Tanques TES: Una referencia rápida para el almacenamiento térmico en la refrigeración de centros de datos
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Tanques TES: Una referencia rápida para el almacenamiento térmico en el enfriamiento de centros de datos
Los tanques TES desplazan el trabajo de enfriamiento en lugar de crearlo. En el enfriamiento de centros de datos, el almacenamiento de energía térmica retiene agua enfriada, hielo o material de cambio de fase producido durante las horas de baja demanda para que la planta de enfriadores pueda reducirse o permanecer inactiva durante el pico. Los tres números que hay que leer son la capacidad utilizable en kilovatios-hora, el factor utilizable como porcentaje de la teoría y las horas de autonomía a la carga de diseño. Un tanque de agua almacena aproximadamente 1,16 kWh por metro cúbico por kelvin de diferencia de temperatura y normalmente se diseña al 70 o 90 por ciento de utilización. El TES no reduce la electricidad total del sitio; la desplaza y la remodela.
Los equipos de adquisiciones que se acercan por primera vez al almacenamiento térmico suelen encontrarse con el mismo vocabulario en la misma semana: TES, SOC, delta T, COP, PUE, N+1. Cada uno de esos términos tiene un significado específico en una planta de agua enfriada, y una discrepancia en las definiciones es donde un proyecto de almacenamiento sale mal. Una parte cita el volumen nominal del tanque, otra cita los kilovatios-hora entregables, y el contrato termina con un tanque que cumple con su plano y no cumple con su función.
Esta hoja de referencia cubre las definiciones prácticas utilizadas en proyectos de almacenamiento de centros de datos: cuáles son las cuatro rutas TES, qué métricas importan en una especificación, qué creencias resultan no ser ciertas y qué significa cada abreviatura. Úsela antes del pedido del tanque, para que los tanques TES en los planos y los tanques TES en el cronograma del sitio sean el mismo recipiente.
Úsela como una base compartida entre el ingeniero de diseño, el contratista y el proveedor de tanques.
Las Cuatro Rutas TES de un Vistazo
El agua enfriada sensible es la referencia. El agua se enfría, se mantiene en un tanque aislado y se devuelve a la planta. La capacidad sigue `Q = V x rho x cp x dT`, y la banda de temperatura de diseño suele ser de 5-7 °C a 12-14 °C, lo que da un delta T de aproximadamente 6 K.
El hielo aumenta la densidad mediante calor latente. El hielo formado en serpentines o por un cosechador dentro de un tanque de agua almacena aproximadamente 334 kJ por kilogramo de agua convertida en hielo, lo cual es mucho más por unidad de masa que el enfriamiento sensible. La contrapartida es el cortocircuito térmico entre ciclos y un bucle indirecto.
El PCM mantiene una temperatura de cambio de fase. Las sales o parafinas encapsuladas se funden y congelan a un punto de ajuste, lo que permite que el almacenamiento se mantenga a una temperatura diferente a la del bucle de agua enfriada. Un intercambiador de calor siempre está en la trayectoria.
La termoclina es agua con un frente de temperatura. Dos temperaturas de agua se encuentran en un mismo tanque con una interfaz móvil entre ellas, cargada bombeando el retorno caliente hacia la parte superior y el suministro frío hacia la parte inferior. Utiliza el mismo medio que la ruta de agua enfriada y simplifica la disposición de las boquillas.
Ruta | Medio | Banda de temperatura | Circuito indirecto | Uso típico |
Agua enfriada | Agua | 5-7 a 12-14 grados C | A veces | Reducción de picos, amortiguación, enfriamiento de emergencia |
Hielo | Hielo en agua | Cerca de 0 °C | Siempre | Adaptaciones con espacio limitado |
PCM | Sal o parafina encapsulada | Definido por el punto de fase | Siempre | Funciones de banda de temperatura estrecha |
Termoclina | Agua, dos estratos | Dividido por frente | A veces | Almacenamiento prolongado, recipiente único |
Las métricas que pertenecen a una especificación
Capacidad utilizable en kilovatios-hora. No volumen del tanque, no placa de características. Dimensione a partir de la carga en kilovatios multiplicada por la ventana de almacenamiento en horas, dividida por el factor utilizable, luego dividida por la densidad volumétrica del medio elegido. Una sala de 5 MW durante una ventana de ocho horas necesita 40 MWh de frío entregable antes de las pérdidas.
Factor utilizable y por qué es inferior al 100 por ciento. El colapso de la estratificación, la mezcla en la entrada, el cortocircuito térmico y la fuga de calor ambiental reducen la fracción extraíble. La ruta del agua normalmente se diseña al 70 a 90 por ciento de la teoría; el hielo y los PCM quedan más bajos una vez que se contabilizan sus límites de transferencia.
Horas de autonomía y el caso de fallo. El almacenamiento comprado para el pico de la red es diferente del almacenamiento comprado para el arranque de un generador. Un tanque acreditado con, digamos, cuatro horas de autonomía a carga parcial es un recipiente muy diferente de uno acreditado con un nivel completo de tiempo de ejecución.
1. Energía almacenada: megavatios-hora de enfriamiento entregable a la temperatura de retorno de diseño.
2. Ventana de almacenamiento: horas por día que la planta espera funcionar con almacenamiento.
3. Tasa de carga y descarga: kilovatios de entrada y salida, lo que determina el tamaño de la boquilla, el área del difusor y la carga de la bomba.
4. Pérdida en espera: porcentaje de carga perdido por día, reemplazado en la siguiente carga.
5. Factor utilizable: porcentaje de la capacidad teórica que realmente se puede extraer.
Conceptos erróneos comunes
"TES reduce mi factura de electricidad al almacenar frío gratis." No crea frío. El enfriador sigue produciendo cada kilovatio-hora, parte de ello de manera más eficiente fuera de las horas pico cuando la temperatura ambiente es más baja. El ahorro proviene de la estructura tarifaria y los cargos por demanda, no de energía gratuita.
"Un tanque más grande siempre es mejor." El almacenamiento que nunca se carga por completo es peso muerto. El tiempo de carga y la capacidad del enfriador deben coincidir con el tamaño del tanque, o el recipiente se llena al 60 por ciento cada mañana y entrega el 60 por ciento.
"El hielo siempre supera al agua en huella." Solo si se cuentan el circuito indirecto, la altura de la sala de máquinas y la carga de descongelación. La ganancia de densidad es real; la capacidad entregada después de las pérdidas necesita verificarse.
"El tanque necesita energía para mantenerse frío." Un recipiente bien aislado mantiene la temperatura durante días. Lo que necesita energía es la circulación, no el almacenamiento, por lo que un tanque de agua atmosférico ayuda durante el arranque de un generador.
Abreviaturas en un programa de enfriamiento
TES almacenamiento de energía térmica; en un centro de datos, el frío producido fuera de las horas punta y almacenado en un tanque.
SOC estado de carga como porcentaje de la capacidad utilizable, la misma idea que una batería.
dT o delta T la diferencia entre suministro y retorno en kelvin o degC; el impulsor de la capacidad del agua.
COP coeficiente de rendimiento, salida de refrigeración sobre entrada de electricidad para un enfriador.
PUE efectividad del uso de energía, energía total del sitio sobre energía de TI.
CHW / CW suministro de agua enfriada y el circuito de agua del condensador.
N+1 / 2N disposición de redundancia de la planta enfriadora.
Especificación Técnica
Elemento | Valor u opción |
Carga | Reducción de picos, reducción del tamaño del enfriador o autonomía de refrigeración de emergencia |
Medio | Agua enfriada, hielo, PCM o agua termoclina |
Suministro / retorno | 5-7 degC suministro, 12-14 degC retorno como banda inicial |
Delta T | 4-6 K conservador, 5-7 K típico para agua |
Densidad (agua) | Aproximadamente 1,163 kWh por m3 por K, alrededor de 7 kWh/m3 a 6 K |
Factor utilizable | 70-90 por ciento para agua, menor para hielo y PCM |
Condición del tanque | Cerca de la atmosférica, o baja presión manométrica si está diseñado como límite de presión |
Aislamiento | Lana mineral dimensionada para mantener la superficie por encima del punto de rocío |
Confirmación de utilizable | Capacidad medida en el límite de la planta durante un ciclo completo |
Caso de proyecto
Campo | Valor |
Proyecto | Almacenamiento de agua potable en Namibia (P-A) |
Producto | 01 Tanque de acero vitrificado |
Capacidad | 44.900 m3 en total |
Dimensiones | 4 tanques, diámetro 41,26 m, altura 8,4 m |
Finalización | Septiembre de 2022 |
Aunque nuestros proyectos de referencia entregados en el sector del agua y las aguas residuales incluyen este alcance de agua potable, el alcance del TES para centros de datos está diseñado con los mismos estándares. Cuatro tanques atornillados de 41,26 m de diámetro son la referencia de cómo se paneliza, transporta y ensambla en obra un gran recipiente de agua casi atmosférico, que es la misma base de construcción que utiliza un tanque TES para su envolvente y revestimiento.
Capacidad de ingeniería de Center Enamel
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) ha diseñado y fabricado tanques de almacenamiento atornillados desde 2008. Como el primer fabricante de tanques de acero revestido de vidrio (GFS, por sus siglas en inglés) en China, la empresa posee cerca de 200 patentes relacionadas con el esmalte, produce aproximadamente 300.000 placas de acero recubiertas de esmalte al año, ha completado más de 30.000 proyectos instalados y suministra sus tanques a más de 100 países. La nueva base de producción de 150.000 m² se añadió para aumentar la capacidad de producción, y se suministran tanques individuales de hasta 60.000 m³. La fabricación opera bajo ISO 9001 e ISO 45001, con certificación de producto que incluye NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI y EUROCODE, y el diseño se referencia a AWWA D103-09, AWWA C550 y NFPA donde la aplicación lo requiere.
Terminología asignada al hardware
· TES es un término paraguas y, para un centro de datos, la división útil es por medio de almacenamiento y por clase de presión, no por denominación comercial; los requisitos de la envolvente siguen esa división.
· Definiciones que conviene fijar al inicio de un proyecto: capacidad útil (después de zonas de mezcla y muertas), pérdida en reposo, tasa de carga/descarga y clase de presión (frontera atmosférica versus presurizada).
· Nuestros depósitos atornillados atmosféricos para almacenamiento de agua a granel, entregados hasta 60.000 m³ por tanque, son la contraparte física detrás de la mayoría de esas definiciones en la práctica.
Preguntas frecuentes
P1: ¿Los tanques TES reducen el PUE?
A1: No directamente. Una temperatura de condensación más baja por la noche y más horas de funcionamiento del enfriador en el punto de diseño pueden mejorar la eficiencia de la máquina, y el beneficio principal está en el lado del costo energético. Calcule el cambio en el COP de la máquina frente al cambio en las pérdidas del tanque antes de reclamar una ganancia de PUE.
Q2: ¿Cuál es un delta T razonable para un tanque de agua enfriada?
A2: De cinco a siete kelvin es lo típico para una banda de 6 a 12 °C; de cuatro a seis es la opción conservadora cuando se espera una alta pérdida por estratificación. Una banda más amplia reduce el volumen requerido para los mismos kilovatios-hora almacenados.
Q3: ¿Cómo se muestra el estado de carga en una pantalla de control de centro de datos?
A3: Como un porcentaje de la capacidad utilizable, a partir de las temperaturas de suministro y retorno medidas, el volumen almacenado y el factor de utilizabilidad. Establezca los límites superior e inferior de modo que la planta nunca prometa más frío del que contiene el tanque.
Q4: ¿Necesita un tanque TES ser un recipiente a presión?
A4: No, normalmente no. Un tanque de agua casi a presión atmosférica se sitúa fuera del límite de presión, por lo que el código aplicable y el diseño son los especificados en la especificación del proyecto y el contrato. Un diseño presurizado traslada el recipiente, sus aberturas y su régimen de inspección a un alcance diferente.
Q5: ¿Puede un solo tanque servir tanto como buffer como de almacenamiento?
A5: Sí. El búfer a corto plazo para paradas del enfriador y transitorios de la bomba y el almacenamiento a largo plazo pueden compartir un solo recipiente, siempre que el diseño de la boquilla y el difusor lo permita y el operador comprenda el estado de carga combinado.
Q6: ¿Por qué la capacidad utilizable es menor que la cifra teórica?
A6: La estratificación, la mezcla en la entrada, la fuga de calor ambiental y la banda de temperatura de salida reducen lo que se puede extraer. Los diseñadores aplican del 70 al 90 por ciento para el agua y miden el resultado en el límite de la planta.
Q7: ¿Qué debe medir la prueba de aceptación?
A7: Kilovatios-hora entregables en el límite de la planta durante un ciclo completo de carga y descarga, más el tiempo de carga, la pérdida en espera y la temperatura de salida alcanzada a la tasa de descarga de diseño. Un contrato de tanque TES que solo cotiza metros cúbicos deja la prueba de aceptación a discusión posterior.
Lea el proyecto de almacenamiento como un conjunto de definiciones antes de que se convierta en un conjunto de planos. Existen cuatro rutas, cinco métricas importan, y las abreviaturas deben significar lo mismo para el cliente, el diseñador y el proveedor. Los tanques TES no hacen que un centro de datos use menos electricidad; trasladan esa electricidad a horas más baratas, reducen la planta enfriadora y le dan a la planta la oportunidad de superar un corte de suministro. Consiga las definiciones correctas y el dimensionamiento del recipiente se deduce.
Hable con un ingeniero
Envíe la carga IT de diseño, la ventana de almacenamiento objetivo, las temperaturas de suministro y retorno del enfriador y la huella disponible. Devolveremos el cálculo detrás de esta referencia: kilovatios-hora almacenados, metros cúbicos requeridos, el factor utilizable aplicado, y la especificación de contorno de boquillas, difusor y aislamiento. Si está comparando rutas, solicite el mismo cálculo para hielo y PCM para que la comparación se haga sobre capacidad entregable.
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