Serbatoio di accumulo dell'acqua refrigerata di emergenza per data center: dimensionamento per la perdita di alimentazione
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Serbatoio di accumulo dell'acqua refrigerata di emergenza per data center: dimensionamento per perdita di alimentazione
Un data center con serbatoio di accumulo dell'acqua refrigerata di emergenza è dimensionato per il divario tra la perdita della rete elettrica e l'alimentazione di emergenza stabile, non per il raffreddamento IT di tutto il giorno. Dimensionatelo in base al tempo di commutazione, alla finestra di stabilizzazione del generatore, alla potenza assorbita da pompe e ventilatori in standby e a una scala di distacco dei carichi definita. Il freddo utile è di circa 1,163 kWh per metro cubo per kelvin di dT utile, ridotto al 70-90 percento per miscelazione e apporto di calore, il che normalmente garantisce da 10 a 45 minuti di carico protetto.
I team operativi dopo un'interruzione della rete elettrica raramente esauriscono prima l'acqua fredda; esauriscono il margine di progetto. I refrigeratori si arrestano, i generatori partono e il circuito perde pressione abbastanza a lungo che un'unità di trattamento aria della sala computer restituisce acqua al di sopra del suo setpoint. Un data center con serbatoio di accumulo dell'acqua refrigerata di emergenza cambia questa sequenza: il serbatoio mantiene il freddo mentre l'impianto si riavvia, così la banda di mandata si mantiene e il carico critico non subisce escursioni.
Il calcolo alla base è un'aritmetica poco affascinante: il tempo di commutazione dell'interruttore di trasferimento, la finestra di stabilizzazione del generatore, la potenza di riavvio delle pompe di distribuzione e la scala di distacco che taglia prima i rack non essenziali. Se si trascurano questi aspetti, il sistema risulta sovradimensionato sulla carta o troppo piccolo per essere utile. Quanto segue copre la sequenza di dimensionamento, l'idraulica che funziona con i refrigeratori fermi e le voci di specifica che mantengono il magazzino freddo in un padiglione non occupato.
Dove si spendono effettivamente i minuti
Qualsiasi esercizio di dimensionamento credibile inizia elencando gli eventi tra il guasto della rete elettrica e il momento in cui l'impianto torna al controllo automatico.
1. Rilevamento e disconnessione. Una struttura a doppio percorso può distaccare l'alimentazione normale in pochi secondi; i guasti imprevisti si risolvono secondo una tempistica che nessuno controlla.
2. Avvio del generatore e alimentazione del bus. I gruppi elettrogeni diesel necessitano di tempo per raggiungere velocità e tensione nominali. Le pompe di distribuzione e del condensatore si affidano all'UPS o si riavviano in sequenza, aggiungendo decine di secondi.
3. Riavvio del chiller e sequenziamento lead-lag. Anche con alimentazione presente, la potenza dell'impianto aumenta a gradini, quindi passano diversi minuti prima della piena capacità.
4. Prelievo dal serbatoio. Durante tale intervallo il freddo accumulato è l'unica cosa che raffredda l'ambiente.
L'obiettivo di progettazione è che l'accumulo copra dalla rilevazione al ripristino dell'impianto, con margine per un generatore che non si avvia. Quando entrambi gli alimentatori sono interessati, l'obiettivo si estende a un secondo generatore o a una squadra di soccorso.
Due regole plasmano tutto ciò che ne deriva: il serbatoio fa da ponte anziché sostituire l'alimentazione di emergenza, mantenendo il carico all'interno della sua fascia di temperatura mentre le apparecchiature si avviano, e conta solo lo strato freddo sul fondo del recipiente, non l'intero inventario di fluido.
Il calcolo dell'autonomia, passo dopo passo
5. Accumulo lordo di freddo. Q = V x rho x cp x dT. Per l'acqua, rho x cp è circa 1,163 kWh per metro cubo per kelvin, quindi una banda di 6 K fornisce all'incirca 7,0 kWh per metro cubo.
6. Applicare la frazione utilizzabile. La stratificazione, la miscelazione del diffusore e il guadagno termico del serbatoio riducono ciò che può essere prelevato. I professionisti applicano un derating dal 70 al 90 percento; prendere il valore inferiore quando l'abbassamento è rapido.
7. Definire il carico di servizio. Durante l'evento non è il carico IT di picco. È il carico che deve sopravvivere: rack principali più la potenza di ventole e pompe necessaria per far circolare l'acqua attraverso di essi.
8. Sottrarre il contributo della gravità. Con un serbatoio atmosferico sopra il carico, parte del flusso proviene solo dalla prevalenza con le pompe spente, il che riduce il carico del generatore.
9. Dividere. Il tempo di esecuzione è pari ai kilowattora utilizzabili diviso i kilowatt di servizio.
Esempio pratico: 4.000 kW di carico protetto, 6 K di dT utilizzabile, frazione utilizzabile 0,8, obiettivo di 20 minuti. Volume = 4.000 x (20/60) / (1,163 x 6 x 0,8) = 239 m3, prima di portata delle pompe, perdite in standby e riserva per secondo guasto. Questo valore sembra piccolo rispetto a un serbatoio per il peak shaving, ed è proprio questo il punto: il dimensionamento di emergenza è più economico del load shifting perché la finestra è di minuti, non di ore.
Staging del load shed e il pavimento freddo
Un serbatoio che deve coprire un'interruzione prolungata necessita che il carico a valle si riduca in modo controllato, altrimenti la riserva di freddo viene consumata rapidamente e la sala si scalda.
Blocco di carico | Azione durante la perdita della rete elettrica | Quota del carico IT |
Rack di produzione core | Rimane alimentato e raffreddato | Dal 40 al 60 percento |
Staging, batch, reporting | Distacco dopo 5 minuti | Dal 15 al 25 percento |
Analisi non di produzione | Distacco immediato | Dal 10 al 20 percento |
Spazi per uffici e supporto | Spento, o su un circuito separato | Dal 5 al 15 percento |
Il pavimento freddo stabilisce la temperatura di mandata più bassa che l'impianto può raggiungere, con un margine di congelamento. Durante lo scarico, la temperatura di ritorno sale e il dT utile si riduce, quindi i progettisti fissano un limite massimo di mandata, comunemente 12-15 °C per la condizione di emergenza, al di sopra del quale vengono esclusi ulteriori blocchi.
Idraulica che mantiene il flusso senza i refrigeratori in funzione
Come il serbatoio si colloca all'interno del confine di pressione determina quanta energia di emergenza è necessaria.
10. Serbatoio atmosferico, flusso a gravità. L'acqua fredda esce per gravità e ritorna per gravità o tramite una piccola pompa di emergenza, quindi la pompa principale dell'impianto non è necessaria per la circolazione. Questa è la configurazione alla base della maggior parte degli schemi di serbatoi di accumulo dell'acqua refrigerata di emergenza nei data center che devono mantenere il flusso durante una perdita totale dei refrigeratori.
11. Serbatoio in pressione nel confine dell'impianto. Spessore della parete, rinforzo degli ugelli, flange e valvole di sicurezza sono calcolati per pressione e temperatura di progetto; il flusso necessita comunque di pompe sul bus di emergenza.
12. Isolamento e ponti termici. Lana minerale con rivestimento in alluminio o acciaio preverniciato, con supporti e penetrazioni dettagliati per interrompere il percorso termico.
In entrambe le configurazioni l'ingresso e l'uscita necessitano di diffusori e deflettori, e la velocità in ingresso rimane pari o inferiore a 0,5-1 m/s in modo che il termoclino rimanga netto.
Specifica tecnica
La tabella seguente elenca i setpoint e gli elementi di selezione per un data center con serbatoio di accumulo dell'acqua refrigerata di emergenza.
Voce | Valore o opzione tipica | Nota |
Volume geometrico | Dimensionato in base all'obiettivo di autonomia | 239 m3 nell'esempio di calcolo |
dT utilizzabile | Da 5 a 7 K, ad esempio da 6 °C a 12 °C | Determina il volume in modo lineare |
Frazione utilizzabile | Dal 70 al 90 percento | Copre miscelazione e perdita di calore |
Temperatura di mandata, normale | Da 5 a 7 °C | Setpoint usuale dell'acqua refrigerata |
Temperatura di mandata, limite di emergenza | Da 12 a 15 °C | Al di sopra di questo valore, il carico viene ridotto |
Classe di pressione del serbatoio | Atmosferico o pressurizzato | Definisce lo spessore della parete e i rinforzi |
Velocità di ingresso | Da 0,5 a 1 m/s | Protegge la stratificazione |
Isolamento | Lana minerale, rivestimento in alluminio o acciaio preverniciato | Dettagli dei ponti termici sui supporti |
Protezione antigelo | Tracciamento termico o circolazione di riserva | Necessario per i periodi di inattività |
Obiettivo di tempo di funzionamento | Da 10 a 45 minuti | Estendere per un secondo guasto del generatore |
Caso di progetto
Mentre i nostri progetti di riferimento consegnati nel settore idrico e delle acque reflue includono acqua antincendio e stoccaggio di acqua potabile, l'ambito TES del data center è progettato secondo gli stessi standard. Un riferimento rilevante è un impianto antincendio a Sichuan, in Cina.
Voce | Dettaglio |
Progetto | Sichuan, Cina — stoccaggio acqua antincendio |
Prodotto | 01 GFS, serbatoio bullonato in vetro-fuso-acciaio |
Capacità | 8.930 m3 su due serbatoi |
Dimensioni | phi 19,87 m x 14,4 m, 2 unità |
Completamento | 2023-11 |
Il compito è paragonabile sotto un aspetto che qui conta: il serbatoio contiene fluido utilizzabile per un evento a bassa frequenza e alte conseguenze, con lunghi periodi di inattività tra un evento e l'altro. Un accumulo di raffreddamento di emergenza condivide questo profilo, quindi la geometria delle piastre, i giunti bullonati e la scelta del rivestimento seguono la stessa logica ingegneristica.
Capacità ingegneristica di Center Enamel
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) progetta e fabbrica serbatoi di stoccaggio bullonati dal 2008. In qualità di primo produttore cinese di serbatoi in vetro-acciaio (GFS), l'azienda detiene quasi 200 brevetti relativi allo smalto, produce circa 300.000 lastre in acciaio smaltato all'anno, ha completato più di 30.000 progetti installati e fornisce i suoi serbatoi a oltre 100 Paesi. Il nuovo stabilimento produttivo di 150.000 m² è stato aggiunto per aumentare la capacità produttiva, e i singoli serbatoi vengono forniti fino a 60.000 m³. La produzione opera secondo le norme ISO 9001 e ISO 45001, con certificazioni di prodotto tra cui NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI ed EUROCODE, e la progettazione fa riferimento alle norme AWWA D103-09, AWWA C550 e NFPA ove l'applicazione lo richieda.
Riserva passiva a basso livello
· Il dimensionamento di emergenza è solitamente determinato dal tempo di commutazione del percorso di riserva più il carico ridotto mantenuto dopo il distacco del carico, e il serbatoio deve comunque erogare freddo quando il suo livello è basso.
· Un serbatoio atmosferico non necessita di aria strumentale, né di controllo dello spazio di gas, né di pressurizzazione attiva per cedere il suo freddo residuo, il che mantiene semplice il percorso di guasto.
· La riserva antincendio di Sichuan di 8.930 m³ e i serbatoi municipali degli Emirati Arabi Uniti sono gli analoghi più vicini nel nostro archivio per un accumulo il cui unico requisito è essere presente quando la fornitura normale non c'è.
Domande frequenti
D1: Il serbatoio di emergenza dovrebbe essere dimensionato per il carico IT completo o per il carico protetto?
R1: Solo per il carico protetto. Dimensionare per il picco massimo produce un recipiente più grande per una condizione rara, e la differenza è meglio spenderla in una scala di riduzione che riduce ciò che il serbatoio deve trasportare.
D2: Il serbatoio sostituisce l'UPS o il generatore?
R2: Nessuno dei due. I generatori si avviano in secondi o minuti e l'UPS mantiene l'alimentazione di controllo prima che entrino in carico. Il serbatoio aggiunge margine per un generatore che non riesce ad avviarsi al primo tentativo.
D3: Quanto tempo di funzionamento è sufficiente?
R3: Dipende dallo schema di trasferimento. Un impianto che ripristina l'alimentazione in modo affidabile in meno di 15 minuti necessita di un serbatoio di accumulo dell'acqua refrigerata di emergenza per data center più piccolo rispetto a uno che deve sopravvivere a un avvio fallito. Gli obiettivi comunemente vanno da 20 a 45 minuti più riserva.
D4: Un solo serbatoio può servire sia l'emergenza che la riduzione dei picchi?
A4: Sì, ed è comune. Il serbatoio è dimensionato sulla maggiore delle due funzioni, e il caso di emergenza stabilisce quindi il volume minimo e il limite massimo di temperatura.
D5: Quale derating dovrebbe essere applicato all'energia teorica immagazzinata?
A5: Dal 70 al 90 percento per perdite di stratificazione, miscelazione del diffusore e apporto di calore attraverso il guscio e l'isolamento. Prendere il limite inferiore quando l'estrazione è rapida rispetto al tempo di ricambio del serbatoio.
Dimensionare un serbatoio di accumulo dell'acqua refrigerata di emergenza per un data center significa misurare una breve finestra temporale e abbinarla al freddo utilizzabile. La finestra deriva dalla commutazione di trasferimento, dalla risposta del generatore e dal riavvio dell'impianto; il freddo deriva dal volume, dal dT e dalla riduzione di capacità che riflette la stratificazione reale. Mettendo entrambi gli aspetti sullo stesso piano, il volume ne consegue, con la scala di riduzione che rende il margine prevedibile.
Il valore non è un tempo di funzionamento illimitato. È che il circuito non esce mai dalla sua fascia di temperatura mentre l'impianto di alimentazione ritorna, il che trasforma un riavvio in una sequenza controllata invece che in una cascata di apparecchiature in scatto.
Parla con un ingegnere
Invia il tuo obiettivo di interruzione, il carico IT protetto durante l'evento e la temperatura di mandata che puoi tollerare mentre l'impianto si riavvia. Restituiremo un calcolo del tempo di esecuzione, il volume richiesto e il dT utilizzabile, e una scheda tecnica che copre classe di pressione, isolamento e disposizione degli ugelli.
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