データセンター冷水貯蔵タンク：設計パラメータと容量計画
作成日 今日
データセンター冷水蓄熱タンク：設計パラメータと容量計画
データセンターの冷水貯蔵タンクは、有効ΔT、有効率、立方メートル当たりの貯蔵エネルギー、滞留時間、入口水温、配置高さの6つのパラメータから計画される。有効容量は理論値の70～90%で運転され、水は1立方メートル当たり1ケルビン当たり約1.163 kWhを貯蔵し、5～7 Kの幅で1立方メートル当たり6～8 kWhが得られる。滞留時間は容積ではなく0.5～1 m/sの入口流速によって制御される。高さはポンプと容器境界が負担する静水頭を決定するため、容器図面のみならず配置検討に含めるべきである。
貯蔵タンクの容量計画は算術として始まりますが、途中からレイアウトの問題に変わります。負荷と料金からキロワット時が決まり、温度差から容積が決まり、その容積は敷地内に、クレーン経路の下に、ポンプ室の背後に、そして建物外殻と歩調を合わせて構築される基礎の中に収まらなければなりません。
以下のパラメータリストは、各項目が次の項目を変えるため、この順序で進めてください：温度、エネルギー、形状、高さ、そしてユニット数です。
有効温度差と入口水温
データセンターの冷水貯蔵タンクの温度範囲は最初の決定事項であり、チラーはIT機器と同じくらいそれを制約します。
· 有効ΔTを4～7 Kに設定します。5 °Cから11 °Cまでの6 Kの範囲が一般的です。7 Kに広げると容積は約15%削減されますが、還水温度がコイルと蒸発器で許容されなければなりません。
· 入口水温を4～6 °Cに固定します。これはチラーの出口水温設定値であり、機械のアプローチ温度によって制限されます。設計日において4 °Cを維持できないチラーは、タンクをより高い温度まで蓄冷し、利用可能な容量を静かに減少させます。
· 蓄冷と放冷に1つの温度帯を確保します。5 °Cで蓄冷し7 °Cで放冷するタンクは、蓄冷槽内と配管内で二重に温度差を失います。
· 混合マージンを2 K確保します。放冷時にタンクから出る供給水は6～8 °Cであるべきで、共通配管内での混合がループをIT入口温度帯より上に押し上げることはありません。
入口温度は最も劣化が進むパラメータです。塔が大規模化し、季節とともにアプローチが広がると、チラーは4°Cを諦め、誰も設定値を触ることなく有効容積が縮小します。
有効率、予備容量、貯蔵エネルギー
データセンターの冷水貯蔵タンクの理論容量は単純ですが、実際にプラントが引き出せるのは有効容量であり、その差を埋めるために設計上の工夫が必要です。
1. エネルギー方程式を一度書く。Q = V × ρ × cp × ΔT、水のcp ≈ 4.186 kJ/kg·K、ρ ≈ 1000 kg/m³で、1立方メートルあたり1ケルビンあたり約1.163 kWh、したがって6 Kの温度差で損失前におよそ7 kWh/m³を蓄えられます。
2. 有効率を70～90%と見積もる。入口での混合、温度成層、定常的な熱取得が残りを占め、硬質充電式チラーを備えた背の高い槽は範囲の下限に位置します。
3. 上下に余裕量を追加します。各端の数パーセントの容量は、温度躍層をノズルから遠ざける役割を果たし、プロジェクトが購入する最も安価な容量です。
プラントが消費する単位で計画し、ピーク時に供給される冷熱をキロワット時で表し、そこから逆算します。そうすることで、後で2台目のタンクを追加する際の議論が誠実に保たれます。
滞留時間、入口流速、形状
滞留時間はプロセス上の数値のように聞こえますが、データセンターの冷水蓄熱タンクでは、満水で静置されている間のシェルの挙動を左右します。
· 入口流速を0.5～1 m/sに制限します。ディフューザーが噴流を拡散しますが、この上限を超えると温水層を突き抜けて、1回の充填でシェル全体を混合してしまいます。
· 高さと容積を総合的に判断します。背の高いシェルは立方メートルあたりの有効深さが大きくなりますが、より大きなクレーン吊り上げが必要です。幅広で低いシェルは充填が容易ですが、成層化が困難です。
実用的な結果として、形状は見出しの容量ではなくディフューザーとプロットに従い、両者の答えはしばしば数百立方メートル異なります。
レイアウト高さ、静水頭、およびマルチタンク計画
高さは機械設計の他の部分に影響を与えるパラメータです。なぜなら、水柱は油圧システム内の死荷重だからです。
· 高さが静水頭を決定します。20 mの水柱は底部で約196 kPaであり、ポンプ、シェル、および圧力境界内のノズルがこれを支える必要があります。
· 底部圧力が容器設計を左右します。システム圧力境界内では、厚さ、ノズル補強、およびリリーフ設定がその水頭に従い、適用されるコードと設計はプロジェクト仕様書および契約で合意された通りです。
· プロットが許す場合は、より短いシェルを優先してください。基礎荷重を削減し、クレーンの吊り上げを軽減し、2基目のためのヘッドルームを確保できます。
· 並列ユニットを計画してください。2基のハーフサイズタンクは同じ容量を保持し、個別に隔離して検査でき、2基目を後のフェーズで到着させることができます。
並列シェルは運用のストーリーも変えます。一方を空にして検査する間、もう一方が負荷を担うことができ、同時保守性が設計基準に含まれる場合の保守ウィンドウに必要な要件です。
技術仕様
パラメータ | 標準値または選択肢 | 設計効果 |
有効ΔT | 4-7 K、5 °Cから11 °Cへの充填 | 立方メートルあたりの貯蔵エネルギー |
入口水温 | チラーからの4-6 °C | 充電速度とチラーアプローチ |
吐出供給温度 | 6-8 °C | IT帯のための混合マージン |
使用可能な割合 | 理論値の70～90% | 所定の負荷に対する総量 |
蓄エネルギー密度 | ≈ 1.163 kWh/m³/K | 概念段階での容量推定 |
入口流速 | ディフューザーを通して0.5～1 m/s | 温度躍層の品質 |
ユニット数 | 1基、または点検用に並列で2基 | 隔離、段階的実施、メンテナンス |
プロジェクトケース
水・廃水部門における当社の納入実績には、数年にわたって段階的に引き渡された大型の複数ユニット受注が含まれており、以下に示す設備もその一つです。データセンターのTES範囲も同じ基準で設計されています。
プロジェクト事例概要
プロジェクト | 製品 | 容量 | 寸法 | 完成 |
中国（新疆） - 産業廃水（P-K） | 01 GFSボルト締めタンク | 27基のタンクに合計30,469 m³ | 混合口径 | 2023-2026 |
中国（河北） - 製薬廃水（P-K） | 02 FBE溶融結合エポキシタンク | 32,363 m³ | φ36,600 × 24,600 mm および φ18,340 × 24,600 mm | 2026年8月 |
この種の27基の受注は、共通ヘッダー上でストレージシェルを並列運転するデータセンターと同じ演習です。直径はプロットに合わせて混在させ、ユニットはバッチごとに引き渡され、各シェルは他のシェルが稼働中でも隔離可能です。転用されるのは、マッチングされたパネル、段階的な現場架設、そして外装前にパネルごとに試験されるライニングです。
センターエナメルのエンジニアリング能力
センターエナメル（石家荘正中科技有限公司）は、2008年からボルト締め貯蔵タンクの設計と製造を行っています。中国初のガラス融着鋼（GFS）タンクメーカーとして、同社は約200件のエナメル関連特許を保有し、年間約30万枚のエナメルコーティング鋼板を生産し、30,000件以上の設置プロジェクトを完了し、100カ国以上にタンクを供給しています。生産能力を高めるために新たに150,000 m²の生産拠点が追加され、単一タンクは最大60,000 m³まで供給可能です。製造はISO 9001およびISO 45001の下で運用され、製品認証にはNSF/ANSI 61、WRAS、FDA、LFGB、CE（EN 1090）、ISO 28765、FM、BSCI、EUROCODEが含まれ、用途に応じてAWWA D103-09、AWWA C550、NFPAを参考に設計されています。
仕様および並列バンク
· 容量、有効ΔT、静置損失は仕様段階で設定され、タンクの形状、入口/出口の高さ、断熱厚さは、固定されたカタログ品として提供されるのではなく、これら3つの数値に基づいて選択されます。
· 選定はGFS、溶融結合エポキシ、ステンレス鋼シェルに及びます。流体の化学的性質がコーティング炭素鋼シェルを排除する場合、304/316Lステンレスが候補となります。
· 並列マルチタンク納入は、非常に大きな容量に到達するための当社の標準的な方法です。新疆の産業廃水プロジェクトでは2026年5月に合計30,469 m³の27基のタンクを納入し、四川の蒸留所プロジェクトでは2023年9月に14,655 m³を納入しました。
よくある質問
Q1: なぜ有効割合は理論容積の一部に過ぎないのですか？
A1: シェルの一部は決して冷たく使用できません。中央の温度成層に加え、ノズルから離すための両端の小さな予備があります。入口混合と定常的な熱取得の間で、70～90%を見込み、両方の数値を提示してください。
Q2: より高いシェルはより多くの冷熱を貯蔵しますか？
A2: 立方メートルあたりでは、いいえ。水は高さではなく質量と温度で貯蔵するからです。より高いシェルはより多くの有効深さを与えますが、静水頭、基礎荷重、クレーン揚重を増大させます。
Q3: 適切な滞留時間はどれくらいですか？
A3: シェルが意味のある熱変化や生物学的変化なしに静止するのに十分な長さで、ディフューザーがまだ層を制御できるほど短いこと。目標数値ではなく静水期間を指定し、その後温度成層を検証してください。
Q4: プロジェクトではタンクを1基計画すべきか、2基計画すべきか？
A4: 半分サイズのシェル2基は同じ容量を保持し、検査のために独立して隔離でき、同じ費用で後から2基目を追加できる。ただし、より大きな共通ヘッダーと配管が増える。
Q5: 入口水温はどのように計画を変えますか？
A5: それは充電率を設定します。チラーが4～6°Cを維持できない場合、タンクはより暖かく充填され、利用可能な割合が低下し、同じピーク時間に対して総量を増やす必要があります。
データセンターの冷水貯蔵タンクの容量計画は連鎖です：温度範囲、蓄エネルギー、利用可能割合、形状、高さ、そしてユニット数。高さは最も遅くまで残される項目です。なぜなら、それはポンプ揚程、基礎荷重、圧力境界に影響するからです。
エンジニアに相談する
ピークIT負荷、カバーすべき時間数、供給温度と戻り温度、および高さ制限を含むプロットをお送りください。使用可能容積と総容積、提案された形状に対する有効率、滞留時間、シェル基部での静水頭、ユニット数を示す容量計画を作成し、その後、直径、直胴高さ、基礎、断熱材を網羅する仕様書を作成します。段階的プロジェクトの場合、共通ヘッダー上で2番目のシェルをどのように隔離するかを確認してください。
WhatsApp