データセンター用非常用冷水貯蔵タンク：停電時のサイジング
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データセンター向け緊急冷水貯蔵タンク：停電時のサイジング
緊急用冷水貯蔵タンクを備えたデータセンターは、終日IT冷却のためではなく、電力会社からの供給喪失と安定した非常用電源との間のギャップに合わせてサイジングされます。転送スイッチの時間、発電機の安定化ウィンドウ、待機中に消費されるポンプとファンの電力、および定義された負荷削減ラダーからサイジングします。利用可能な冷熱は、利用可能なdT1ケルビンあたり1立方メートルあたり約1.163kWhで、混合と熱取得のために70～90パーセントに低減され、通常は10～45分間の保護された負荷を賄います。
電力会社からの供給障害後の運用チームは、冷水が最初に不足することはほとんどありません。彼らは設計マージンを使い果たします。チラーユニットがトリップし、発電機が始動し、ループは十分な時間にわたって圧力を失い、コンピュータルーム空調機が設定値を超える水を戻します。緊急用冷水貯蔵タンクを備えたデータセンターはその順序を変えます。プラントが再起動する間、容器が冷熱を保持するため、供給帯域が維持され、クリティカル負荷に変動が生じません。
その背後にある計算は華やかさのない算術である。切替開閉器の切替時間、発電機の安定化ウィンドウ、配電ポンプの再起動電力、そして非必須ラックを最初に削るシェッドラダー。これらを見落とすと、船舶は書類上は過大になり、あるいは小さすぎて意味をなさなくなる。以下では、サイジングの順序、チラー停止時に対応する油圧、そして無人ホールで店舗を冷たく保つための仕様項目について述べる。
実際に分がどこで費やされるか
信頼できるサイジング作業は、ユーティリティ障害からプラントが自動制御に戻る瞬間までのイベントを列挙することから始まる。
1. 検出と切断。デュアルパス設備では、通常フィーダーを数秒以内に遮断する可能性がある。計画外の障害は、誰も制御できないタイムテーブルで復旧する。
2. 発電機の起動と母線の通電。ディーゼル発電機セットは定格速度と電圧に達するまで時間が必要です。配電ポンプと凝縮器ポンプはUPSに依存するか順次再起動するため、数十秒が加算されます。
3. チラーの再起動とリード・ラグシーケンス。電力があっても、プラント出力は段階的に上昇するため、全容量に達するまでに数分かかります。
4. タンクのドローダウン。そのギャップの間、貯蔵された冷熱だけが空間を冷却しています。
設計目標は、貯蔵が検知からプラント復旧までをカバーし、発電機の起動失敗に対する余裕を確保することです。両方のフィーダーが影響を受ける場合、目標は第二の発電機または電力会社の作業員にまで拡張されます。
2つのルールが下流のすべてを形作ります。タンクは非常用電源を置き換えるのではなく橋渡しし、機器が立ち上がる間、負荷をその温度帯内に保持します。そして、容器底部の冷層のみが重要であり、流体の全インベントリではありません。
実行時間の計算、ステップバイステップ
5. 総貯蔵冷熱量。Q = V x rho x cp x dT。水の場合、rho x cp は1立方メートルあたり1ケルビンあたり約1.163 kWhであるため、6 Kの温度帯では1立方メートルあたりおよそ7.0 kWhとなる。
6. 有効利用率を適用する。成層化、ディフューザー混合、およびシェルの熱取得により、取り出せる量は減少する。実務者は70～90パーセントに低減する。ドローダウンが速い場合は低い方の数値を採用する。
7. 負荷電力を定義する。イベント中はピークIT負荷ではない。生き残る必要がある負荷、つまりコアラックに加えて、それらを通して水を移動させるために必要なファンとポンプの電力である。
8. 重力による寄与分を差し引く。負荷より上に大気圧タンクがある場合、ポンプ停止時でもヘッドだけで流れの一部が得られ、発電機負荷が軽減される。
9. 除算する。実行時間は、有効キロワット時を負荷キロワットで割った値に等しい。
計算例：保護負荷4,000 kW、有効dT 6 K、有効率0.8、目標20分。容積 = 4,000 × (20/60) / (1.163 × 6 × 0.8) = 239 m3（ポンプ流量、待機損失、二次故障予備を考慮する前）。この数値はピークシェービングタンクと比べると小さく見えるが、そこが要点である。緊急時のサイジングは、時間ではなく分単位の窓であるため、負荷シフトよりも安価である。
負荷遮断の段階制御とコールドフロア
長い停電をカバーしなければならないタンクは、その背後にある負荷が制御された方法で段階的に減少する必要があります。そうでなければ、冷熱供給はすぐに消費され、部屋の温度が上昇します。
負荷ブロック | ユーティリティ喪失時のアクション | IT負荷の割合 |
コア生産ラック | 通電および冷却を維持 | 40～60パーセント |
ステージング、バッチ、レポーティング | 5分後にシェッド | 15～25パーセント |
非生産分析 | 即時シェッド | 10～20パーセント |
オフィスおよびサポートスペース | オフ、または別のループでオン | 5～15パーセント |
低温の床は、プラントが接近し得る最低供給温度を凍結マージンとともに設定する。ドローダウン中は還水温度が上昇し有効dTが縮小するため、設計者は供給上限を定め、緊急時には一般に12～15°Cとし、それを超えるとさらなるブロックが切り離される。
チラーを運転せずに流量を維持する水理
タンクが圧力境界の内側にどのように位置するかが、必要な非常用電源の量を決める。
10. 大気圧タンク、ヘッド駆動流。冷水は重力で流出し、重力または小型の非常用ポンプで戻るため、主プラントポンプは循環に必要とされない。これは、チラーでの完全停止時にも流量を維持しなければならないほとんどの非常用冷水貯蔵タンクデータセンター方式の背後にある構成である。
11. プラント境界内の加圧タンク。壁厚、ノズル補強、フランジ、逃し弁は設計圧力と設計温度に対して計算される。流量については依然として非常用バス上のポンプが必要である。
12. 断熱とヒートブリッジ。ミネラルウールにアルミニウムまたはカラー鋼板の外装を施し、支持部と貫通部は熱経路を遮断するよう詳細設計する。
どちらの配置でも、入口と出口にはディフューザーとバッフルが必要であり、入口流速は0.5～1 m/s以下に保つことで温度成層が鮮明に維持される。
技術仕様
以下の表は、非常用冷水貯蔵タンクデータセンターの設定値と選定項目を示している。
項目 | 標準値またはオプション | 備考 |
幾何学的容積 | 運転時間目標から算定 | 計算例では239 m3 |
有効温度差 | 5～7 K、例えば6 °C～12 °C | 容積に線形に影響する |
有効率 | 70～90パーセント | 混合と熱損失をカバー |
供給温度、通常 | 5～7 °C | 通常の冷水設定値 |
供給温度、緊急上限 | 12～15 °C | これを超えると負荷を遮断 |
タンク圧力クラス | 大気圧または加圧 | 壁厚と補強材を設定 |
入口流速 | 0.5～1 m/s | 成層化を保護 |
断熱 | ミネラルウール、アルミニウムまたはカラー鋼板クラッド | 支持部のコールドブリッジ詳細 |
凍結防止 | ヒートトレースまたはスタンバイ循環 | 無人期間に必要 |
運転時間目標 | 10～45分 | 2台目の発電機故障時に延長 |
プロジェクト事例
当社が納入した水・廃水部門の参考プロジェクトには消防水および飲料水貯蔵が含まれますが、データセンターTESの範囲も同じ基準で設計されています。関連する参考事例の一つは、中国四川省の消防水設備です。
項目 | 詳細 |
プロジェクト | 中国四川省 — 消防用水貯蔵 |
製品 | 01 GFS、ガラス融着鋼ボルトタンク |
容量 | 2基のタンクで合計8,930 m3 |
寸法 | φ19.87m×14.4m、2基 |
完了 | 2023-11 |
この任務は、ここで重要な一点において同等です。タンクは、イベント間に長いアイドル期間がある低頻度・高影響のイベントに対して使用可能な流体を保持します。緊急冷却貯蔵も同じプロファイルを共有するため、プレート形状、ボルト締め継手、およびコーティングの選択は同じエンジニアリングロジックに従います。
Center Enamel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。
低レベルでのパッシブ予備
· 緊急時のサイジングは通常、スタンバイ経路の切替時間と負荷遮断後に保持される低減負荷によって決定され、タンクは自身のレベルが低いときでも冷温を供給できなければなりません。
· 大気圧タンクは、残存する冷熱を放出するために計装空気、ガス空間制御、能動的な加圧を必要とせず、故障経路をシンプルに保ちます。
· 四川省の防火用水備蓄8,930 m³とUAEの市水タンクは、通常供給がないときにそこにあることだけが要件である貯蔵にとって、当社の記録の中で最も近い類似事例です。
よくある質問
Q1: 緊急用タンクは、IT全負荷用と保護負荷用のどちらでサイジングすべきですか？
A1: 保護負荷のみです。全ピーク負荷でサイジングすると、まれな状況のために大きな容器が必要になり、その差額はタンクが担う負荷を減らすシェッドラダーに充てる方が適切です。
Q2: タンクはUPSまたは発電機の代わりになりますか？
A2: どちらの代わりにもなりません。発電機は数秒から数分で始動し、UPSは発電機が負荷を引き受ける前に制御電源を保持します。タンクは、発電機が最初の試行で始動に失敗した場合の余裕を追加します。
Q3: 十分な運転時間はどのくらいですか？
A3: それは電源切替方式によって決まります。15分未満で確実に電源を復旧できるプラントは、始動失敗に耐える必要があるプラントよりも、データセンター用の緊急チルド水貯蔵タンクを小さくできます。目標は通常、20～45分に予備を加えたものです。
Q4: 1つのタンクで緊急用とピークシェービングの両方を担えますか？
A4: はい、そしてそれは一般的です。貯蔵タンクは二つの義務の大きい方に合わせてサイズ設定され、緊急時には最小容量と温度上限が設定されます。
Q5: 理論貯蔵エネルギーにはどのような低減率を適用すべきですか？
A5: 成層損失、ディフューザー混合、およびシェルと断熱材を通じた熱取得に対して70～90パーセント。貯蔵タンクのターンオーバー時間に対して引き出しが速い場合は下限を取ります。
データセンター向け非常用冷水蓄熱槽のサイジングとは、短い時間枠を測定し、それを利用可能な冷熱と突き合わせることを意味します。時間枠は電源切替、発電機応答、プラント再起動から生じ、冷熱は容量、dT、そして実際の成層状態を反映した能力低減から生じます。両方を同じページに載せれば容量が導き出され、シェッドラダーによって余裕が予測可能になります。
価値は無制限の運転時間にあるのではありません。発電プラントが復旧する間、ループが温度帯域から外れないことこそが価値であり、これにより再起動は機器の連鎖停止ではなく制御されたシーケンスへと変わります。
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中断対象、イベント中の保護されたIT負荷、およびプラント再起動中に許容できる供給温度をお送りください。実行時間計算、必要な容量と使用可能なdT、および圧力クラス、断熱、ノズル配置を網羅した仕様書を返却します。
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