Réservoir d'eau glacée de secours pour centre de données : dimensionnement pour perte d'alimentation
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Ballon de stockage d'eau glacée de secours pour centre de données : dimensionnement en cas de perte d'alimentation
Un centre de données doté d'un réservoir de stockage d'eau glacée d'urgence est dimensionné pour l'écart entre la perte du réseau électrique et la stabilisation de l'alimentation d'urgence, et non pour le refroidissement informatique sur toute la journée. Dimensionnez-le à partir du temps de commutation du commutateur de transfert, de la fenêtre de stabilisation du générateur, de la puissance des pompes et des ventilateurs tirée en mode veille, et d'une échelle de délestage définie. Le froid utile représente environ 1,163 kWh par mètre cube par kelvin de dT utile, déclassé à 70 à 90 pour cent pour le mélange et l'apport de chaleur, ce qui procure normalement 10 à 45 minutes de charge protégée.
Les équipes d'exploitation, après une panne du réseau électrique, tombent rarement à court d'eau glacée en premier ; elles manquent de marge de conception. Les refroidisseurs déclenchent, les générateurs démarrent, et la boucle perd de la pression assez longtemps pour qu'une unité de traitement d'air de salle informatique renvoie de l'eau au-dessus de son point de consigne. Un centre de données doté d'un réservoir de stockage d'eau glacée d'urgence modifie cette séquence : le réservoir conserve le froid pendant le redémarrage de l'installation, de sorte que la plage d'alimentation se maintient et que la charge critique ne subit aucune excursion.
Le calcul sous-jacent est une arithmétique peu glamour : le temps de commutation de l'inverseur de source, la fenêtre de stabilisation du générateur, la puissance de redémarrage des pompes de distribution et l'échelle de délestage qui coupe d'abord les baies non essentielles. Si vous les négligez, le navire est surdimensionné sur le papier ou trop petit pour compter. Ce qui suit couvre la séquence de dimensionnement, l'hydraulique qui fonctionne avec les refroidisseurs arrêtés, et les éléments de spécification qui maintiennent l'entrepôt au froid dans un hall inoccupé.
Où les minutes sont réellement dépensées
Tout exercice de dimensionnement crédible commence par l'énumération des événements entre la défaillance du réseau et le moment où l'installation revient en contrôle automatique.
1. Détection et déconnexion. Une installation à double chemin peut délester le feeder normal en quelques secondes ; les défauts imprévus se rétablissent selon un calendrier que personne ne contrôle.
2. Démarrage du générateur et mise sous tension du bus. Les groupes électrogènes diesel ont besoin de temps pour atteindre leur vitesse et leur tension nominales. Les pompes de distribution et de condensation s'appuient sur l'onduleur ou redémarrent en séquence, ajoutant des dizaines de secondes.
3. Redémarrage du refroidisseur et séquencement principal-esclave. Même lorsque l'alimentation est présente, la production de l'installation augmente par paliers, de sorte que plusieurs minutes s'écoulent avant la pleine capacité.
4. Vidange du réservoir. Pendant cet intervalle, le froid stocké est la seule source de refroidissement de la salle.
L'objectif de conception est que le stock couvre la détection jusqu'à la restauration de l'installation, avec une marge pour un générateur qui ne démarre pas. Lorsque les deux alimentations sont affectées, l'objectif s'étend à un second générateur ou à une équipe de service public.
Deux règles façonnent tout ce qui suit : le réservoir sert de relais plutôt que de remplacement à l'alimentation de secours, maintenant la charge dans sa plage de température pendant que les équipements montent en régime, et seule la couche froide au fond de la cuve compte, et non l'inventaire total de fluide.
Le calcul du temps de fonctionnement, étape par étape
5. Stockage brut d'eau froide. Q = V x rho x cp x dT. Pour l'eau, rho x cp est d'environ 1,163 kWh par mètre cube par kelvin, donc une plage de 6 K donne environ 7,0 kWh par mètre cube.
6. Appliquez la fraction utilisable. La stratification, le mélange par diffuseur et les gains thermiques de l'enveloppe réduisent ce qui peut être prélevé. Les praticiens appliquent un abattement de 70 à 90 pour cent ; prenez la valeur inférieure lorsque le soutirage est rapide.
7. Définissez la charge de service. Pendant l'événement, ce n'est pas la charge informatique de pointe. C'est la charge qui doit survivre : les baies critiques plus la puissance des ventilateurs et des pompes nécessaire pour faire circuler l'eau à travers elles.
8. Soustrayez la contribution de la gravité. Avec un réservoir atmosphérique au-dessus de la charge, une partie du débit provient uniquement de la hauteur manométrique, pompes à l'arrêt, ce qui réduit la charge du générateur.
9. Divisez. Le temps de fonctionnement est égal aux kilowattheures utilisables divisés par les kilowatts de service.
Exemple concret : 4 000 kW de charge protégée, 6 K de dT utilisable, fraction utilisable de 0,8, objectif de 20 minutes. Volume = 4 000 x (20/60) / (1,163 x 6 x 0,8) = 239 m3, avant débit de pompe, pertes en veille et réserve pour second défaut. Ce chiffre paraît faible à côté d'un ballon d'écrêtement de pointe, et c'est précisément l'objectif : le dimensionnement de secours est moins coûteux que le déplacement de charge parce que la fenêtre se compte en minutes, pas en heures.
Échelonnement du délestage et plancher froid
Un réservoir qui doit couvrir une longue panne nécessite que la charge en aval diminue de manière contrôlée, sinon l'alimentation en froid est consommée rapidement et la salle dérive.
Bloc de charge | Action en cas de perte du réseau | Part de la charge informatique |
Baies de production principales | Restent sous tension et refroidies | 40 à 60 pour cent |
Préparation, traitement par lots, reporting | Délestage après 5 minutes | 15 à 25 pour cent |
Analytique non productive | Délestage immédiat | 10 à 20 pour cent |
Bureaux et espaces de support | Arrêt, ou sur une boucle séparée | 5 à 15 pour cent |
Le plancher froid fixe la température d'alimentation la plus basse que l'installation peut approcher, avec une marge de gel. Pendant la décharge, la température de retour augmente et le dT utile diminue, de sorte que les concepteurs fixent un plafond d'alimentation, généralement de 12 à 15 °C pour la condition d'urgence, au-dessus duquel d'autres blocs sont délestés.
Hydraulique qui maintient le débit sans que les refroidisseurs fonctionnent
La façon dont le réservoir se situe à l'intérieur de la limite de pression détermine la quantité d'énergie de secours nécessaire.
10. Réservoir atmosphérique, débit par gravité. L'eau froide sort sous l'effet de la gravité et revient par gravité ou par une petite pompe de secours, de sorte que la pompe principale de l'installation n'est pas nécessaire pour la circulation. C'est la configuration derrière la plupart des schémas de centres de données avec réservoir de stockage d'eau glacée d'urgence qui doivent maintenir le débit lors d'une perte totale au niveau des refroidisseurs.
11. Réservoir sous pression dans la limite de l'installation. L'épaisseur de paroi, le renforcement des piquages, les brides et les soupapes de décharge sont calculés pour la pression et la température de conception ; le débit nécessite encore des pompes sur le bus de secours.
12. Isolation et ponts thermiques. Laine minérale avec parement en aluminium ou en acier prélaqué, avec supports et pénétrations détaillés pour rompre le pont thermique.
Dans les deux configurations, l'entrée et la sortie nécessitent des diffuseurs et des chicanes, et la vitesse d'entrée reste à 0,5 à 1 m/s ou moins afin que la thermocline reste nette.
Spécification technique
Le tableau ci-dessous répertorie les points de consigne et les éléments de sélection pour un centre de données doté d'un réservoir d'eau glacée de secours.
Élément | Valeur ou option typique | Remarque |
Volume géométrique | Dimensionné selon l'objectif d'autonomie | 239 m3 dans l'exemple de calcul |
dT utile | 5 à 7 K, par exemple 6 °C à 12 °C | Influe linéairement sur le volume |
Fraction utile | 70 à 90 pour cent | Couvre le mélange et les pertes de chaleur |
Température de départ, normale | 5 à 7 °C | Point de consigne habituel de l'eau glacée |
Température de départ, plafond d'urgence | 12 à 15 °C | Au-delà, la charge est délestée |
Classe de pression du réservoir | Atmosphérique ou sous pression | Définit l'épaisseur de paroi et les renforts |
Vitesse d'entrée | 0,5 à 1 m/s | Protège la stratification |
Isolation | Laine minérale, aluminium ou bardage en acier prélaqué | Détails de pont thermique aux supports |
Protection contre le gel | Traçage thermique ou circulation de secours | Requis pour les périodes d'inoccupation |
Objectif de durée de fonctionnement | 10 à 45 minutes | Prolonger pour une deuxième défaillance de générateur |
Cas de projet
Bien que nos projets de référence livrés dans le secteur de l'eau et des eaux usées comprennent des installations d'eau incendie et de stockage d'eau potable, la portée du TES pour centre de données est conçue selon les mêmes normes. Une référence pertinente est une installation d'eau incendie à Sichuan, en Chine.
Article | Détail |
Projet | Sichuan, Chine — stockage d'eau d'incendie |
Produit | 01 GFS, réservoir boulonné en verre fusionné à l'acier |
Capacité | 8 930 m3 répartis sur deux réservoirs |
Dimensions | phi 19,87 m x 14,4 m, 2 unités |
Achèvement | 2023-11 |
Le service est comparable à un égard qui compte ici : le réservoir contient du fluide utilisable pour un événement à faible fréquence et à conséquences élevées, avec de longues périodes d'inactivité entre les événements. Un stockage de refroidissement d'urgence partage ce profil, de sorte que la géométrie des plaques, les joints boulonnés et la sélection du revêtement suivent la même logique d'ingénierie.
Capacité d'ingénierie de Center Enamel
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) conçoit et fabrique des réservoirs de stockage boulonnés depuis 2008. En tant que premier fabricant de réservoirs en verre fusionné à l'acier (GFS) en Chine, l'entreprise détient près de 200 brevets liés à l'émail, produit environ 300 000 plaques d'acier émaillées par an, a réalisé plus de 30 000 projets installés et fournit ses réservoirs à plus de 100 pays. La nouvelle base de production de 150 000 m² a été ajoutée pour augmenter la capacité de production, et des réservoirs individuels sont fournis jusqu'à 60 000 m³. La fabrication est réalisée sous ISO 9001 et ISO 45001, avec des certifications produit incluant NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI et EUROCODE, et une conception référencée à AWWA D103-09, AWWA C550 et NFPA lorsque l'application l'exige.
Réserve passive à bas niveau
· Le dimensionnement d'urgence est généralement déterminé par le temps de commutation du chemin de secours plus la charge réduite maintenue après délestage, et le réservoir doit encore fournir du froid lorsque son propre niveau est bas.
· Un réservoir atmosphérique n'a besoin ni d'air comprimé, ni de contrôle de l'espace gazeux, ni de pressurisation active pour libérer son froid restant, ce qui simplifie le chemin de défaillance.
· La réserve d'eau d'incendie du Sichuan de 8 930 m³ et les réservoirs d'eau municipaux des Émirats arabes unis sont les analogues les plus proches dans nos archives pour un stock dont la seule exigence est d'être là lorsque l'approvisionnement normal fait défaut.
Questions fréquentes
Q1 : Le réservoir d'urgence doit-il être dimensionné pour la charge informatique complète ou la charge protégée ?
R1 : Charge protégée uniquement. Un dimensionnement pour la pleine pointe produit un réservoir plus grand pour une condition rare, et la différence est mieux investie dans une échelle de délestage qui réduit ce que le réservoir transporte.
Q2 : Le réservoir remplace-t-il l'onduleur ou le générateur ?
R2 : Ni l'un ni l'autre. Les générateurs démarrent en quelques secondes à quelques minutes et l'onduleur maintient l'alimentation de contrôle avant qu'ils ne prennent la charge. Le réservoir ajoute une marge pour un générateur qui ne démarre pas du premier coup.
Q3 : Quelle durée de fonctionnement est suffisante ?
R3 : Cela dépend du schéma de transfert. Une installation qui rétablit l'alimentation de manière fiable en moins de 15 minutes nécessite un réservoir de stockage d'eau glacée d'urgence pour centre de données plus petit qu'une installation qui doit survivre à un échec de démarrage. Les objectifs courants vont de 20 à 45 minutes plus réserve.
Q4 : Un seul réservoir peut-il servir à la fois pour l'urgence et l'écrêtement des pointes ?
A4 : Oui, et c'est courant. Le réservoir est dimensionné selon la plus grande des deux missions, et le cas d'urgence fixe alors le volume minimum et le plafond de température.
Q5 : Quel abattement doit être appliqué à l'énergie stockée théorique ?
A5 : 70 à 90 pour cent pour les pertes par stratification, le mélange par diffuseur et les apports de chaleur à travers la coque et l'isolation. Prendre la limite inférieure lorsque le soutirage est rapide par rapport au temps de renouvellement du réservoir.
Dimensionner un réservoir de stockage d'eau glacée d'urgence pour un centre de données consiste à mesurer une courte fenêtre temporelle et à la faire correspondre à du froid utilisable. La fenêtre provient de la commutation de transfert, de la réponse du générateur et du redémarrage de l'installation ; le froid provient du volume, du dT et du déclassement qui reflète la stratification réelle. Placez les deux sur la même page et le volume suit, avec l'échelle de délestage qui rend la marge prévisible.
La valeur n'est pas une durée de fonctionnement illimitée. C'est que la boucle ne quitte jamais sa plage de température pendant le retour de la centrale électrique, ce qui transforme un redémarrage en une séquence contrôlée au lieu d'une cascade d'équipements déclenchés.
Parlez à un ingénieur
Envoyez votre cible d'interruption, la charge informatique protégée pendant l'événement et la température d'alimentation que vous pouvez tolérer pendant le redémarrage de l'installation. Nous vous retournerons un calcul de durée d'exécution, le volume requis et le dT utilisable, ainsi qu'une fiche technique couvrant la classe de pression, l'isolation et la disposition des buses.
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