Autonomiestunden und der Ausfallfall. Speicher, der für die Netzspitze gekauft wird, ist anders als Speicher, der für den Start eines Generators gekauft wird. Ein Tank, dem beispielsweise vier Stunden Autonomie bei Teillast zugerechnet werden, ist ein ganz anderes Gefäß als einer, dem eine volle Stufe Laufzeit zugerechnet wird.
1. Gespeicherte Energie: Megawattstunden an lieferbarer Kühlung bei Auslegungsrücklauftemperatur.
2. Speicherfenster: Stunden pro Tag, in denen die Anlage voraussichtlich auf Speicher läuft.
3. Lade- und Entladerate: Kilowatt hinein und hinaus, was Düsengröße, Diffusorfläche und Pumpenleistung festlegt.
4. Standby-Verlust: Prozentsatz der Ladung, der pro Tag verloren geht und bei der nächsten Ladung ersetzt wird.
5. Nutzbarer Faktor: Prozentsatz der theoretischen Kapazität, der tatsächlich entnommen werden kann.
Häufige Missverständnisse
"TES senkt meine Stromrechnung, indem es kostenlose Kälte speichert." Es erzeugt keine Kälte. Der Kühler produziert weiterhin jede Kilowattstunde, einige davon effizienter außerhalb der Spitzenzeiten, wenn die Umgebungstemperatur niedriger ist. Die Einsparung ergibt sich aus der Tarifstruktur und den Leistungspreisen, nicht aus kostenloser Energie.
"Ein größerer Tank ist immer besser." Speicher, der nie vollständig geladen wird, ist totes Gewicht. Ladezeit und Kühlerreserve müssen zur Tankgröße passen, sonst füllt sich das Gefäß jeden Morgen zu 60 Prozent und liefert 60 Prozent.
"Eis schlägt Wasser immer beim Platzbedarf." Nur wenn der indirekte Kreislauf, die Maschinenraumhöhe und die Abtauleistung mitgezählt werden. Der Dichtegewinn ist real; die gelieferte Kapazität nach Verlusten muss überprüft werden.
"Der Tank braucht Strom, um kalt zu bleiben." Ein gut isoliertes Gefäß hält die Temperatur tagelang. Was Strom braucht, ist die Umwälzung, nicht die Speicherung, weshalb ein atmosphärischer Wassertank beim Generatorstart hilft.
Abkürzungen auf einem Kühlplan
TES Wärmespeicher; in einem Rechenzentrum die Kälte, die außerhalb der Spitzenlast erzeugt und in einem Tank gespeichert wird.
SOC Ladezustand als Prozentsatz der nutzbaren Kapazität, dasselbe Konzept wie bei einer Batterie.
dT oder Delta T die Differenz zwischen Vorlauf und Rücklauf in Kelvin oder GradC; der Treiber der Wasserkapazität.
COP Leistungszahl, Kühlleistung geteilt durch elektrische Leistungsaufnahme eines Kältemaschinen.
PUE Energieeffizienz, Gesamtenergie des Standorts geteilt durch IT-Energie.
CHW / CW Kaltwasservorlauf und der Kühlwasserkreislauf.
N+1 / 2N Redundanzanordnung der Kälteanlage.
Technische Spezifikation
Element | Wert oder Option |
Aufgabe | Spitzenlastkappung, Kältemaschinenverkleinerung oder Notkühlungsautonomie |
Medium | Kaltwasser, Eis, PCM oder Thermokline-Wasser |
Vorlauf / Rücklauf | 5-7 GradC Vorlauf, 12-14 GradC Rücklauf als Startband |
Delta T | 4-6 K konservativ, 5-7 K typisch für Wasser |
Dichte (Wasser) | Etwa 1,163 kWh pro m3 pro K, rund 7 kWh/m3 bei 6 K |
Nutzbarer Anteil | 70-90 Prozent für Wasser, niedriger für Eis und PCM |
Tankzustand | Nahe Atmosphärendruck oder niedriger Überdruck, wenn als Druckgrenze ausgelegt |
Isolierung | Mineralwolle, dimensioniert, um die Oberfläche über dem Taupunkt zu halten |
Nutzbare Bestätigung | Gemessene Kapazität an der Anlagengrenze über einen vollständigen Zyklus |
Projektfall
Feld | Wert |
Projekt | Namibia Trinkwasserspeicherung (P-A) |
Produkt | 01 Glasemaillierter Stahltank |
Kapazität | 44.900 m3 gesamt |
Abmessungen | 4 Tanks, Durchmesser 41,26 m, Höhe 8,4 m |
Fertigstellung | September 2022 |
Während unsere gelieferten Referenzprojekte im Bereich Wasser und Abwasser diesen Trinkwasserumfang umfassen, ist der TES-Umfang für Rechenzentren nach denselben Standards ausgelegt. Vier verschraubte Tanks mit 41,26 m Durchmesser sind die Referenz dafür, wie ein großes, nahezu atmosphärisches Wasserbehältnis in Paneele aufgeteilt, versandt und vor Ort montiert wird – dieselbe Konstruktionsgrundlage, die ein TES-Tank für seine Hülle und Beschichtung verwendet.
Konstruktionskompetenz 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 nach 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.
Terminologie auf Hardware abgebildet
· TES ist ein Oberbegriff, und für ein Rechenzentrum ist die nützliche Aufteilung nach Speichermedium und nach Druckklasse, nicht nach Marketingbezeichnung; die Anforderungen an die Hülle folgen dieser Aufteilung.
· Definitionen, die früh in einem Projekt festgelegt werden sollten: nutzbare Kapazität (nach Misch- und Totzonen), Bereitschaftsverlust, Be- und Entladerate sowie Druckklasse (atmosphärische versus druckbeaufschlagte Grenze).
· Unsere atmosphärischen verschraubten Behälter für die Massenwasserspeicherung, die bis zu 60.000 m³ pro Tank liefern, sind in der Praxis das physische Gegenstück hinter den meisten dieser Definitionen.
Häufig gestellte Fragen
F1: Reduzieren TES-Tanks den PUE?
A1: Nicht direkt. Niedrigere Kondensationstemperatur bei Nacht und längere Kältemaschinenlaufzeiten am Auslegungspunkt können die Maschineneffizienz verbessern, und der Hauptvorteil liegt auf der Seite der Energiekosten. Berechnen Sie die Änderung des Maschinen-COP gegenüber der Änderung der Tankverluste, bevor Sie einen PUE-Gewinn beanspruchen.
Q2: Was ist ein angemessenes Delta T für einen Kaltwassertank?
A2: Fünf bis sieben Kelvin sind typisch für ein Band von 6 bis 12 °C; vier bis sechs sind die konservative Wahl, wenn ein hoher Schichtungsverlust zu erwarten ist. Ein breiteres Band senkt das erforderliche Volumen für dieselben gespeicherten Kilowattstunden.
Q3: Wie wird der Ladezustand auf einem Steuerbildschirm eines Rechenzentrums angezeigt?
A3: Als Prozentsatz der nutzbaren Kapazität, aus den gemessenen Vor- und Rücklauftemperaturen, dem gespeicherten Volumen und dem Nutzbarkeitsfaktor. Legen Sie die Ober- und Untergrenzen so fest, dass die Anlage niemals mehr Kälte zusagt, als der Tank vorhält.
Q4: Muss ein TES-Tank ein Druckbehälter sein?
A4: Nein, normalerweise nicht. Ein nahezu atmosphärischer Wassertank liegt außerhalb der Druckgrenze, daher gelten der Code und das Design, die in der Projektspezifikation und im Vertrag festgelegt sind. Ein druckbeaufschlagtes Design verschiebt den Behälter, seine Öffnungen und sein Inspektionsregime in einen anderen Geltungsbereich.
Q5: Kann ein Tank sowohl als Puffer als auch als Speicher dienen?
A5: Ja. Kurzzeitpuffer für Kältemaschinenausfälle und Pumpentransienten sowie Langzeitspeicherung können ein gemeinsames Becken nutzen, sofern das Düsen- und Diffusorlayout dies unterstützt und der Betreiber den kombinierten Ladezustand versteht.
F6: Warum ist die nutzbare Kapazität geringer als der theoretische Wert?
A6: Schichtung, Vermischung am Einlass, Umgebungswärmeverlust und das Austrittstemperaturband reduzieren, was entnommen werden kann. Planer wenden 70 bis 90 Prozent für Wasser an und messen das Ergebnis an der Anlagengrenze.
Q7: Was sollte der Abnahmetest messen?
A7: Lieferbare Kilowattstunden an der Anlagengrenze über einen vollständigen Lade- und Entladezyklus, plus Ladezeit, Standby-Verlust und die bei der Auslegungsentladerate erreichte Austrittstemperatur. Ein TES-Tank-Vertrag, der nur Kubikmeter angibt, überlässt den Abnahmetest späterer Diskussion.
Lesen Sie das Speicherprojekt als eine Reihe von Definitionen, bevor es zu einer Reihe von Zeichnungen wird. Es gibt vier Wege, fünf Kennzahlen sind wichtig, und die Abkürzungen müssen für den Kunden, den Planer und den Lieferanten dasselbe bedeuten. TES-Tanks sorgen nicht dafür, dass ein Rechenzentrum weniger Strom verbraucht; sie verschieben diesen Strom in günstigere Stunden, verkleinern die Kälteanlage und geben der Anlage die Chance, einen Ausfall zu überbrücken. Wenn die Definitionen stimmen, folgt die Behälterdimensionierung.
Sprechen Sie mit einem Ingenieur
Senden Sie die IT-Last des Designs, das Zielspeicherfenster, die Vor- und Rücklauftemperaturen der Kälteanlage und die verfügbare Stellfläche. Wir liefern die Berechnung hinter dieser Referenz zurück: gespeicherte Kilowattstunden, erforderliche Kubikmeter, den angewendeten Nutzungsfaktor sowie die Spezifikation für Stutzen, Diffusor und Isolierung im Überblick. Wenn Sie Wege vergleichen, fordern Sie dieselbe Berechnung für Eis und PCM an, damit der Vergleich auf der lieferbaren Kapazität basiert.
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