데이터 센터 열에너지 저장 탱크: 냉수 저장이 냉각 효율을 개선하는 방법
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데이터 센터 열에너지 저장 탱크: 냉축열이 냉각 효율을 개선하는 방법
데이터 센터 열에너지 저장 탱크는 비첨두 시간에 생산된 냉수를 저장하고 첨두 시간에 방출하여, 칠러가 시간별 IT 열 부하를 추종하는 대신 안정적이고 효율적인 부하로 운전되도록 합니다. 4-7 K의 사용 가능한 온도 차이와 70-90%의 현실적인 사용 가능 비율로, 하나의 성층화 탱크는 수 시간의 냉각 부하를 감당하며 칠러 정지 시 운영자에게 정의된 버티기 시간을 제공합니다. 탱크는 냉각을 생성하지 않고, 그 냉각을 시간적으로 이동시킵니다.
하이퍼스케일 홀에서는 IT 부하 곡선이 상당히 평탄한 반면, 냉각 플랜트는 더 더운 설계 일수를 기준으로 규모가 산정됩니다. 그러나 측정된 부하는 대부분의 시간 동안 그 상한선보다 훨씬 낮은 수준에 머무르므로, 플랜트는 낮은 부분 부하에서 운전되면서도 랙이 전달하는 모든 급격한 열 스파이크를 흡수합니다.
많은 요금제는 kWh 단위의 에너지뿐만 아니라 kW 단위의 최대 수요에 대해서도 비용을 부과하므로, 모든 IT 스파이크를 따라가는 플랜트는 소비된 킬로와트시가 아니라 스파이크에 대해 비용을 지불하게 됩니다. 칠러가 트립되면, 상승하는 환수 온도와 셧다운 사이에 남아 있는 것은 배관에 여전히 남아 있는 물뿐입니다.
데이터 센터 열에너지 저장 탱크는 피크 시 더 많은 냉각을 생성하는 대신 시간적으로 냉각을 재배치함으로써 두 문제를 모두 해결합니다. 이어지는 내용에서는 이 용기가 무엇인지, 계통 내 어디에 위치하는지, 어떻게 용량을 산정하는지, 그리고 어떤 운전 모드가 지출을 정당화하는지를 다룹니다.
데이터 센터 열에너지 저장 탱크란 무엇인가
공급 온도로 유지되며, 냉각기가 공급하도록 설정된 용량을 수요가 초과할 때마다 플랜트 루프로 반환되는 단열된 냉수 용적입니다. 내부에는 냉동을 생성하는 것이 없습니다.
· 저장이지 생성이 아닙니다. 이는 냉각기가 이미 비용을 지불한 에너지를 보유하므로, 더 큰 냉각기 플랜트와 비교하는 것은 자본 비용을 수요 요금 및 부분 부하 패널티와 비교하는 것입니다.
· 플랜트의 효율적인 지점에서 충전됩니다. 비첨두 시간대에 냉각기는 거의 전부하로 운전하며 용적이 채워지는 동안 4-6 °C의 물을 생산하므로, 냉각기는 오후의 IT 부하 곡선을 따라가지 않습니다.
· 동일한 범위 내에서 방출됩니다. 탱크에서 나가는 공급수는 일반적으로 6-8 °C에 머물므로, 냉각기 스트림과 혼합해도 루프가 IT 장비가 허용하는 온도 이상으로 올라가지 않습니다.
· 한정된 지속 시간이며 자율성이 아닙니다. 4시간 피크를 기준으로 설계된 탱크는 가정된 부하에서 4시간을 제공하며, 이 지속 시간을 명시하는 것이 신뢰할 수 있는 모든 열에너지 저장 탱크 데이터센터 연구의 첫 단계입니다.
냉각 체인에서 탱크의 위치
데이터 센터용 열에너지 저장 탱크는 일반적으로 칠러 플랜트와 분배 헤더 사이의 공통 배관에 연결되며, 칠러 뒤가 아니라 칠러와 병렬로 배치됩니다. 이러한 배치는 제어 로직, 밸브 구성 및 인수 시점의 플랜트 동작을 고정합니다.
· 칠러 루프 및 분배 루프. 각각은 격리 밸브와 체크 밸브를 통해 공통 배관으로 공급되며, 분배 측 펌프 세트는 제어가 선택한 조합에서 유량을 끌어와 탱크를 증발기 압력과 독립적으로 유지합니다. 저장 탱크는 칠러 상류에 위치하여 증발기 전에 환수와 방출수를 혼합할 수도 있지만, 이 경우 전체 시스템 유량이 탱크를 통과해야 하는 비용이 발생합니다.
· 핸드오버, 바이패스, 충수 및 배수. 로직은 차단 밸브가 열리기 전에 칠러 설정값을 변경해야 하므로 공급 온도가 떨어지거나 회복되지 않습니다. 플랜트에는 서비스 바이패스, 충수 및 배기 경로, 배수도 필요합니다. 비울 수 없는 탱크는 검사할 수 없기 때문입니다.
사이징: IT 부하에서 탱크 용량까지
용량은 판단의 문제가 아니라 부하, 온도 차이, 커버 시간에서 나옵니다.
1. 부하와 유량을 구합니다. 저장에 할당된 IT 열 부하를 루프 ΔT로 나눕니다. 7K의 5MW 홀에는 약 615m³/h가 필요합니다.
2. 에너지 방정식을 적용합니다. Q = V × ρ × cp × ΔT, 물의 cp ≈ 4.186 kJ/kg·K, ρ ≈ 1000 kg/m³, 입방미터당 켈빈당 약 1.163 kWh이므로 6K의 사용 가능한 ΔT에서 입방미터당 이론적으로 약 7 kWh입니다.
3. 사용 가능한 비율을 적용합니다. 혼합, 주변 열 획득 및 단락은 이론값의 일부를 제거합니다. 설계자들은 70-90%를 기대하며, 디퓨저가 잘못 배치된 높은 셸의 경우 더 낮은 수치를 적용합니다.
4. 용기로 변환합니다. 사용 가능한 에너지를 부하와 시간으로 나눈 다음, 실용적인 직경과 쉘 높이로 반올림합니다.
탱크를 정당화하는 운영 모드
완전 저장은 비첨두 시간에 충전하고 첨두 시간 동안 플랜트를 정지시켜 가장 큰 수요 절감과 가장 큰 용량을 제공합니다: 하루 시작 시 가득 찬 탱크, 종료 시 비어 있음. 라이드스루는 Tier III 또는 Tier IV 사례를 지원하며, 정비를 위해 칠러를 가져가는 경우 그렇지 않으면 계획되지 않은 상황이 됩니다.
기술 사양
인터페이스 항목은 저장 프로젝트에서 대부분의 엔지니어링 변경을 발생시킵니다.
항목 | 일반적인 값 또는 선택 | 구동 |
용기 경계 | 대기압 현장 설치형 또는 시스템 압력 경계 내부 | 쉘 두께, 노즐 등급, 릴리프 |
가용 ΔT | 4-7 K, 일반적으로 6 K (5 °C ~ 11 °C) | 입방미터당 저장 에너지 |
충전 및 방전 온도 | 4-6 °C 충전, 6-8 °C 방출 | IT 입구 밴드 및 블렌딩 마진 |
사용 가능 비율 | 이론값의 70-90% | 총 용적 |
입구 속도 | 디퓨저를 통과하는 0.5-1 m/s | 층화 품질 |
노즐 및 계기 목록 | 충전, 방전, 반환, 충수, 배기, 배수, 레벨, 맨홀 | 밸브 수량 및 접근성 |
단열 | 미네랄 울, 기상 장벽, 연속 클래딩 | 정지 열 취득 |
기초 | 지지부의 열교 상세를 포함한 링 빔 또는 패드 | 쉘 등록 및 동결 상세 |
프로젝트 사례
물 및 폐수 분야에서 당사가 납품한 참조 작업에는 아래의 4중 쉘 설치와 같이 현장에서 조립되는 대구경 볼트 체결 탱크가 포함되며, 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 융합 강철 탱크 | 총 44,900 m³, 4개 탱크 | 4 × φ41,260 mm × 8,400 mm | 2022년 9월 |
이 쉘들은 에나멜 코팅 패널로 공장에서 출하되어 개별 코스로 운송되었고 현장에서 링 단위로 조립되었습니다. 이러한 설치 순서와 홀리데이 테스트는 냉각 측 용기가 물려받는 것입니다.
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.
저장 쉘 및 수질
· 유리 융착 강판 쉘은 820-930 °C에서 0.25-0.45 mm 에나멜 층으로 에나멜 처리되며, 3450 N/cm² 접착력, 1500 V DC 홀리데이 테스트 및 Ra 0.8 µm 미만으로 내부 표면이 충분히 매끄러워 낮은 기생 압력 손실로 안정적인 온도약층을 유지할 수 있습니다.
· 대기압 벌크 냉수 서비스는 AWWA D103-09 설계 경로 및 ISO 28765 공장 생산 관리에 의해 커버되며, 물이 음용수 등급 시스템 유체로 분류될 경우 NSF/ANSI 61 및 WRAS가 적용됩니다.
· 대구경, 고용량 대기압 물 탱크에 대한 당사의 참조 기록에는 2022-09에 완료된 4 × φ41.26 m × 8.4 m 탱크 총 44,900 m³의 나미비아 음용수 계획이 포함됩니다.
자주 묻는 질문
Q1: 데이터 센터 열에너지 저장 탱크가 구매하는 칠러 수를 줄여줍니까?
A1: 완전 저장 방식에서만 해당됩니다. 플랜트가 피크 시간에 칠러를 완전히 정지하는 경우, 피크 부하가 아닌 평균 부하를 기준으로 용량을 산정할 수 있습니다. 부분 저장 또는 라이드스루 설계에서는 칠러 용량을 그대로 유지하고 탱크가 피크의 일부를 담당합니다.
Q2: 경제적으로 타당한 저장 시간은 몇 시간입니까?
A2: 대부분의 프로젝트는 피크 시간 기준 2~6시간 사이에 해당합니다. 2시간 미만이면 탱크가 단순 버퍼 용기와 경쟁하게 되어 투자비와 편익이 분리되지 않습니다. 약 6시간을 초과하면 용적과 설치 면적은 커지지만 입방미터당 절감액은 감소합니다.
Q3: 탱크를 냉수 시스템의 압력 경계 내부에 설치할 수 있습니까?
A3: 대기압 현장 조립 용기는 대용량에 일반적으로 사용되지만 가능합니다. 벽 두께와 노즐 설계가 단순하게 유지되고 쉘을 내부에서 검사할 수 있기 때문입니다. 펌프 토출 측에서는 압력 경계에 연결되며, 이후 두께, 개구부 및 릴리프는 사양서의 설계 압력과 온도에 따라 계산됩니다.
Q4: 칠러가 멈추고 펌프도 함께 멈추면 어떻게 됩니까?
A4: 높은 단열 탱크는 몇 시간 동안 열 손실이 거의 없습니다. 실제 위험은 혼합입니다. 순환이 멈춘 상태에서 따뜻한 환수 물이 계속 유입되면 온도약층이 위로 이동하고 사용 가능한 냉량이 열수지가 시사하는 것보다 빠르게 줄어듭니다. 가득 찬 탱크는 부분적으로 방출된 탱크보다 충전 상태를 더 오래 유지합니다.
Q5: 정체된 냉각수에 특별한 처리가 필요합니까?
A5: 예. 정체된 냉수는 생물학적 성장과 산소가 존재할 때 탄소강 부속품의 부식을 일으키기 쉬우므로, 살생물제, pH 제어 및 정기 점검은 시운전 계획에 포함되어야 하며, 라이닝은 플랜트가 이미 운영 중인 처리 프로그램에 적합해야 합니다.
데이터 센터 열에너지 저장 탱크는 칠러 플랜트를 IT 부하의 순간적 배출 열 수요로부터 분리합니다. 사용 가능한 온도차를 선택하고, 현실적인 사용 가능 비율을 적용하여 에너지 방정식을 계산하며, 방출 유량이 루프 펌프 용량에 부합하는지 확인하십시오. 수요 요금이 상업적 사례를 지배하는 경우는 명확하며, 칠러 정지가 계획되지 않은 상황이 될 경우 신뢰성 사례가 이를 뒷받침합니다.
사용 가능한 용량을 충족하는 탱크와 그에 미치지 못하는 탱크는 세부 사항으로 구분됩니다: 입구 속도, 디퓨저 배치, 지지대에서의 단열 연속성, 그리고 인계 시점의 제어 로직입니다.
엔지니어와 상담하기
IT 부하 곡선, 공급 및 반환 온도, 요금 구조, 부지 면적을 보내주십시오. 제안된 형상에 대해 보장할 수 있는 사용 가능 비율을 명시하여 축열조 용량 산정 계산을 함께 진행하고, 직경, 직선 높이, 노즐 목록, 단열 두께, 코팅 선정을 포함한 사양서를 반환해 드리겠습니다. 칠러 주문이 아직 열려 있는 경우, 주문 전에 TES 통합을 논의하십시오. 연결 배치가 대부분의 제어 로직을 결정하기 때문입니다.
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