डेटा सेंटर के लिए तापीय ऊर्जा भंडारण टैंक: जल, बर्फ और PCM की तुलना
बना गयी अवज्ञ
डेटा सेंटर के लिए थर्मल एनर्जी स्टोरेज टैंक: वॉटर, आइस और PCM तुलना
अधिकांश साइटों के लिए ठंडा पानी सबसे कम जोखिम वाला मार्ग है। पानी रखने वाले डेटा सेंटरों के लिए तापीय ऊर्जा भंडारण टैंक प्रति घन मीटर प्रति केल्विन लगभग 1.16 kWh संग्रहीत करते हैं, जो नुकसान से पहले 6 K डेल्टा पर मोटे तौर पर 7 kWh/m3 है। बर्फ समान मात्रा में उस घनत्व का कई गुना देती है लेकिन इसमें हार्वेस्टिंग, डीफ्रॉस्ट और एक अप्रत्यक्ष लूप जुड़ जाता है। PCM दोनों के बीच आता है और आमतौर पर प्रति उपयोगी किलोवाट-घंटा अधिक खर्च करता है। पानी के टैंक लगभग वायुमंडलीय दबाव पर होते हैं, जिनमें परिपक्व इन्सुलेशन, स्तरीकरण नियंत्रण और निर्माण पद्धति होती है। डेटा सेंटरों के लिए तापीय ऊर्जा भंडारण टैंक तीन माध्यमों - ठंडा पानी, बर्फ और चरण परिवर्तन सामग्री - में निर्दिष्ट किए जाते हैं, और प्रत्येक माध्यम केवल पोत की संख्या ही नहीं, बल्कि शेल को भी बदलता है।
रैक घनत्व लगातार बढ़ रहा है, और इसके साथ ही IT लोड से गर्मी हटाने में खर्च होने वाली साइट ऊर्जा का हिस्सा भी। चिलर सबसे खराब घंटे के लिए डिज़ाइन किए जाते हैं, औसत घंटे के लिए नहीं, और वही घंटा उपकरण बिल और डिमांड चार्ज दोनों तय करता है। थर्मल एनर्जी स्टोरेज कूलिंग को सस्ते घंटों में स्थानांतरित करता है: प्लांट ऑफ-पीक पर पूरी क्षमता से चलता है, एक टैंक भरता है, और दोपहर के पीक को संग्रहीत ठंडक पर निकालता है।
तीन माध्यम वह ठंडक बनाए रखते हैं। स्तरीकृत इन्सुलेटेड टैंक में ठंडा पानी संदर्भ डिज़ाइन है। कॉइल पर बनने वाली बर्फ, या पानी के टैंक के भीतर मशीन द्वारा एकत्र की गई बर्फ, प्रति घन मीटर ऊर्जा बढ़ाती है। एनकैप्सुलेटेड फेज़ चेंज मटेरियल्स ठोस-से-तरल संक्रमण के साथ इसी लक्ष्य को प्राप्त करते हैं। तीनों पीक चिलर टनभार को कम करते हैं; इनमें से कोई भी कुल साइट किलोवाट-घंटे को कम नहीं करता, और प्रत्येक लेआउट, नियंत्रण और रखरखाव योजना को बदल देता है।
यह तुलना उन आंकड़ों के माध्यम से काम करती है जो डेटा सेंटरों के लिए थर्मल एनर्जी स्टोरेज टैंकों की खरीद को तय करते हैं: प्रति घन मीटर क्षमता, प्रति उपयोगी किलोवाट-घंटे लागत, संग्रहीत ठंडक का कितना अंश निकाला जा सकता है, और समवर्ती रखरखाव के तहत प्रत्येक मार्ग कैसे व्यवहार करता है।
तीनों मार्ग वास्तव में क्या संग्रहीत करते हैं
भंडारण घनत्व टंकी का आकार तय करता है। किसी तरल टंकी के लिए, क्षमता `Q = V x rho x cp x dT` के अनुसार होती है। लगभग 1000 kg/m3 और 4.186 kJ/kg.K पर पानी प्रति घन मीटर प्रति केल्विन 4.186 MJ धारण करता है, जो मोटे तौर पर 1.163 kWh/m3.K है। 6 degC से 12 degC तक के सामान्य 6 K बैंड पर यह लगभग 7 kWh/m3 होता है।
बर्फ द्रव्यमान परिवर्तन को गुप्त ऊष्मा के लिए बदलती है। 334 kJ/kg पर जमना संवेदी शीतलन की तुलना में प्रति इकाई द्रव्यमान कहीं अधिक संग्रह करता है, इसलिए समान फुटप्रिंट वाली लिपटी-कुंडली या हार्वेस्ट टंकी पानी की टंकी की तुलना में कई गुना अधिक ठंडक धारण करती है। बर्फ की परत के माध्यम से होने वाला तापीय शॉर्टिंग चक्रों के बीच उस लाभ को चुपचाप खत्म कर देता है।
PCM दोनों के बीच में होता है, एक हीट एक्सचेंजर के पीछे। एनकैप्सुलेटेड लवण या पैराफिन एक निश्चित तापमान पर अवस्था बदलते हैं और सामान्यतः एक मध्यवर्ती लूप के पीछे रखे जाते हैं, जो शेल और स्थानांतरण क्षेत्र को गिनने के बाद प्रति घन मीटर गुप्त ऊष्मा का एक अंश धारण करता है।
ये तीन घनत्व डेटा सेंटरों के लिए तापीय ऊर्जा भंडारण टैंकों का आयतन निर्धारित करते हैं। समान कार्य के लिए पानी को सबसे अधिक घन मीटर चाहिए, बर्फ को सबसे कम, और PCM बीच में रहता है।
1. जल: प्रति kWh सबसे कम लागत, सबसे बड़ा टैंक, कई डिज़ाइनों में सीधा चिलर टाई-इन।
2. बर्फ: संहत, अप्रत्यक्ष, और कॉइल पर उच्चतर दृष्टिकोण तापमान।
3. PCM: संहत से माध्यम, एन्कैप्सुलेशन और चरण-पृथक्करण वस्तुओं पर ध्यान देना।
पूंजी लागत, फुटप्रिंट और संयंत्र लेआउट
टैंक की मात्रा दृश्यमान लागत है; संयंत्र का शेष भाग मौन है। एक जल टैंक को इन्सुलेटेड शेल, इनलेट और आउटलेट नोज़ल, एक डिफ्यूज़र, एक पंप और नियंत्रण की आवश्यकता होती है। बर्फ और PCM एक हीट एक्सचेंजर पैकेज, एक द्वितीयक तरल लूप, और बर्फ के मामले में एक डीफ्रॉस्ट अनुक्रम जोड़ते हैं जो चलने के दौरान टैंक से खींचता है।
फुटप्रिंट तंग परिसरों में मार्ग चुनता है। जहां एक अतिरिक्त टैंक फार्म मौजूद है, वहां जल भंडारण हर परिचालन श्रेणी में प्रति संग्रहीत किलोवाट-घंटा लागत पर जीतता है। जहां स्लैब क्षेत्र निश्चित है लेकिन मशीन रूम की ऊंचाई मौजूद है, वहां बर्फ या PCM उच्च लागत प्रति kWh पर भी उचित है, क्योंकि विकल्प एक दूसरा चिलर भवन है।
दबाव की स्थिति संरचनात्मक दायरे को बदल देती है। लगभग वायुमंडलीय पानी की टंकी दबाव सीमा के बाहर होती है, इसलिए नोज़ल और छिद्रों को केवल हाइड्रोलिक भार के लिए डिज़ाइन किया जाता है। दबावयुक्त आइस मशीनें धनात्मक गेज दबाव पर होती हैं और अपने साथ पात्र, उसका सुदृढ़ीकरण और उसकी निरीक्षण व्यवस्था लाती हैं।
· ठंडा पानी: प्रति उपयोगी किलोवाट-घंटा सबसे कम पूंजी, सबसे बड़ा फुटप्रिंट, कई डिज़ाइनों में कोई अप्रत्यक्ष लूप नहीं।
· बर्फ: पानी की टंकी से दो से चार गुना पूंजी, कॉम्पैक्ट फुटप्रिंट, हमेशा अप्रत्यक्ष लूप।
· पीसीएम: मध्यम से उच्च पूंजी, कॉम्पैक्ट से मध्यम फुटप्रिंट, हमेशा अप्रत्यक्ष लूप।
उपयोगी दक्षता, हानियाँ और निकासी
चार्ज और डिस्चार्ज दक्षता भिन्न होती है। एक पानी का टैंक इन्सुलेशन और मिश्रण के कारण प्रतिदिन सामग्री का एक छोटा हिस्सा खो देता है, और डिजाइनर स्तरीकरण, शॉर्टिंग और मिश्रण हानि के बाद उपयोगी क्षमता के लिए सिद्धांत का 70-90 प्रतिशत लागू करते हैं।
बर्फ तापीय शॉर्टिंग से हानि उठाती है। आवरण को पार करने वाली ऊष्मा उस बर्फ को पिघला देती है जो कभी उपयोग के लिए चार्ज नहीं की गई थी, इसलिए संयंत्र को अधिक चार्ज करना पड़ता है। इन्सुलेशन की गुणवत्ता और पात्र की ज्यामिति उस दर को निर्धारित करती है।
PCM स्थानांतरण पक्ष पर हानि उठाता है। चरण परिवर्तन परत में कम चालकता चार्ज और डिस्चार्ज शक्ति को आयतन के बजाय सतह क्षेत्र द्वारा सीमित करती है, इसलिए शिखर दर के लिए आकार निर्धारण पात्र को बढ़ाता है और घनत्व लाभ को कम करता है।
मार्ग | सैद्धांतिक घनत्व | उपयोगी हिस्सा | मुख्य हानि तंत्र |
ठंडा पानी | ~1.16 kWh/m3.K | 70-90 प्रतिशत | स्तरीकरण पतन, परिवेशी रिसाव |
बर्फ | पानी से कई गुना | चार्ज का 60-85 प्रतिशत | तापीय शॉर्टिंग, डीफ्रॉस्ट निकासी |
PCM | मध्यम श्रेणी | अव्यक्त का 60-80 प्रतिशत | चालन-सीमित स्थानांतरण, पृथक्करण |
संचालन, रखरखाव और विफलता व्यवहार
जल प्रणालियाँ धीरे-धीरे और दृश्य रूप से विफल होती हैं। स्तरीकरण क्षय होता है, डिफ्यूज़र दूषित होते हैं, और अति-तापमान वापसी टैंक को मिला देती है। रसायन वही है जो संयंत्र पहले से चलाता है: बायोसाइड, अवरोधक, स्केल नियंत्रण और आवधिक सफाई।
बर्फ संयंत्रों में एक यांत्रिक सूची होती है। कॉइल स्केलिंग, बर्फ ब्रिजिंग, डीफ्रॉस्ट वाल्व स्टिक्शन और लूप रिसाव बार-बार होते हैं, सभी एक इन्सुलेटेड पात्र के अंदर, जिससे पहुँच असुविधाजनक हो जाती है।
PCM सामग्री-स्थिरता मदों को जोड़ता है। एनकैप्सुलेंट क्षति, नमक हाइड्रेट्स में पृथक्करण और एक्सचेंजर फाउलिंग प्रत्येक को पहले दिन से एक लाइव निगरानी बिंदु की आवश्यकता होती है। व्यवहार में, पानी की टंकी के लिए इनलेट और आउटलेट तापमान, स्तर और डिफ्यूज़र वेग, आइस प्लांट के लिए डीफ्रॉस्ट आवृत्ति और बर्फ अंश, और PCM स्किड के लिए चार्ज और डिस्चार्ज पावर के साथ फेज़ बैंड ड्रिफ्ट लॉग करें।
तकनीकी विशिष्टता
मद | चिल्ड वॉटर TES | आइस TES | PCM TES |
भंडारण माध्यम | पानी, 5-7 से 12-14 डिग्री सेल्सियस | पानी में बर्फ, कॉइल या हार्वेस्ट | एनकैप्सुलेटेड नमक या पैराफिन |
क्षमता सूत्र | Q = V x rho x cp x dT | m x 334 kJ/kg, कम शॉर्टिंग | m x गुप्त ऊष्मा, कम HX पेनल्टी |
उपयोगी बैंड | 5-7 K डेल्टा | लगभग 0 डिग्री सेल्सियस मेल्ट पॉइंट | निश्चित फेज़ परिवर्तन तापमान |
दबाव की स्थिति | लगभग वायुमंडलीय | कम धनात्मक गेज | वायुमंडलीय से कम गेज |
इन्सुलेशन | खनिज ऊन, एल्युमिनियम क्लैडिंग | भारी दीवार, वाष्प सील | खनिज ऊन, वाष्प सील |
हीट एक्सचेंजर | हमेशा आवश्यक नहीं | हमेशा | हमेशा |
पीक डिस्चार्ज पावर | नोज़ल, पंप और डिफ्यूज़र | कॉइल सतह क्षेत्र | चालन पथ और क्षेत्र |
शेल स्कोप | डेटा सेंटर के लिए थर्मल एनर्जी स्टोरेज टैंक किसी भी बड़े वायुमंडलीय जल पात्र के समान शेल, कोटिंग और इन्सुलेशन स्कोप का उपयोग करते हैं | ||
डिज़ाइन संदर्भ | AWWA D103 अभ्यास, ASHRAE DC9 मार्गदर्शन | पात्र अभ्यास, मशीन विनिर्देश | पात्र अभ्यास, सामग्री विनिर्देश |
परियोजना केस
क्षेत्र | मूल्य |
परियोजना | नामीबिया पेयजल भंडारण (पी-ए) |
उत्पाद | 01 ग्लास-फ्यूज्ड-टू-स्टील टैंक |
क्षमता | कुल 44,900 m3 |
आयाम | 4 टैंक, व्यास 41.26 मी, ऊंचाई 8.4 मी |
पूर्णता | सितंबर 2022 |
जल और अपशिष्ट जल क्षेत्र में हमारी वितरित संदर्भ परियोजनाओं में यह पेयजल कार्यक्षेत्र शामिल है, लेकिन डेटा-सेंटर TES कार्यक्षेत्र समान मानकों पर इंजीनियर किया गया है। 41.26 मीटर व्यास वाले चार बोल्टेड टैंक पैनल की संख्या, शेल व्यास और साइट असेंबली अनुक्रम प्रदर्शित करते हैं जो एक बड़े वायुमंडलीय जल वेसल के लिए आवश्यक है। डेटा सेंटरों के लिए थर्मल एनर्जी स्टोरेज टैंक समान शेल कार्यक्षेत्र विरासत में लेते हैं जब माध्यम जल होता है और वेसल वायुमंडलीय दबाव के करीब रहता है।
सेंटर इनेमल इंजीनियरिंग क्षमता
सेंटर एनामेल (शिजियाझुआंग झेंगझोंग टेक्नोलॉजी कंपनी लिमिटेड) ने 2008 से बोल्टेड स्टोरेज टैंकों का डिज़ाइन और निर्माण किया है। चीन में पहले ग्लास-फ्यूज्ड-टू-स्टील (GFS) टैंक निर्माता के रूप में, कंपनी के पास लगभग 200 एनामेल-संबंधित पेटेंट हैं, प्रति वर्ष लगभग 300,000 एनामेल-लेपित स्टील प्लेटों का उत्पादन करती है, 30,000 से अधिक स्थापित परियोजनाएं पूरी कर चुकी है और 100 से अधिक देशों को अपने टैंक आपूर्ति करती है। उत्पादन क्षमता बढ़ाने के लिए नया 150,000 वर्ग मीटर उत्पादन आधार जोड़ा गया, और एकल टैंक 60,000 घन मीटर तक आपूर्ति किए जाते हैं। निर्माण ISO 9001 और ISO 45001 के अंतर्गत संचालित होता है, उत्पाद प्रमाणन में NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI और EUROCODE शामिल हैं, और डिज़ाइन को AWWA D103-09, AWWA C550 और NFPA के संदर्भ में तैयार किया गया है जहां अनुप्रयोग की आवश्यकता होती है।
माध्यम बनाम शेल आवश्यकता
· जल, बर्फ और PCM में से प्रत्येक की अलग शेल आवश्यकता होती है: जल को आयतन और इन्सुलेशन चाहिए, बर्फ को आंतरिक कॉइल या हेडर चाहिए, PCM को कैप्सूल बंडल चाहिए जिसे टैंक को ज्यामितीय रूप से समायोजित करना होता है।
· सबसे कम जोखिम वाला पहला कदम कूलिंग लोड कर्व से आकारित वायुमंडलीय जल-भरा शेल है, क्योंकि यह हाइड्रोलिक और नियंत्रण डिज़ाइन को आधार संयंत्र से अपरिवर्तित छोड़ता है।
· नामीबिया 44,900 m³ योजना के नेतृत्व में हमारी पानी-टंकी डिलीवरी, जल-आधारित स्टोर के लिए सीधा उदाहरण है।
अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
प्रश्न 1: क्या बर्फ भंडारण लागत पर हमेशा ठंडे पानी से बेहतर होता है?
उत्तर 1: नहीं। बर्फ प्रति घन मीटर अधिक ठंडक रखती है, इसलिए पात्र छोटा होता है, लेकिन मशीन पैकेज, डीफ्रॉस्ट अनुक्रम और अप्रत्यक्ष लूप प्रति उपयोगी किलोवाट-घंटा स्थापित लागत बढ़ाते हैं। भूमि उपलब्ध होने पर, पानी कम पेबैक देता है।
प्रश्न 2: आठ घंटे की पीक शेविंग के लिए मुझे कितनी टंकी मात्रा चाहिए?
उत्तर 2: पहले संग्रहीत किलोवाट-घंटे का आकार निर्धारित करें: kW में भार गुणा शिफ्ट के घंटे, उपयोगी कारक से विभाजित, फिर चुने गए माध्यम के घनत्व से विभाजित। 6 K पर, पानी 70-90 प्रतिशत कारक से पहले लगभग 7 kWh/m3 प्रदान करता है।
प्रश्न 3: क्या पानी TES टंकी बिजली बाधा के दौरान मदद करती है?
A3: यह मदद करता है। संग्रहीत ठंडा कवर जनरेटर और यूपीएस इकाइयों के शुरू होने तक संयंत्र को कवर करता है, और एक वायुमंडलीय टैंक दबावयुक्त आपूर्ति के बिना प्रवाह प्रदान करता है। डिजाइनर इसे एक निर्धारित स्वायत्त रन टाइम का श्रेय देते हैं, असीमित रनटाइम का नहीं।
प्रश्न 4: क्या एक आइस या PCM टैंक मौजूदा चिल्ड वॉटर प्लांट से जुड़ सकता है?
उत्तर 4: हाँ, अपने स्वयं के एक्सचेंजर और लूप के साथ एक अप्रत्यक्ष आइलैंड के रूप में। इंटरफ़ेस कनेक्शन की एक जोड़ी और एक नियंत्रण संकेत है, इसलिए मौजूदा चिलर नए भंडारण के पीछे अपना प्लांट इंटरफ़ेस बनाए रखते हैं।
प्रश्न 5: खराब पानी की गुणवत्ता से कौन सा माध्यम सबसे अच्छा निपटता है?
उत्तर 5: फैक्ट्री-अप्लाइड इनेमल या फ्यूजन-बॉन्डेड एपॉक्सी इंटीरियर शेल को संग्रहीत पानी के संपर्क से बाहर रखता है, इसलिए रसायन शास्त्र स्टील के बजाय पानी के पक्ष को प्रभावित करता है। दोनों हर कुछ वर्षों में निरीक्षण के लिए खोले गए टैंक के लिए फील्ड-रिपेयरेबल हैं।
प्रश्न 6: इंसुलेटेड टैंक पर स्टैंडबाय हानि क्या है?
उत्तर 6: एक अच्छी तरह से इंसुलेटेड वायुमंडलीय टैंक प्रति दिन चार्ज का एक छोटा सा अंश खो देता है, जिसे अगले चक्र में बदल दिया जाता है। इंसुलेशन की मोटाई, वाष्प सीलिंग और सपोर्ट विवरण शेल सामग्री से अधिक मायने रखते हैं।
प्रश्न 7: क्या पहले PCM पायलट चलाना उचित है?
A7: अधिकांश ऑपरेटर चार्ज और डिस्चार्ज पावर, फेज़ बैंड ड्रिफ्ट और फाउलिंग को लॉग करने के लिए एक गैर-महत्वपूर्ण हॉल पर एक वेसल का परीक्षण करते हैं, जो इस बात का उत्तर देता है कि क्या फेज़ परिवर्तन तापमान रिटर्न वाटर से मेल खाता है।
तीनों मार्ग ठंडक को अलग-अलग तरीके से संग्रहित करते हैं, और प्रति किलोवाट-घंटा केवल एक ही सस्ता पड़ता है। जल की पूँजी लागत सबसे कम, हाइड्रोलिक इंटरफ़ेस सबसे सरल और रखरखाव का रिकॉर्ड सबसे विस्तृत है, जिसकी कीमत आयतन में चुकाई जाती है। बर्फ़ अधिक लागत और गतिशील पुर्ज़ों की कीमत पर संक्षिप्तता खरीदती है। PCM एक समायोज्य तापमान-पट्टी प्रदान करता है और इसकी कीमत स्थानांतरण क्षेत्र और सामग्री प्रबंधन में चुकाता है। जहाँ भूमि उपलब्ध हो और समय-अवधि लंबी हो, वहाँ जल-टंकी संदर्भ उत्तर है, और अन्य दोनों को ऊष्मागतिकी के बजाय पदचिह्न के आधार पर उचित ठहराया जाता है।
एक इंजीनियर से बात करें
हॉल लोड kW में, स्टोरेज विंडो घंटों में, चिलर सप्लाई और रिटर्न तापमान, और टैंक के लिए उपलब्ध प्लांट लेआउट भेजें। हम घन मीटर में साइज़िंग गणना, स्ट्रैटिफिकेशन और लॉस फैक्टर के बाद उपयोगी किलोवाट-घंटे, और नोज़ल, डिफ्यूज़र और इंसुलेशन स्पेसिफिकेशन लौटाएँगे। मीडिया तुलना के लिए, आइस और PCM के लिए वही गणना अनुरोध करें ताकि चुनाव उपयोगी क्षमता पर निर्भर करे, न कि नेमप्लेट घनत्व पर।
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