냉수 저장 탱크 데이터 센터: 충전 및 방전 작동 방식
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냉수 저장 탱크 데이터 센터: 충전 및 방전 작동 방식
냉수 저장 탱크 데이터 센터는 5-6°C의 물을 저속 디퓨저를 통해 쉘로 펌핑하여 충전하며, 냉수 덩어리가 가라앉아 온도약층이 형성되도록 한 다음, 수위가 낮아지고 온도약층이 하강함에 따라 하부 노즐에서 방출한다. 충전 유량은 칠러 용량에 의해 결정되고, 방출 유량은 IT 부하에 의해 결정되며, 둘 다 동일한 에너지 방정식에 따른다. 실제 사용 가능한 용량은 혼합 및 정지 손실 후 이론치의 70%에서 90% 사이에 해당한다. 두 단계 사이의 전환이, 탱크 용량이 아니라, 공급 온도가 허용 범위 내에 유지되는지를 결정한다.
운영자는 탱크가 시운전된 날 저장 용량을 거의 잃지 않는다. 온도약층이 넓어지고 전환 로직이 잘못된 지점에서 작동하면서 점차 잃어버려, 결국 같은 셸이 네 시간이 아닌 두 번의 피크 시간만 제공하게 된다. 이 저하는 용기 문제가 아니라 충전 문제다.
두 단계는 개별적으로는 단순하다. 어려움은 전환에 있으며, 부분적으로 혼합된 상태로 방전에 들어가는 탱크가 완전 충전 상태로 들어가는 탱크와 다르게 작동한다는 사실에 있다. 다음 내용은 두 단계, 유량 뒤의 산술, 그리고 두 단계 사이를 언제 넘어갈지 결정하는 로직을 설명한다.
충전: 층을 파괴하지 않고 셸 채우기
충전은 느리고 저속의 작업이다. 칠러가 냉수를 만들고, 플랜트 펌프가 이를 셸로 이동시키며, 나머지는 성층화가 처리한다.
1. 충전 유량은 칠러 용량을 따릅니다. Q = m × cp × ΔT로 결정되며, cp 4.186 kJ/kg·K의 물에 3 MW를 생산하고 5 K 상승하는 칠러는 약 143 kg/s, 대략 515 m³/h가 필요합니다.
2. 디퓨저를 통해 유입합니다. 입구는 0.5-1 m/s로 토출되어야 냉수 제트가 전체 셸을 휘젓지 않습니다. 온수층을 뚫고 들어가는 제트는 모든 것을 혼합하여 다음 사이클의 사용 가능한 용량을 손실시킵니다.
3. 온도약층을 중간에 유지합니다. 냉수는 밀도가 높아 가라앉고, 온수 환수는 떠오릅니다. 둘 사이의 경계대인 온도약층에서 혼합이 발생하며, 온도약층이 얇을수록 더 많은 사용 가능한 냉수를 제공하는 탱크입니다.
4. 시간이 아닌 수위에서 정지합니다. 충전은 상한 설정점에서 종료되어 상부 예비량을 남기므로 온도약층이 입구에 닿지 않습니다.
더운 날에 4-6°C에 도달할 수 없는 칠러는 탱크를 채울 수 없습니다. 충전은 더 따뜻한 수준에서 정체되고 플랜트는 탱크가 더 작은 것처럼 동작합니다.
방전: 하부에서 냉기를 끌어냄
방전은 유동 방향을 반대로 하며, 유용한 냉기는 레벨이 낮아지는 동안 셸 하부에서 빠져나갑니다.
· 방전 유량은 부하를 따릅니다. 6 K의 사용 가능 ΔT에서 동일한 3 MW의 경우 루프에는 약 600 m³/h가 필요합니다. 펌프가 차가운 셸에서 해당 유량을 유지할 수 없으면 피크의 최악 시간대에 공급 온도가 상승합니다.
· 상부 예비량이 더 중요합니다. 수온약층 아래의 냉수만 사용 가능하므로, 빈 쉘로 방출하는 탱크는 마지막 한 시간을 혼합수에 소비하게 됩니다.
· 수위가 아니라 출구 온도를 주시하십시오. 냉수 구역의 하부와 상부에 각각 하나씩, 두 개의 센서가 사용 가능한 냉수가 거의 소진되었을 때를 운영자에게 알려줍니다.
전환 제어와 혼합 여유
두 단계 사이의 전환은 대부분의 플랜트가 잘못 처리하는 부분이며, 이는 하드웨어가 아니라 설정값에 의해 결정됩니다.
· 공급 온도로 방출을 시작하십시오. 공급 설정값 주변의 1-2 K 데드밴드가 트리거이며, 히스테리시스를 적용하여 플랜트가 몇 분마다 단계 사이를 진동하지 않도록 하십시오.
· 칠러가 언로드되기 전에 밸브를 여십시오. 방출 밸브를 움직이면서 동시에 칠러 설정값을 올리는 것이 온도 하강을 유발합니다. 이들을 순차적으로 처리하고 공통 배관에서 2 K의 혼합 여유를 유지하는 것이 이를 방지합니다.
· 차단 밸브를 인터록으로 유지합니다. 토출 경로가 열린 상태에서 칠러가 작동하면 온수가 셸로 역류하여 밤새 충전한 것을 무효화합니다.
고장 조건에서는 칠러 없이도 동일한 논리가 적용됩니다. 탱크는 발전기가 시동되는 동안 부하에 대응하여 방출하며, 사용 가능한 깊이가 공급이 허용 범위 내에 유지되는 시간을 결정합니다.
혼합 손실, 정지 손실 및 사용 가능 비율
세 가지 메커니즘이 이론적 수치에서 용량을 감소시키며, 각각 다른 해결책이 있습니다.
손실 메커니즘 | 일반적인 영향 | 감소 방법 |
충전 및 방전 혼합 | 이론치의 10-25% | 낮은 입구 속도, 적절한 디퓨저, 충분한 상부 및 하부 여유 공간 |
쉘을 통한 정지 열 획득 | 사이클당 소량, 장시간 유지 시 증가 | 더 두꺼운 단열재, 연속 클래딩, 지지대의 열교 상세 설계 |
유지 중 온도약층 성장 | 유지 시간에 따라 증가 | 짧은 유지 시간, 정수 상태, 유휴 경로를 통한 유동 없음 |
The usable fraction is a design output. A chilled water storage tank data center with a 0.5 m/s inlet and a proper diffuser sits near the top of the 70-90% band; a tall shell with a hard-charging chiller sits near the bottom. Insulation is what operators notice first, because a shell that sweats or freezes at the supports has already lost its standing loss argument.
Technical Specification
Parameter | Typical value or choice | Why it is specified |
Charging supply temperature | 4-6 °C from the chillers | Chiller approach and IPLV |
Discharging supply temperature | 6-8 °C | Keeps IT inlet inside the band |
Usable ΔT across a cycle | 5-7 K | Sets energy per cubic metre |
Charge flow | From chiller capacity and ΔT | Sizes the inlet and diffuser |
Inlet velocity through the diffuser | 0.5-1 m/s | Protects the thermocline |
Top and bottom reserve | 쉘 부피의 몇 퍼센트 | 노즐에서 수온약층을 유지 |
주장된 사용 가능 비율 | 이론치의 70-90% | 총 부피를 결정 |
정상 손실 목표 | 두께만이 아닌 kW로 표시 | 단열 패키지 검증 |
프로젝트 사례
물 및 폐수 분야에서 당사가 납품한 참조 작업에는 아래 설치 사례와 같이 장기 사용 수명을 위해 제작된 대구경 볼트 체결 쉘이 포함됩니다. 데이터센터 TES 범위도 동일한 기준에 따라 설계됩니다.
프로젝트 사례 요약
프로젝트 | 제품 | 용량 | 치수 | 완료 |
나미비아 - 식수 저장 (P-A) | 01 GFS 볼트 체결 유리 융착 강재 탱크 | 총 44,900 m³, 4개 탱크 | 4 × φ41,260 mm × 8,400 mm | 2022년 9월 |
해당 설비의 셸 하나는 약 11,000m³를 담을 수 있으며, 이는 데이터 센터 플랜트가 2~4시간의 피크 시간 동안 시작하는 규모입니다. 냉수 저장 탱크 데이터 센터에 적용되는 것은 셸의 특성입니다: Ra 0.8µm 미만의 거칠기를 가진 에나멜 코팅 벽, 패널별로 검사된 라이닝, 그리고 단열 아래에서 30년의 수명입니다.
Center Enamel 엔지니어링 역량
센터 에나멜(스자좡 정중 테크놀로지 유한공사)은 2008년부터 볼트 체결식 저장 탱크를 설계 및 제작해 왔습니다. 중국 최초의 글라스 퓨즈드 투 스틸(GFS) 탱크 제조사로서, 이 회사는 약 200개의 에나멜 관련 특허를 보유하고 있으며, 연간 약 300,000장의 에나멜 코팅 강판을 생산하고, 30,000개 이상의 설치 프로젝트를 완료했으며, 100개국 이상에 탱크를 공급하고 있습니다. 생산 능력을 높이기 위해 새로운 150,000 m² 생산 기지가 추가되었으며, 단일 탱크는 최대 60,000 m³까지 공급됩니다. 제조는 ISO 9001 및 ISO 45001에 따라 운영되며, 제품 인증으로는 NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE(EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI 및 EUROCODE가 있고, 설계는 적용이 요구되는 경우 AWWA D103-09, AWWA C550 및 NFPA를 참조합니다.
충전 및 방전 범위
· 충전과 방전은 셸, 단열재 및 에나멜 표면이 변하지 않은 상태에서 탱크를 유입과 유출 임무 사이에서 전환하므로, 운영은 공정 변경이 아닌 밸브 조작 및 제어 시퀀스입니다.
· 상압 볼트 체결 셸은 일반적으로 에나멜 또는 알루미늄 상부로 지정되어, 가스 공간 제어를 위해 압력 용기가 필요로 하는 전기 장비가 탱크에 없도록 합니다.
· 당사의 납품 실적에 있는 대형 단일 쉘 상압 탱크, 예를 들어 쓰촨 소방용수용 φ19.87 m × 14.4 m (8,930 m³, 2023-11) 쌍은 동일한 외피로 수년간 연속 운전됩니다.
자주 묻는 질문
Q1: 탱크에 상부 예비 공간이 필요한 이유는 무엇입니까?
A1: 쉘에 물이 채워짐에 따라 온도약층이 상승하기 때문입니다. 온도약층이 입구에 도달하면 새로 유입된 냉수가 곧바로 출구로 이동하여 플랜트는 혼합된 물을 취수하게 됩니다. 운전 수위 위로 몇 퍼센트를 유지하면 층이 분리된 상태로 유지됩니다.
Q2: 토출 펌프의 용량은 어느 유량을 기준으로 선정해야 합니까?
A2: 충전에 사용한 것과 동일한 에너지 방정식에서 산출한, 사용 가능한 ΔT로 나눈 최대 부하에, 동시에 요구하는 말단 장치들을 위한 여유를 더한 값입니다. 평균 부하를 기준으로 선정하면, 플랜트는 최대 부하의 마지막 한 시간 동안 공급 온도가 흘러내리는 현상을 겪게 됩니다.
Q3: 왜 탱크가 작년보다 더 적은 냉기를 공급했습니까?
A3: 입구 유속이 증가하여 온도약층이 넓어졌거나, 칠러가 4-6 °C에 도달하지 못해 충전이 조기에 중단되었기 때문입니다. 먼저 충전 곡선과 디퓨저를 확인하십시오.
Q4: 시운전 전에 사용 가능 비율을 어떻게 알 수 있습니까?
A4: 모델링한 후 검증하십시오. 각 공급업체에 사용 가능 깊이, 예비 용적 및 그에 따른 비율을 문의하고, 입구 유속과 디퓨저 유형을 확인하십시오.
Q5: 펌프를 가동하지 않고도 탱크를 방출할 수 있습니까?
A5: 충분한 정압과 부하로 이어지는 개방 경로가 있을 때만 가능하며, 이는 분산형 플랜트에서는 흔하지 않습니다. 대부분의 설계에서는 방출 시간 동안 유량, 여과 및 온도 제어가 예측 가능하게 유지되도록 펌프를 계속 가동합니다.
충전과 방출은 두 가지 유량을 가진 하나의 시스템입니다. 충전 유량은 칠러 용량에서, 방출 유량은 IT 부하에서 발생하며, 이들 사이의 사용 가능한 냉기는 온도약층의 깊이와 전환 로직의 규율에서 나옵니다. 디퓨저, 예비 용량 및 데드밴드를 지정하면, 냉수 저장 탱크 데이터 센터는 쉘의 수명 동안 계산된 사용 가능 용량을 유지할 것입니다.
엔지니어와 상담하세요
칠러 용량, IT 부하 프로파일, 공급 및 반환 온도를 보내주십시오. 충전 및 방전 유량을 함께 검토하고, 제안된 형상에 대한 사용 가능 깊이를 보여드리며, 입구 속도, 예비량, 레벨 계측 및 단열 패키지를 포함한 사양서를 제공하겠습니다. 플랜트가 한 시즌 운영된 경우 충전 곡선을 가져오시면 사용 가능 비율이 어디에서 손실되는지 살펴보겠습니다.
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