TESタンク：データセンター冷却における熱貯蔵のクイックリファレンス
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TESタンク：データセンター冷却における熱貯蔵のクイックリファレンス
TESタンクは冷却作業を生み出すのではなく、移行させる。データセンター冷却において、熱エネルギー貯蔵はオフピーク時間帯に製造した冷水、氷、または相変化材料を保持し、ピーク時にチラープラントを縮小またはアイドリングさせることができる。読み取るべき三つの数値は、キロワット時単位の有効容量、理論値に対する百分率としての有効率、設計負荷時の自律時間である。水タンクは温度差1ケルビンあたり1立方メートルあたりおよそ1.16kWhを貯蔵し、通常70～90パーセントの有効率で設計される。TESはサイト全体の電力量を削減するのではなく、それを移行させ、再形成する。
初めて熱貯蔵に触れる調達チームは、たいてい同じ週に同じ用語に出会います。TES、SOC、デルタT、COP、PUE、N+1。これらの用語はそれぞれ冷水プラントにおいて特定の意味を持ち、定義の不一致が貯蔵プロジェクトの失敗につながります。一方の当事者はタンクの銘板容量を引用し、もう一方は供給可能なキロワット時を引用し、契約は図面を満たすが責務を果たさないタンクに行き着きます。
このリファレンスシートは、データセンターのストレージプロジェクトで使用される実用的な定義を網羅しています。4つのTESルートとは何か、仕様で重要な指標はどれか、どのような通説が実は正しくないのか、そして各略語が何を意味するのか。タンクの発注前にこれを使って、図面上のTESタンクと現場工程表のTESタンクが同じ容器であることを確認してください。
設計エンジニア、施工業者、タンクサプライヤー間の共通基準として使用してください。
4つのTESルートの概要
顕熱冷水が基準です。水は冷却され、断熱タンクに保持され、プラントに戻されます。容量は`Q = V x rho x cp x dT`に従い、設計温度帯は通常5～7℃から12～14℃で、デルタTはおよそ6Kとなります。
氷は潜熱によって密度を高めます。コイル上または水槽内のハーベスターによって形成された氷は、1キログラムの水が氷になるにつき約334 kJを蓄え、これは顕熱冷却よりも単位質量あたりはるかに大きいです。トレードオフは、サイクル間の熱的ショートと間接ループです。
PCMは相変化温度を保持します。カプセル化された塩またはパラフィンは設定点で融解および凍結し、これにより貯蔵は冷水ループとは異なる温度に保つことができます。熱交換器は常に経路内にあります。
温度成層は温度フロントを持つ水です。2つの水温が1つのタンク内に存在し、それらの間に移動する界面があり、高温還水を上部へ、低温供給水を下部へポンプで送ることによって充填されます。これは冷水経路と同じ媒体を使用し、ノズル配置を簡素化します。
ルート | 中程度 | 温度帯 | 間接ループ | 典型的な用途 |
冷水 | 水 | 5～7～12～14℃ | 時々 | ピークシェービング、バッファ、緊急冷却 |
氷 | 水中の氷 | 約0℃ | 常に | スペースに制約のあるレトロフィット |
PCM | カプセル化された塩またはパラフィン | 相変化点によって設定 | 常に | 狭い温度帯のデューティ |
温度躍層 | 水、二層 | 前線で分割 | 時々 | 長期貯蔵、単一容器 |
仕様書に記載すべき指標
使用可能容量（キロワット時）。タンク容積でも、銘板値でもない。負荷（キロワット）に貯蔵時間（時間）を乗じ、使用可能率で割り、さらに選択した媒体の体積密度で割って算出する。5 MWのホールで8時間の窓が必要な場合、損失前に40 MWhの供給可能な冷熱が必要となる。
使用可能率とそれが100パーセント未満である理由。成層の崩壊、入口での混合、熱短絡、周囲からの熱漏れが、引き出し可能な割合をすべて低減させる。水方式は通常、理論値の70～90パーセントで設計される。氷やPCMは、その伝熱限界を考慮に入れると、さらに低くなる。
自律時間と故障ケース。グリッドピーク用に購入されたストレージは、発電機起動用に購入されたストレージとは異なります。例えば、部分負荷で4時間の自律性があるとされるタンクは、フルティアのランタイムがあるとされるタンクとはまったく異なる容器です。
1. 貯蔵エネルギー：設計還温度における供給可能な冷却のメガワット時。
2. 貯蔵ウィンドウ：プラントが貯蔵で運転すると想定する1日あたりの時間数。
3. 充放電速度：入出力のキロワット。これによりノズルサイズ、ディフューザー面積、ポンプ負荷が決まります。
4. 待機損失：1日あたりに失われる充電の割合。次の充電で補充されます。
5. 使用可能率：理論容量のうち実際に取り出し可能な割合。
よくある誤解
「TESは無料の冷熱を貯めることで電気代を削減する」これは冷熱を生成するわけではない。チラーは依然としてすべてのキロワット時を生産しており、その一部は外気温が低いオフピーク時に効率的に生産される。節約は料金体系とデマンドチャージから生まれるのであり、無料のエネルギーからではない。
「タンクは大きければ大きいほど良い」完全に充電されない蓄熱は無駄な重りである。充電時間とチラーの余裕はタンクサイズと一致させる必要があり、そうでなければ毎朝60パーセントまでしか充填されず、60パーセントしか供給できない。
「設置面積では氷が常に水に勝る」間接ループ、機械室の高さ、デフロスト負荷を考慮に入れた場合に限る。密度の利点は現実的だが、損失後の供給能力を確認する必要がある。
「タンクは冷たさを保つために電力を必要とする」適切に断熱された容器は何日も温度を保持する。電力が必要なのは循環であり、貯蔵ではない。だからこそ大気圧水タンクは発電機始動時に役立つ。
冷却スケジュールの略語
TES 熱エネルギー貯蔵；データセンターでは、オフピーク時に製造した冷熱をタンクに保持する。
SOC 使用可能容量に対する充電状態の割合。バッテリーと同じ考え方。
dT またはデルタT ケルビンまたはdegCでの供給と戻りの差；水容量の駆動要因。
COP 成績係数。チラーの冷却出力を電力入力で割ったもの。
PUE 電力使用効率。ITエネルギーに対するサイト全体のエネルギー。
CHW / CW 冷水供給と凝縮水ループ。
N+1 / 2N チラープラントの冗長構成。
技術仕様
項目 | 値またはオプション |
負荷 | ピークシェービング、チラーのダウンサイジング、または緊急冷却自律性 |
媒体 | 冷水、氷、PCM、または温度成層水 |
供給 / 戻り | 供給5-7 degC、戻り12-14 degCを開始帯として |
デルタT | 4-6 K 保守的、5-7 K 水の典型的な値 |
密度（水） | 1m3あたり1Kあたり約1.163kWh、6Kで約7kWh/m3 |
有効率 | 水では70～90パーセント、氷やPCMではより低い |
タンクの状態 | ほぼ大気圧、または圧力境界として設計されている場合は低いゲージ圧 |
断熱 | 表面温度を露点以上に保つように選定されたミネラルウール |
有効容量の確認 | プラント境界におけるフルサイクルでの実測容量 |
プロジェクトケース
フィールド | 値 |
プロジェクト | ナミビア飲料水貯蔵（P-A） |
製品 | 01 ガラス融着鋼タンク |
容量 | 合計44,900 m3 |
寸法 | 4基のタンク、直径41.26 m、高さ8.4 m |
完了 | 2022年9月 |
水・廃水部門における当社の納入済み参考プロジェクトにはこの飲用可能範囲が含まれますが、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。直径41.26 mの4基のボルト締めタンクは、大型のほぼ大気圧の水容器がどのようにパネル化され、輸送され、現場で組み立てられるかの参考であり、これはTESタンクがそのシェルとコーティングに用いるのと同じ建設基準です。
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。
ハードウェアに対応付けられた用語
· TESは包括的な用語であり、データセンターの場合、有用な区分はマーケティング上の名称ではなく、貯蔵媒体と圧力クラスによるものです。シェル要件はその区分に従います。
· プロジェクトの早い段階で確定する価値のある定義：有効容量（混合域とデッドゾーンを除いた後）、定置損失、充放電速度、および圧力クラス（大気圧境界か加圧境界か）。
· バルク水貯蔵用の大気圧ボルト締めシェルは、1基あたり最大60,000 m³まで供給可能で、実際にはこれらの定義のほとんどを物理的に裏付けるものです。
よくある質問
Q1: TESタンクはPUEを低減しますか？
A1: 直接的にはありません。夜間の凝縮温度の低下と設計点でのチラーの長時間運転は、機械効率を改善する可能性があり、主なメリットはエネルギーコスト面にあります。PUEの向上を主張する前に、タンク損失の変化に対する機械COPの変化を計算してください。
Q2: 冷水タンクの妥当なデルタTはどのくらいですか？
A2: 6～12℃の帯域では5～7ケルビンが一般的です。成層損失が大きくなると予想される場合、保守的な選択は4～6ケルビンです。帯域を広げると、同じ蓄積キロワット時に対して必要な容量が減少します。
Q3: データセンターの制御画面で充電状態はどのように表示されますか？
A3: 有効容量のパーセンテージとして、測定された供給温度と還流温度、貯蔵容量、および使用可能率から算出されます。上限と下限を設定して、プラントがタンクの保持量を超える冷熱を約束しないようにします。
Q4: TESタンクは圧力容器である必要がありますか？
A4: いいえ、通常は必要ありません。ほぼ大気圧の水タンクは圧力境界の外側に位置するため、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書で指定されたものになります。加圧設計にすると、容器、その開口部、および検査体制が異なる範囲に移行します。
Q5: 1つのタンクをバッファと貯蔵の両方として使用できますか？
A5: はい。チラーのトリップやポンプの過渡変動に対する短期バッファと長期貯蔵は、ノズルとディフューザーの配置がそれを支持し、オペレーターが複合的な充電状態を理解していれば、1つの容器で共有できます。
Q6: なぜ有効容量は理論値より少ないのですか？
A6: 成層化、入口での混合、周囲への熱漏れ、出口温度帯により、取り出せる量は減少する。設計者は水に対して70～90パーセントを適用し、その結果をプラント境界で測定する。
Q7: 受入試験では何を測定すべきか？
A7: 完全な充放電サイクルにわたるプラント境界での供給可能キロワット時、 plus 充電時間、待機損失、設計放電速度で到達した出口温度。立方メートルしか記載しないTESタンク契約は、受入試験を後での議論に委ねることになる。
ストレージプロジェクトを図面のセットになる前に定義のセットとして読み解きましょう。4つのルートが存在し、5つの指標が重要であり、略語はクライアント、設計者、サプライヤーにとって同じ意味でなければなりません。TESタンクはデータセンターの電力使用量を減らすものではありません。電力をより安価な時間帯に移し、チラープラントを縮小し、プラントが停電を乗り切る機会を与えるものです。定義を正しくすれば、容器のサイジングは自ずと導かれます。
エンジニアに相談する
設計IT負荷、目標貯蔵時間、チラーの供給・還温度、利用可能な設置面積をお知らせください。この参考例の背後にある計算結果をお返しします：貯蔵キロワット時、必要立方メートル、適用された有効係数、そしてノズル・ディフューザー・断熱の概略仕様です。ルートを比較検討されている場合は、氷蓄熱とPCMについても同じ計算を依頼し、実現可能な容量に基づいた比較を行ってください。
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