مخازن TES: یک مرجع سریع برای ذخیره‌سازی حرارتی در خنک‌سازی مراکز داده
ساخته شده در امروز
مخازن TES: یک مرجع سریع برای ذخیره‌سازی حرارتی در سرمایش مرکز داده
مخازن TES کار سرمایش را جابه‌جا می‌کنند، نه اینکه آن را ایجاد کنند. در سرمایش مراکز داده، ذخیره‌سازی انرژی حرارتی، آب سرد، یخ یا مواد تغییر فاز را که در ساعات کم‌باری تولید شده‌اند نگه می‌دارد تا نیروگاه چیلر بتواند در ساعات اوج مصرف کوچک شود یا بی‌کار بماند. سه عددی که باید خوانده شوند عبارت‌اند از ظرفیت قابل‌استفاده بر حسب کیلووات‌ساعت، ضریب قابل‌استفاده به‌صورت درصدی از مقدار نظری، و ساعات خودمختاری در بار طراحی. یک مخزن آب به‌ازای هر متر مکعب و هر کلوین اختلاف دما تقریباً ۱٫۱۶ کیلووات‌ساعت ذخیره می‌کند و معمولاً با ۷۰ تا ۹۰ درصد قابلیت استفاده طراحی می‌شود. TES کل برق سایت را کاهش نمی‌دهد؛ آن را جابه‌جا و بازشکل‌دهی می‌کند.
تیم‌های تدارکات که برای نخستین بار با ذخیره‌سازی حرارتی مواجه می‌شوند، معمولاً در همان هفته با واژگان یکسانی روبرو می‌شوند: TES، SOC، دلتا T، COP، PUE، N+1. هر یک از این اصطلاحات معنای مشخصی در یک نیروگاه آب سرد دارد، و ناهماهنگی در تعاریف همان جایی است که یک پروژه ذخیره‌سازی دچار خطا می‌شود. یک طرف حجم اسمی مخزن را نقل می‌کند، طرف دیگر کیلووات‌ساعت قابل تحویل را، و قرارداد در نهایت به مخزنی می‌رسد که با نقشه‌اش مطابقت دارد اما از وظیفه‌اش بازمی‌ماند.
این برگه مرجع تعاریف کاربردی مورد استفاده در پروژه‌های ذخیره‌سازی مرکز داده را پوشش می‌دهد: چهار مسیر TES چیست، کدام معیارها در یک مشخصات مهم هستند، کدام باورها در نهایت درست نیستند، و هر اختصار به چه معناست. آن را قبل از سفارش مخزن استفاده کنید، تا مخازن TES روی نقشه‌ها و مخازن TES روی برنامه زمان‌بندی سایت همان مخزن باشند.
از آن به عنوان یک مبنای مشترک بین مهندس طراح، پیمانکار و تأمین‌کننده مخزن استفاده کنید.
چهار مسیر TES در یک نگاه
آب سرد منطقی مرجع است. آب خنک می‌شود، در یک مخزن عایق‌بندی شده نگهداری می‌شود و به نیروگاه بازگردانده می‌شود. ظرفیت از رابطه `Q = V x rho x cp x dT` پیروی می‌کند، و باند دمای طراحی معمولاً 5-7 درجه سانتی‌گراد تا 12-14 درجه سانتی‌گراد است، که اختلاف دمای حدود 6 کلوین را ایجاد می‌کند.
یخ چگالی را از طریق گرمای نهان افزایش می‌دهد. یخی که روی کویل‌ها یا توسط یک برداشت‌کننده در داخل مخزن آب تشکیل می‌شود، حدود ۳۳۴ کیلوژول به ازای هر کیلوگرم آبی که به یخ تبدیل می‌شود ذخیره می‌کند، که بسیار بیشتر از خنک‌سازی محسوس به ازای واحد جرم است. هزینه این کار، اتصال حرارتی کوتاه بین سیکل‌ها و یک حلقه غیرمستقیم است.
PCM دمای تغییر فاز را حفظ می‌کند. نمک‌های کپسوله‌شده یا پارافین‌ها در یک نقطه تنظیم ذوب و منجمد می‌شوند، که اجازه می‌دهد ذخیره‌سازی در دمایی متفاوت از حلقه آب خنک قرار گیرد. یک مبدل حرارتی همیشه در مسیر است.
ترموکلاین آبی با یک جبهه دما است. دو دمای آب در یک مخزن با یک سطح مشترک متحرک بین آن‌ها قرار می‌گیرند، که با پمپاژ برگشت گرم به بالا و تأمین سرد به پایین شارژ می‌شود. از همان محیط مسیر آب خنک استفاده می‌کند و چیدمان نازل را ساده‌تر می‌کند.
مسیر | متوسط | بازه دما | حلقه غیرمستقیم | کاربرد معمول |
آب سرد | آب | ۵-۷ تا ۱۲-۱۴ درجه سانتی‌گراد | گاهی اوقات | پیک‌سایی، بافر، سرمایش اضطراری |
یخ | یخ در آب | نزدیک ۰ درجه سانتی‌گراد | همیشه | بازسازی‌های با فضای محدود |
PCM | نمک یا پارافین کپسوله‌شده | تعیین‌شده توسط نقطه فاز | همیشه | وظایف باند دمایی باریک |
ترموکلاین | آب، دو لایه | تقسیم توسط جبهه | گاهی اوقات | ذخیره‌سازی طولانی، مخزن واحد |
معیارهایی که به مشخصات فنی تعلق دارند
ظرفیت قابل استفاده بر حسب کیلووات-ساعت. نه حجم مخزن، نه پلاک نامی. اندازه از بار بر حسب کیلووات ضرب در پنجره ذخیره‌سازی بر حسب ساعت، تقسیم بر ضریب قابل استفاده، سپس تقسیم بر چگالی حجمی محیط انتخاب شده. یک سالن ۵ مگاواتی در یک پنجره هشت ساعته به ۴۰ مگاوات-ساعت سرمای قابل تحویل قبل از تلفات نیاز دارد.
ضریب قابل استفاده و دلیل کمتر بودن آن از ۱۰۰ درصد. فروپاشی لایه‌بندی، اختلاط در ورودی، اتصال کوتاه حرارتی و نشت گرمای محیطی همگی کسر قابل استخراج را کاهش می‌دهند. مسیر آب معمولاً در ۷۰ تا ۹۰ درصد تئوری طراحی می‌شود؛ یخ و مواد تغییر فازدهنده پس از محاسبه محدودیت‌های انتقالشان پایین‌تر قرار می‌گیرند.
ساعت‌های خودمختاری و مورد خرابی. ذخیره‌سازی خریداری‌شده برای اوج شبکه با ذخیره‌سازی خریداری‌شده برای راه‌اندازی ژنراتور متفاوت است. مخزنی که مثلاً چهار ساعت خودمختاری در بار جزئی به آن نسبت داده می‌شود، ظرفی بسیار متفاوت از مخزنی است که یک رده کامل زمان اجرا به آن نسبت داده می‌شود.
۱. انرژی ذخیره‌شده: مگاوات‌ساعت خنک‌سازی قابل تحویل در دمای بازگشت طراحی.
۲. پنجره ذخیره‌سازی: ساعت در روز که نیروگاه انتظار دارد با ذخیره‌سازی کار کند.
۳. نرخ شارژ و دشارژ: کیلووات ورودی و خروجی، که اندازه نازل، سطح دیفیوزر و وظیفه پمپ را تعیین می‌کند.
۴. تلفات آماده‌به‌کار: درصد شارژ ازدست‌رفته در روز، که در شارژ بعدی جبران می‌شود.
۵. ضریب قابل‌استفاده: درصد ظرفیت نظری که واقعاً قابل برداشت است.
تصورات غلط رایج
«TES با ذخیره سرمای رایگان، قبض برق من را کاهش می‌دهد.» این سیستم سرما تولید نمی‌کند. چیلر همچنان هر کیلووات‌ساعت را تولید می‌کند، بخشی از آن به‌صورت کارآمدتر در ساعات کم‌باری که دمای محیط پایین‌تر است. صرفه‌جویی از ساختار تعرفه و هزینه‌های تقاضا ناشی می‌شود، نه از انرژی رایگان.
«مخزن بزرگ‌تر همیشه بهتر است.» ذخیره‌سازی‌ای که هرگز کاملاً شارژ نمی‌شود، وزن مرده است. زمان شارژ و ظرفیت مازاد چیلر باید با اندازه مخزن مطابقت داشته باشد، وگرنه مخزن هر صبح تا ۶۰ درصد پر می‌شود و ۶۰ درصد تحویل می‌دهد.
«یخ همیشه از نظر ردپا بر آب پیروز می‌شود.» فقط اگر حلقه غیرمستقیم، ارتفاع اتاق ماشین و وظیفه یخ‌زدایی محاسبه شوند. افزایش چگالی واقعی است؛ ظرفیت تحویلی پس از تلفات نیاز به بررسی دارد.
«مخزن برای سرد ماندن به برق نیاز دارد.» یک مخزن با عایق‌بندی خوب دمای خود را برای روزها حفظ می‌کند. آنچه به برق نیاز دارد گردش است، نه ذخیره‌سازی، به همین دلیل یک مخزن آب اتمسفریک در هنگام راه‌اندازی ژنراتور کمک می‌کند.
اختصارات در برنامه سرمایش
TES ذخیره‌سازی انرژی حرارتی؛ در یک مرکز داده، سرمای تولیدشده در ساعات کم‌باری در یک مخزن نگهداری می‌شود.
SOC وضعیت شارژ به‌صورت درصدی از ظرفیت قابل‌استفاده، همان مفهوم باتری.
dT یا دلتا T تفاوت بین رفت و برگشت بر حسب کلوین یا درجه سانتی‌گراد؛ عامل تعیین‌کننده ظرفیت آب.
COP ضریب عملکرد، خروجی سرمایش تقسیم بر ورودی برق برای یک چیلر.
PUE اثربخشی مصرف برق، کل انرژی سایت تقسیم بر انرژی فناوری اطلاعات.
CHW / CW آب سرد و حلقه آب کندانسور.
N+1 / 2N آرایش افزونگی نیروگاه چیلر.
مشخصات فنی
آیتم | مقدار یا گزینه |
وظیفه | کاهش پیک، کوچک‌سازی چیلر، یا خودمختاری سرمایش اضطراری |
متوسط | آب سرد، یخ، PCM، یا آب ترموکلاین |
رفت / برگشت | رفت ۵-۷ درجه سانتی‌گراد، برگشت ۱۲-۱۴ درجه سانتی‌گراد به‌عنوان بازه شروع |
دلتا T | ۴-۶ کلوین محافظه‌کارانه، ۵-۷ کلوین معمول برای آب |
چگالی (آب) | حدود ۱.۱۶۳ کیلووات‌ساعت بر مترمکعب بر کلوین، حدود ۷ کیلووات‌ساعت بر مترمکعب در ۶ کلوین |
ضریب قابل استفاده | ۷۰ تا ۹۰ درصد برای آب، کمتر برای یخ و مواد تغییر فاز دهنده |
وضعیت مخزن | نزدیک به فشار اتمسفر، یا فشار گیج پایین در صورت طراحی به عنوان مرز فشار |
عایق‌کاری | پشم معدنی با ابعاد مناسب برای نگه داشتن سطح بالاتر از نقطه شبنم |
تأیید قابلیت استفاده | ظرفیت اندازه‌گیری شده در مرز کارخانه در یک چرخه کامل |
مورد پروژه
میدان | مقدار |
پروژه | ذخیره‌سازی آب آشامیدنی نامیبیا (P-A) |
محصول | 01 مخزن فولادی با پوشش شیشه‌ای ذوب‌شده |
ظرفیت | ۴۴,۹۰۰ متر مکعب مجموع |
ابعاد | ۴ مخزن، قطر ۴۱.۲۶ متر، ارتفاع ۸.۴ متر |
تکمیل | سپتامبر ۲۰۲۲ |
در حالی که پروژه‌های مرجع تحویل‌شده ما در بخش آب و فاضلاب شامل این محدوده آب آشامیدنی می‌شود، محدوده TES مرکز داده با همان استانداردها مهندسی شده است. چهار مخزن پیچ‌ومهره‌ای با قطر 41.26 متر مرجع نحوه پنل‌بندی، حمل و مونتاژ یک مخزن آب بزرگ نزدیک به فشار اتمسفر در محل هستند، که همان مبنای ساختاری است که یک مخزن TES برای پوسته و پوشش خود استفاده می‌کند.
توانمندی مهندسی Center Enamel
سنتر انامل (شرکت فناوری شیه‌جیاژوانگ 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 به انجام رسانده و مخازن خود را به بیش از ۱۰۰ کشور عرضه می‌کند. پایگاه تولید جدید به مساحت ۱۵۰٬۰۰۰ مترمربع برای افزایش ظرفیت تولید اضافه شده است 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 استناد به AWWA D103-09، AWWA C550 و NFPA در مواردی که کاربرد ایجاب می‌کند.
اصطلاحات نگاشت‌شده به سخت‌افزار
· TES یک اصطلاح چترگونه است و برای یک مرکز داده، تقسیم‌بندی مفید بر اساس محیط ذخیره‌سازی و کلاس فشار است، نه بر اساس نام‌گذاری بازاریابی؛ الزامات پوسته از این تقسیم‌بندی پیروی می‌کنند.
· تعاریفی که ارزش دارد در ابتدای پروژه تثبیت شوند: ظرفیت قابل استفاده (پس از مناطق اختلاطی و مرده)، تلفات ایستا، نرخ شارژ/دشارژ، و کلاس فشار (مرز اتمسفری در مقابل تحت فشار).
· پوسته‌های پیچ‌ومهره‌ای اتمسفریک ما برای ذخیره‌سازی آب انبوه، که تا ۶۰٬۰۰۰ متر مکعب در هر مخزن تحویل داده می‌شوند، در عمل همتای فیزیکی پشت بیشتر آن تعاریف هستند.
پرسش‌های متداول
س۱: آیا مخازن TES باعث کاهش PUE می‌شوند؟
A1: نه مستقیماً. دمای تقطیر پایین‌تر در شب و ساعات کار طولانی‌تر چیلر در نقطه طراحی می‌تواند بازده ماشین را بهبود بخشد، و مزیت اصلی در سمت هزینه انرژی است. قبل از ادعای بهبود PUE، تغییر در COP ماشین را در برابر تغییر در تلفات مخزن محاسبه کنید.
Q2: اختلاف دمای معقول برای یک مخزن آب سرد شده چقدر است؟
A2: پنج تا هفت کلوین برای یک باند ۶ تا ۱۲ درجه سانتی‌گراد معمول است؛ چهار تا شش انتخاب محافظه‌کارانه‌ای است زمانی که انتظار می‌رود تلفات لایه‌بندی بالا باشد. یک باند پهن‌تر حجم مورد نیاز را برای همان کیلووات‌ساعت ذخیره‌شده کاهش می‌دهد.
Q3: وضعیت شارژ چگونه روی صفحه کنترل مرکز داده نمایش داده می‌شود؟
A3: به‌صورت درصدی از ظرفیت قابل استفاده، بر اساس دمای اندازه‌گیری‌شده رفت و برگشت، حجم ذخیره‌شده و ضریب قابلیت استفاده. حد بالا و پایین را طوری تنظیم کنید که تأسیسات هرگز بیش از آنچه مخزن نگه می‌دارد سرمای وعده‌داده‌شده را تعهد نکند.
Q4: آیا مخزن TES باید یک مخزن تحت فشار باشد؟
A4: خیر، معمولاً نه. یک مخزن آب نزدیک به فشار اتمسفر خارج از مرز فشار قرار می‌گیرد، بنابراین کد و طراحی قابل اعمال همان‌هایی هستند که در مشخصات پروژه و قرارداد تعیین شده‌اند. طراحی تحت فشار، مخزن، بازشوهای آن و رژیم بازرسی آن را به محدوده متفاوتی منتقل می‌کند.
Q5: آیا یک مخزن می‌تواند هم‌زمان به‌عنوان بافر و ذخیره‌ساز عمل کند؟
A5: بله. بافر کوتاه‌مدت برای تریپ‌های چیلر و گذراهای پمپ و ذخیره‌سازی بلندمدت می‌توانند یک مخزن مشترک داشته باشند، به شرطی که چیدمان نازل و دیفیوزر از آن پشتیبانی کند و اپراتور وضعیت شارژ ترکیبی را درک کند.
Q6: چرا ظرفیت قابل استفاده کمتر از مقدار نظری است؟
A6: لایه‌بندی، اختلاط در ورودی، نشت حرارت محیطی و باند دمای خروجی، مقدار قابل استخراج را کاهش می‌دهند. طراحان برای آب ۷۰ تا ۹۰ درصد اعمال می‌کنند و نتیجه را در مرز نیروگاه اندازه‌گیری می‌کنند.
Q7: آزمون پذیرش باید چه چیزی را اندازه‌گیری کند؟
A7: کیلووات‌ساعت قابل تحویل در مرز نیروگاه در یک چرخه کامل شارژ و دشارژ، به‌همراه زمان شارژ، تلفات آماده‌به‌کار و دمای خروجی حاصل‌شده در نرخ دشارژ طراحی. قرارداد مخزن TES که فقط متر مکعب را ذکر کند، آزمون پذیرش را بعداً به بحث و جدل واگذار می‌کند.
پروژه ذخیره‌سازی را پیش از آنکه به مجموعه‌ای از نقشه‌ها تبدیل شود، به‌عنوان مجموعه‌ای از تعاریف بخوانید. چهار مسیر وجود دارد، پنج معیار اهمیت دارند، و اختصارات باید برای کارفرما، طراح و تأمین‌کننده معنای یکسانی داشته باشند. مخازن TES باعث نمی‌شوند یک مرکز داده برق کمتری مصرف کند؛ آن‌ها آن برق را به ساعات ارزان‌تر منتقل می‌کنند، نیروگاه چیلر را کوچک‌تر می‌کنند و به نیروگاه فرصت می‌دهند تا از یک قطعی عبور کند. تعاریف را درست انجام دهید و اندازه‌گذاری مخزن به دنبال آن می‌آید.
با یک مهندس صحبت کنید
بار IT طراحی، پنجره ذخیره‌سازی هدف، دمای رفت و برگشت چیلر و ردپای موجود را ارسال کنید. ما محاسبه پشت این مرجع را بازمی‌گردانیم: کیلووات‌ساعت ذخیره‌شده، متر مکعب مورد نیاز، ضریب قابل استفاده اعمال‌شده، و مشخصات نازل، دیفیوزر و عایق‌بندی طرح کلی. اگر در حال مقایسه مسیرها هستید، همان محاسبه را برای یخ و PCM درخواست کنید تا مقایسه بر اساس ظرفیت قابل تحویل انجام شود.
واتس‌اپ