مخازن ذخیره‌سازی انرژی حرارتی مرکز داده: چگونه ذخیره‌سازی سرد بازده خنک‌سازی را بهبود می‌بخشد
ساخته شده در امروز
مخازن ذخیره‌سازی انرژی حرارتی مرکز داده: چگونه ذخیره‌سازی سرد بازده خنک‌کنندگی را بهبود می‌بخشد
یک مخزن ذخیره‌سازی انرژی حرارتی مرکز داده، آب سرد تولیدشده در ساعات کم‌باری را نگه می‌دارد و در ساعات اوج آن را تخلیه می‌کند، بنابراین چیلرها با بار ثابت و کارآمد کار می‌کنند به‌جای اینکه گرمای ساعتی فناوری اطلاعات را دنبال کنند. با اختلاف دمای قابل‌استفاده ۴ تا ۷ کلوین و کسر قابل‌استفاده واقع‌بینانه ۷۰ تا ۹۰ درصد، یک مخزن لایه‌ای چند ساعت بار خنک‌کنندگی را حمل می‌کند و به اپراتورها یک پنجره عبور تعریف‌شده در زمان قطع چیلرها می‌دهد. مخزن خنک‌کنندگی ایجاد نمی‌کند؛ آن خنک‌کنندگی را در زمان جابه‌جا می‌کند.
در یک سالن هایپراسکیل، منحنی بار فناوری اطلاعات نسبتاً مسطح است در حالی که سیستم خنک‌کننده برای روز طراحی گرم‌تری اندازه‌بندی شده است، با این حال بار اندازه‌گیری‌شده بیشتر ساعات را بسیار پایین‌تر از آن سقف می‌گذراند، بنابراین سیستم در بار جزئی پایین کار می‌کند و همچنان هر جهش سریع گرما را که رک‌ها تولید می‌کنند جذب می‌کند.
بسیاری از تعرفه‌ها هم برای تقاضای اوج بر حسب کیلووات و هم برای انرژی بر حسب کیلووات‌ساعت هزینه دریافت می‌کنند، بنابراین سیستمی که هر جهش فناوری اطلاعات را دنبال می‌کند، هزینه جهش را می‌پردازد نه هزینه کیلووات‌ساعت مصرف‌شده را. وقتی یک چیلر از کار می‌افتد، تنها چیزی که بین دمای برگشتی در حال افزایش و خاموشی قرار دارد، آبی است که هنوز در لوله‌ها باقی مانده است.
یک مخزن ذخیره‌سازی انرژی حرارتی مرکز داده هر دو را با جابه‌جایی خنک‌سازی در زمان به جای تولید بیشتر آن در اوج، برطرف می‌کند. آنچه در ادامه می‌آید شامل این است که این مخزن چیست، در کجای زنجیره قرار می‌گیرد، چگونه اندازه‌بندی می‌شود، و کدام حالت‌های عملیاتی هزینه را توجیه می‌کنند.
مخزن ذخیره‌سازی انرژی حرارتی مرکز داده چیست
یک حجم عایق‌شده از آب سرد، که در دمای تأمین نگه داشته می‌شود و هر زمان که تقاضا از آنچه چیلرها برای تحویل تنظیم شده‌اند فراتر رود، به مدار نیروگاه بازگردانده می‌شود. هیچ چیز در داخل آن سرمایش تولید نمی‌کند.
· ذخیره‌سازی، نه تولید. این انرژی‌ای را نگه می‌دارد که چیلرها قبلاً بابت آن هزینه پرداخته‌اند، بنابراین مقایسه آن با یک نیروگاه چیلر بزرگ‌تر، مقایسه سرمایه در برابر هزینه تقاضا و جریمه بار جزئی است.
· شارژ در نقطه کارآمد نیروگاه. در بازه خارج از پیک، چیلرها نزدیک به بار کامل کار می‌کنند و آب را در دمای ۴-۶ درجه سانتی‌گراد تولید می‌کنند در حالی که حجم پر می‌شود، بنابراین چیلر هرگز از منحنی فناوری اطلاعات بعدازظهر پیروی نمی‌کند.
· تخلیه در همان محدوده. دمای تأمین خروجی از مخزن معمولاً در ۶-۸ درجه سانتی‌گراد قرار دارد، بنابراین اختلاط با جریان چیلر هرگز مدار را بالاتر از دمایی که تجهیزات فناوری اطلاعات می‌پذیرد نمی‌برد.
· مدت زمان محدود، نه خودمختاری. مخزنی که برای چهار ساعت اوج طراحی شده است، چهار ساعت تحت بار فرضی را فراهم می‌کند و بیان این مدت، اولین گام هر مطالعه معتبر مخزن ذخیره‌سازی انرژی حرارتی مرکز داده است.
جایگاه مخزن در زنجیره خنک‌کننده
مخزن ذخیره‌سازی انرژی حرارتی برای مراکز داده معمولاً روی لوله مشترک بین نیروگاه چیلر و هدر توزیع، به‌صورت موازی با چیلرها و نه پشت سر آن‌ها، متصل می‌شود. این آرایش منطق کنترل، موجودی شیرها و رفتار نیروگاه را در زمان تحویل تثبیت می‌کند.
· حلقه چیلر و حلقه توزیع. هر کدام از طریق شیرهای ایزوله و یک‌طرفه به لوله مشترک تغذیه می‌کنند، و یک مجموعه پمپ سمت توزیع از هر ترکیبی که کنترل انتخاب کرده باشد، آب می‌کشد و مخزن را مستقل از فشار اواپراتور نگه می‌دارد. ذخیره‌سازی ممکن است در بالادست چیلرها نیز قرار گیرد و تخلیه را با برگشت قبل از اواپراتورها مخلوط کند، به قیمت عبور کل جریان سیستم از داخل مخزن.
· تحویل، بای‌پس، پر کردن و تخلیه. منطق باید نقطه تنظیم چیلر را قبل از باز شدن شیر ایزوله تغییر دهد، تا دمای رفت نه افت کند و نه بازیابی شود. همچنین نیروگاه به یک بای‌پس سرویس، یک مسیر پر کردن و تهویه، و یک تخلیه نیاز دارد، زیرا مخزنی که تخلیه نمی‌شود قابل بازرسی نیست.
تعیین اندازه: از بار IT تا حجم مخزن
حجم یک تصمیم قضاوتی نیست؛ از بار، اختلاف دما و ساعات پوشش داده شده تبعیت می‌کند.
۱. بار و جریان را بیابید. بار حرارتی IT تخصیص یافته به ذخیره‌سازی را بر ΔT حلقه تقسیم کنید. یک سالن ۵ مگاواتی در ۷ کلوین تقریباً به ۶۱۵ مترمکعب بر ساعت نیاز دارد.
۲. معادله انرژی را اعمال کنید. Q = V × ρ × cp × ΔT، با آب در cp ≈ ۴٫۱۸۶ کیلوژول بر کیلوگرم·کلوین و ρ ≈ ۱۰۰۰ کیلوگرم بر مترمکعب، حدود ۱٫۱۶۳ کیلووات‌ساعت بر مترمکعب بر کلوین، بنابراین تقریباً ۷ کیلووات‌ساعت نظری بر مترمکعب در ΔT قابل استفاده ۶ کلوین.
۳. کسر قابل‌استفاده را اعمال کنید. اختلاط، افزایش دمای محیط و اتصال کوتاه بخشی از ارزش نظری را حذف می‌کند؛ طراحان روی ۷۰ تا ۹۰ درصد حساب می‌کنند، رقم پایین‌تر برای یک پوسته بلند با دیفیوزر بدقرار.
۴. تبدیل به یک مخزن. انرژی قابل استفاده را بر وظیفه و ساعت تقسیم کنید، سپس به قطر عملی و ارتفاع پوسته گرد کنید.
حالت‌های عملیاتی که مخزن را توجیه می‌کنند
ذخیره‌سازی کامل در ساعات کم‌باری شارژ می‌شود و کارخانه را در اوج مصرف خاموش می‌کند، که بزرگ‌ترین صرفه‌جویی در تقاضا و بزرگ‌ترین حجم را می‌دهد: مخزن پر در شروع روز، خالی در پایان. تحمل گذر، مورد Tier III یا Tier IV را پوشش می‌دهد، جایی که یک چیلر که برای تعمیرات برداشته شده در غیر این صورت غیربرنامه‌ریزی شده خواهد بود.
مشخصات فنی
اقلام واسط بیشترین تغییر مهندسی را در یک پروژه ذخیره‌سازی ایجاد می‌کنند.
آیتم | مقدار یا انتخاب معمول | درایوها |
مرز مخزن | اتمسفریک نصب‌شده در محل، یا داخل مرز فشار سیستم | ضخامت پوسته، رتبه‌بندی نازل، شیر اطمینان |
ΔT قابل استفاده | 4-7 K، معمولاً 6 K (5 °C تا 11 °C) | انرژی ذخیره‌شده به ازای هر متر مکعب |
دمای شارژ و دشارژ | شارژ ۴-۶ درجه سانتی‌گراد، تخلیه ۶-۸ درجه سانتی‌گراد | باند ورودی IT و حاشیه اختلاط |
کسر قابل استفاده | ۷۰-۹۰٪ مقدار نظری | حجم ناخالص |
سرعت ورودی | 0.5-1 متر بر ثانیه از طریق دیفیوزر | کیفیت لایه‌بندی |
فهرست نازل و ابزار دقیق | شارژ، تخلیه، برگشت، پر کردن، تهویه، تخلیه، سطح، دریچه آدم‌رو | تعداد شیرها و دسترسی |
عایق‌کاری | پشم معدنی، مانع جوی، روکش پیوسته | جذب حرارت ایستا |
فونداسیون | تیر حلقوی یا پد با جزئیات پل حرارتی در تکیه‌گاه‌ها | جزئیات ثبت پوسته و انجماد |
مطالعه موردی پروژه
کارهای مرجع تحویل‌شده ما در بخش آب و فاضلاب شامل مخازن پیچ‌ومهره‌ای با قطر بزرگ است که در محل نصب شده‌اند، مانند نصب چهار پوسته در زیر، و محدوده TES مرکز داده با همان استانداردها مهندسی شده است.
خلاصه مطالعه موردی پروژه
پروژه | محصول | ظرفیت | ابعاد | تکمیل |
نامیبیا - ذخیره‌سازی آب آشامیدنی (P-A) | ۰۱ مخزن فولادی با شیشه ذوب‌شده پیچ‌ومهره‌ای GFS | ۴۴,۹۰۰ متر مکعب مجموع، ۴ مخزن | ۴ × φ۴۱,۲۶۰ میلی‌متر × ۸,۴۰۰ میلی‌متر | سپتامبر ۲۰۲۲ |
آن پوسته‌ها کارخانه را به صورت پانل‌های پوشش لعابی ترک کردند، به صورت قطعات مجزا حمل شدند و در محل حلقه به حلقه ساخته شدند. آن توالی نصب و آزمون هالیدی چیزی است که مخزن سمت خنک‌کننده به ارث می‌برد.
قابلیت مهندسی Center Enamel
سنتر انامل (شرکت فناوری شيجياژوانگ ژنگژونگ) از سال ۲۰۰۸ مخازن ذخیره‌سازی پیچ‌ومهره‌ای را طراحی و تولید کرده است. این شرکت به‌عنوان نخستین تولیدکننده مخازن شیشه-ذوب‌شده-به-فولاد (GFS) در چین، نزدیک به ۲۰۰ اختراع مرتبط با انامل دارد، سالانه حدود ۳۰۰,۰۰۰ ورق فولادی پوشش‌داده‌شده با انامل تولید می‌کند، بیش از ۳۰,۰۰۰ پروژه نصب‌شده را تکمیل کرده و مخازن خود را به بیش از ۱۰۰ کشور عرضه می‌کند. پایگاه تولید جدید به مساحت ۱۵۰,۰۰۰ مترمربع برای افزایش ظرفیت تولید اضافه شد و مخازن تک‌واحدی تا ظرفیت ۶۰,۰۰۰ مترمکعب عرضه می‌شوند. تولید تحت استانداردهای ISO 9001 و ISO 45001 انجام می‌شود، با گواهینامه‌های محصول شامل NSF/ANSI 61، WRAS، FDA، LFGB، CE (EN 1090)، ISO 28765، FM، BSCI و EUROCODE، و طراحی با ارجاع به AWWA D103-09، AWWA C550 و NFPA در مواردی که کاربرد آن را ایجاب کند.
پوسته ذخیره‌سازی و کیفیت آب
· پوسته‌های شیشه‌ذوب‌شده به فولاد در دمای 820-930 درجه سانتی‌گراد با لایه لعاب 0.25-0.45 میلی‌متری، چسبندگی 3450 نیوتن بر سانتی‌متر مربع، آزمون هالیدی 1500 ولت DC و زبری سطح (Ra) کمتر از 0.8 میکرومتر لعاب‌کاری می‌شوند، که سطح داخلی را به اندازه کافی صاف نگه می‌دارد تا یک ترموکلاین پایدار با افت فشار انگلی کم حفظ شود.
· سرویس آب سرد حجیم اتمسفریک توسط مسیر طراحی AWWA D103-09 و کنترل تولید کارخانه ISO 28765 پوشش داده می‌شود، با NSF/ANSI 61 و WRAS قابل اعمال زمانی که آب به عنوان سیال سیستم با درجه آشامیدنی طبقه‌بندی شود.
· سابقه مرجع ما برای مخازن آب اتمسفریک با قطر بزرگ و ظرفیت بالا شامل طرح آب آشامیدنی نامیبیا با 4 × φ41.26 متر × 8.4 متر مخزن با مجموع 44,900 متر مکعب، تکمیل‌شده در 2022-09 است.
سوالات متداول
س1: آیا مخزن ذخیره انرژی حرارتی مرکز داده تعداد چیلرهای خریداری‌شده را کاهش می‌دهد؟
A1: فقط در حالت ذخیره‌سازی کامل. اگر نیروگاه در ساعات اوج، چیلرها را کاملاً خاموش کند، می‌توان آن را برای بار میانگین به جای بار اوج اندازه‌گیری کرد. در طراحی‌های ذخیره‌سازی جزئی یا عبوری، چیلرها اندازه خود را حفظ می‌کنند و مخزن بخشی از بار اوج را پوشش می‌دهد.
Q2: چند ساعت ذخیره‌سازی از نظر اقتصادی منطقی است؟
A2: بیشتر پروژه‌ها بین دو تا شش ساعت اوج قرار می‌گیرند. زیر دو ساعت، یک مخزن با یک مخزن بافر ساده رقابت می‌کند و سرمایه از منفعت جدا نمی‌شود؛ بالای حدود شش ساعت، حجم و ردپا رشد می‌کند در حالی که صرفه‌جویی به ازای هر متر مکعب کاهش می‌یابد.
Q3: آیا مخزن می‌تواند داخل مرز فشار سیستم آب سرد قرار گیرد؟
A3: می‌تواند، هرچند یک مخزن اتمسفری که در محل نصب می‌شود برای حجم‌های بزرگ رایج است زیرا ضخامت جداره و طراحی نازل ساده باقی می‌ماند و پوسته را می‌توان از داخل بازرسی کرد. در سمت تخلیه پمپ به مرز فشار متصل می‌شود، سپس ضخامت، بازشدگی‌ها و شیر اطمینان بر اساس فشار و دمای طراحی در مشخصات محاسبه می‌شوند.
س4: وقتی چیلرها متوقف می‌شوند و پمپ‌ها همراه آن‌ها متوقف می‌شوند چه اتفاقی می‌افتد؟
A4: یک مخزن بلند عایق‌بندی‌شده در طول چند ساعت گرمای کمی از دست می‌دهد؛ خطر واقعی اختلاط است. اگر آب برگشتی گرم هنوز وارد شود در حالی که گردش متوقف شده است، ترموکلاین به سمت بالا مهاجرت می‌کند و سرمای قابل استفاده سریع‌تر از آنچه توازن حرارتی نشان می‌دهد کاهش می‌یابد. یک مخزن پر شارژ خود را طولانی‌تر از یک مخزن نیمه‌تخلیه‌شده نگه می‌دارد.
س5: آیا آب سرد راکد نیاز به تصفیه ویژه دارد؟
A5: بله. آب سرد راکد مستعد رشد بیولوژیکی و خوردگی اتصالات فولاد کربنی در حضور اکسیژن است، بنابراین بیوساید، کنترل pH و بازرسی دوره‌ای باید در برنامه راه‌اندازی گنجانده شوند، و پوشش داخلی باید با برنامه تصفیه‌ای که نیروگاه از قبل اجرا می‌کند سازگار باشد.
مخزن ذخیره انرژی حرارتی مرکز داده، نیروگاه چیلر را از تقاضای لحظه‌ای دفع حرارت بار IT جدا می‌کند. اختلاف دمای قابل استفاده را انتخاب کنید، معادله انرژی را با کسر قابل استفاده واقع‌بینانه اعمال کنید، و دبی تخلیه را با ظرفیت پمپ مدار بررسی کنید. جایی که هزینه‌های تقاضا بر توجیه تجاری غالب است روشن است؛ جایی که قطع چیلر در غیر این صورت برنامه‌ریزی‌نشده خواهد بود، توجیه قابلیت اطمینان آن را توجیه می‌کند.
مخزنی که ظرفیت قابل استفاده خود را برآورده می‌کند، با جزئیات از مخزنی که کمتر از آن عمل می‌کند جدا می‌شود: سرعت ورودی، محل قرارگیری دیفیوزر، پیوستگی عایق در تکیه‌گاه‌ها، و منطق کنترل در زمان تحویل.
صحبت با یک مهندس
منحنی بار IT، دمای رفت و برگشت، ساختار تعرفه و مساحت زمین را برای ما ارسال کنید. ما محاسبه ابعاد مخزن را همراه با شما انجام خواهیم داد، کسر قابل استفاده‌ای که برای هندسه پیشنهادی تضمین می‌کنیم را اعلام می‌کنیم و یک برگه مشخصات شامل قطر، ارتفاع مستقیم، فهرست نازل‌ها، ضخامت عایق و انتخاب پوشش را بازمی‌گردانیم. در صورتی که سفارش چیلر هنوز نهایی نشده است، پیش از ثبت آن درباره یکپارچه‌سازی TES بحث کنید، زیرا آرایش اتصالات بیشتر منطق کنترل را تعیین می‌کند.
واتس‌اپ