데이터 센터용 빙축열 탱크: 얼음과 PCM을 이용한 열 저장
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데이터 센터용 얼음 저장 탱크: 얼음 및 PCM을 이용한 열 저장
데이터 센터용 빙축열 탱크는 냉각 에너지를 얼음 또는 상변화 물질(PCM)의 잠열로 저장하는 열에너지 저장 용기로, 전력 수요가 최대이거나 냉각 부하가 급증할 때 방출하여 부하를 줄이고 비용을 절감합니다. 냉수 축열과 비교할 때, 얼음과 PCM은 융해 잠열을 이용하기 때문에 단위 부피당 훨씬 더 많은 냉각 에너지를 저장하지만, 더 낮은 온도에서 운전되므로 냉동 설비에 더 큰 리프트를 부과합니다. 이 탱크는 AWWA D103-09 및 ISO 28765를 기준으로 한 라이닝 볼트 조립식 또는 제작 용기로, 캡슐화된 아이스볼, 플레이트 아이스 시스템 또는 PCM 슬러리 중 하나를 포함하며, 이는 현장의 피크 셰이빙 목표와 냉각 루프가 수용할 수 있는 온도에 따라 선택됩니다.
열 에너지 저장을 통해 데이터 센터는 냉방을 저렴하거나 풍부할 때 생산하고, 비싸거나 제약이 있을 때 사용할 수 있다. 냉수 저장이 익숙한 형태이지만, 현열만 저장하기 때문에 부피가 많이 필요하다. 얼음 및 상변화 저장은 잠열을 저장하여 그 부피를 극적으로 압축하지만, 더 차갑고 더 힘들게 작동하는 냉동 사이클이라는 대가를 치른다. 피크 절감, 수요 전력 요금 절감 또는 더 작은 설치 면적을 추구하는 데이터 센터에게는 얼음 또는 PCM이 더 나은 선택일 수 있다. 오류는 냉수로 충분한 곳에 얼음을 지정하거나, 낮은 온도가 플랜트 리프트에 미치는 영향을 무시하거나, 라이닝이 동결-해동 및 슬러리 부하를 견딜 수 없는 탱크를 건설하는 것이다.
이 가이드는 아이스/PCM 옵션부터 냉수 비교, 사이징 및 자재에 이르기까지 데이터 센터의 빙축열 탱크가 작동하는 방식을 설명합니다.
아이스 및 PCM 저장 옵션
아이스 및 PCM 저장은 여러 가지 물리적 형태로 제공되며, 탱크 설계는 선택된 형태를 따릅니다. 세 가지 일반적인 접근 방식은 얼음을 만드는 방법, 저장하는 방법, 녹이는 방법에서 차이가 있습니다.
1. 캡슐화된 얼음. 동결점 억제 용액으로 채워진 밀봉된 볼 또는 포드가 물 탱크에 놓입니다. 냉동 설비는 밤에 이를 얼리고, 순환하는 물은 낮에 이를 녹입니다. 탱크는 포드와 물로 구성된 단순한 밀폐 용적입니다.
2. 플레이트 또는 정적 얼음. 얼음은 탱크 내부의 플레이트 또는 코일 위에 형성됩니다. 냉매 또는 브라인은 직접 얼음을 생성하고 방출합니다. 탱크는 플레이트 스택과 용융수 회로를 수용합니다.
3. 상변화 물질(PCM). 조정된 용융 온도를 가진 배합 물질은 수빙보다 좁은 대역에서 잠열을 저장하므로, 0°C가 아닌 데이터 센터의 유효 온도 범위를 기준으로 탱크를 설계할 수 있습니다.
각 형태는 탱크 내부, 용융/방출 경로 및 저장된 냉각이 공급되는 온도를 변경합니다.
얼음 및 PCM 대 냉수 TES
얼음과 PCM은 입방미터당 냉방 용량이 냉수보다 약 한 자릿수 더 크지만, 더 낮은 온도와 더 높은 플랜트 승온을 수반합니다. 이 비교가 핵심 선정 질문입니다.
· 저장 밀도. 냉수는 몇 도의 승온 범위에 걸쳐 현열을 저장하는 반면, 얼음은 융해 잠열을 저장하므로 주어진 냉방 용량에 필요한 탱크 부피가 훨씬 적습니다.
· 온도 페널티. 얼음과 PCM은 냉수 TES보다 더 차갑게 방출되므로, 냉동 설비가 얼음을 만들기 위해 더 많은 일(더 큰 승온)을 해야 하며, 이는 부피를 에너지 및 설비 크기와 맞바꾸는 것입니다.
· 피크 셰이빙 적합성. 목표가 수요 전력 요금 절감이나 피크 시간대에서 냉방 부하를 이동시키는 것일 때, 컴팩트한 얼음/PCM 저장 시스템은 패널티에도 불구하고 종종 투자 회수가 이루어집니다.
· 냉수 방식이 유리한 경우. 용량이 제한되지 않고 루프 온도가 적당한 경우, 냉수 TES는 저온 리프트를 피할 수 있고 더 단순합니다.
결정은 더 밀도 높은 옵션을 기본으로 선택하는 것이 아니라 설치 면적 대 리프트의 트레이드오프입니다.
속성 | 냉수 TES | 얼음 / PCM 저장 |
저장 메커니즘 | 현열 | 잠열(융해) |
냉각 유닛당 용량 | 높음 | 낮음(훨씬 더 고밀도) |
방출 온도 | 중간(예: 4–7 °C) | 낮음(약 0 °C 또는 PCM 지점) |
플랜트 리프트 | 낮음 | 높음 |
최적 용도 | 부피 여유가 있는 현장 | 피크 셰이빙, 부지 제약 |
탱크 재질 및 동결-융해 부하
얼음 또는 PCM 저장 탱크는 연속적인 동결-해동과, 슬러리 형태의 경우 마모를 견뎌야 하므로 라이닝과 쉘은 해당 용도에 맞게 지정됩니다. 이는 정적 물 저장보다 더 어렵습니다.
· GFS(유리 융착 강판). 820–930 °C에서 소성된 에나멜은 매끄럽고 단단한 표면(Ra < 0.8 µm, 접착력 3,450 N/cm² 초과)을 형성하여 동결-해동 사이클과 포드/슬러리 마모에 저항합니다. 모든 패널은 1,500 V DC에서 스파크 테스트를 거칩니다.
· FBE 라이닝 볼트 체결형. 동결-해동 및 온도 범위에 대해 검증된 문서화된 에폭시 라이닝(AWWA C550 스타일).
· 제작 용기. 판형 얼음 또는 컴팩트 PCM 장치의 경우, 스테인리스 또는 FBE 라이닝 제작 탱크가 내부 코일 또는 판 스택에 적합합니다.
· 열 외피. 저장소가 차갑기 때문에 외부 단열과 밀폐된 지붕이 재고를 조기에 녹일 수 있는 열 취득을 제한합니다.
라이닝은 플랜트가 수십 년간 운영되는 동안 반복적인 동결과 포드/슬러리 마모가 격납 구조를 열화시키지 않도록 선택됩니다.
형태 | 탱크 내부 구조 | 토출 온도 |
캡슐화 얼음 | 수중 포드 | 약 0°C에서 융해 |
플레이트 / 정적 얼음 | 코일 또는 플레이트 스택 | 약 0°C에서 융해 |
PCM | 조정된 융해 재료 | PCM 융해점 |
피크 절감을 위한 용량 산정
빙축열 탱크는 전환할 냉방 용량과 방출 시간대를 기준으로 크기가 결정되며, 이는 현열 톤이 아닌 잠열 저장 용량으로 표현됩니다. 세 가지 입력값이 용량을 결정합니다.
4. 전환할 냉방량. 피크 수요 또는 비피크 목표 냉방 용량으로, 사이트가 피크 시에 생산하지 않고 저장하려는 냉방 톤 또는 kWh 단위의 용량입니다.
5. 방출 시간대. 피크 기간 동안 저장조가 방출해야 하는 시간으로, 총 부피뿐만 아니라 필요한 저장 속도를 결정합니다.
6. 온도 및 리프트 한계. 유용한 최저 방출 온도와 플랜트가 수용할 수 있는 냉동 리프트는 얼음 또는 더 높은 온도의 PCM이 올바른 선택인지를 제한합니다.
결과적으로 이동된 부하와 시간대에 맞춰 크기가 결정된 컴팩트한 잠열 저장 시스템이 루프의 온도 한계를 기준으로 설계됩니다 — 얼음 부하에 잘못 적용된 냉수 용량이 아닙니다.
냉각 플랜트와의 통합
얼음 또는 PCM 저장소는 제어 시스템이 피크 시간대에 맞춰 스케줄링하는 충전/방전 회로를 통해 데이터 센터 냉각 플랜트에 연결됩니다. 통합 규율이 중요합니다.
· 비피크 시간대 충전. 전력이 더 저렴하거나 중앙 플랜트에 여유 용량이 있을 때 냉동 플랜트가 저장소를 결빙시키거나(PCM을 설정하거나) 합니다.
· 피크 시간대 방전. 피크 시간대 동안 저장소가 냉각 루프에 공급하여 칠러 부하와 수요 요금을 줄입니다.
· 냉수와 혼합하십시오. 많은 현장에서는 중간 정도의 부하 이동을 위한 냉수 TES와 가장 급격한 피크를 위한 얼음/PCM을 함께 스케줄링하는 하이브리드 방식을 운영합니다.
이러한 스케줄링은 고밀도 저장을 측정 가능한 피크 전력 수요 감소로 전환합니다.
프로젝트 사례
데이터센터 전용 빙축열(아이스 스토리지) 레퍼런스는 아직 납품 실적 포트폴리오에 포함되어 있지 않으므로, 본 글은 프로젝트 인용이 아닌 엔지니어링 가이드로서 작성되었습니다. 대형 볼트 체결식 열저장 및 물저장 탱크를 공급할 수 있는 당사의 역량은 인접 분야에서 입증된 바 있습니다. 해외 소방 프로그램에서는 동일한 볼트 체결식 탱크 기준에 따라 최대 12,261 m³(인도, 3기, 2024-06) 및 1,666 m³(싱가포르, 2기, 2026-01) 규모의 GFS 탱크를 납품한 실적이 있습니다. 이러한 레퍼런스는 동결-해동 대응 라이닝을 갖춘 대용량 볼트 체결식 탱크의 공급 및 품질보증 역량을 입증하는 사례입니다. 다만 이들은 소방 프로젝트로서 데이터센터 빙축열 설비가 아니며, 본문에서는 역량의 맥락을 설명하기 위한 목적으로만 인용되었습니다.
Center Enamel 엔지니어링 역량
센터 에나멜(스자좡 정중과기유한공사)은 2008년부터 볼트 체결식 저장 탱크를 설계 및 제작해 왔습니다. 중국 최초의 유리 융착 강철(GFS) 탱크 제조업체로서, 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 150,000m² 생산 기지를 추가했으며, 단일 탱크는 최대 60,000m³까지 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 포함되며, 설계는 적용 요건에 따라 AWWA D103-09, AWWA C550, ISO 28765 및 NSF/ANSI 61을 참조합니다.
얼음 및 PCM 저장의 경우, 회사는 동결-융해 및 마모에 강한 라이닝, 밀봉된 단열 지붕, 검토용 코팅/스파크 테스트 문서를 갖춘 GFS 및 FBE 볼트 탱크를 공급합니다.
자주 묻는 질문
Q1: 얼음 저장은 냉수 TES와 어떻게 다릅니까?
A1: 얼음과 PCM은 융해 잠열을 저장하여 냉수(칠드 워터)의 현열보다 부피당 냉각 밀도가 훨씬 높지만, 방출 온도가 낮고 냉동 리프트가 더 큽니다.
Q2: 피크 셰이빙에는 어느 것이 더 적합합니까?
A2: 얼음 또는 PCM은 부지 제약이 있는 현장과 급격한 피크 수요 구간에 적합하며, 낮은 온도와 높은 리프트에도 불구하고 고밀도 저장이 투자 회수를 가능하게 합니다. 냉수는 부피 여유가 있고 온도가 중간 정도인 현장에 적합합니다.
Q3: 주요 얼음/PCM 형태는 무엇입니까?
A3: 캡슐화 얼음(물속의 포드), 판형 또는 정적 얼음(코일/판 위의 얼음), 그리고 유용한 용융 온도에 맞춘 상변화 물질이 있으며, 각각은 탱크 내부 구조와 방출 경로를 변경합니다.
Q4: 동결-융해는 탱크에 어떤 영향을 줍니까?
A4: 반복적인 동결과 포드/슬러리 마모에는 단단하고 내성이 강한 라이닝이 필요합니다. GFS 에나멜(Ra < 0.8 µm, 1,500 V DC 스파크 테스트) 또는 문서화된 FBE 등급을 지정하며, 열 획득을 제한하기 위한 단열을 포함합니다.
Q5: 탱크 크기는 어떻게 결정됩니까?
A5: 전환할 냉방 용량, 방출 창, 그리고 플랜트가 허용하는 최저 유효 온도/리프트로부터 — 냉수 용량이 아닌 잠열 저장 용량으로 산정합니다.
Q6: 아이스 스토리지는 냉수 TES와 혼합할 수 있습니까?
A6: 예. 많은 사이트에서는 하이브리드로 운영하며, 중간 정도의 전환에는 냉수 TES를, 가장 급격한 피크에는 아이스/PCM을 사용하고, 제어 시스템이 이를 함께 스케줄링합니다.
Q7: 어떤 표준이 적용됩니까?
A7: 볼트 체결 구조에는 AWWA D103-09, 필요 시 유리 에나멜 설계에는 ISO 28765가 적용됩니다. 루프 물이 음용수 인접 라이닝과 접촉하는 경우 NSF/ANSI 61 및 WRAS가 적용됩니다.
데이터 센터용 빙축열 탱크는 플랜트 양정(리프트)을 저장 밀도와 맞바꾸어, 냉각을 얼음이나 PCM에 잠열로 저장함으로써 피크를 깎고, 설치 면적이나 급격한 피크로 인해 칠러수 방식이 비현실적인 곳에서 수요 전력 요금을 절감한다. 캡슐형, 플레이트형 또는 PCM형 중에서 현장의 온도 한계에 맞는 형태를 선택하고, 동결-융해 및 마모에 강한 GFS 또는 FBE 라이닝을 지정하며, 저장조는 이동된 부하와 운전 시간대에 맞게 용량을 산정하고, 제작은 AWWA D103-09 및 ISO 28765를 참조한다. 이렇게 하면 축열은 냉각 전략 안에서 콤팩트한 위치를 확보하게 된다.
엔지니어와 상담하세요
데이터 센터용 빙축열 탱크의 경우, 전환하고자 하는 냉방 용량, 피크 방출 시간대, 루프의 최저 유효 온도 및 냉동 승온 한계, 선호하는 얼음/PCM 형태를 보내주십시오. 그러면 축열 형태 권장안, 동결-융해 저항 라이닝과 단열 지붕을 갖춘 GFS 또는 FBE 볼트 탱크 사양, 그리고 코팅 및 스파크 테스트 문서와 함께 AWWA D103-09 및 ISO 28765를 참조한 잠열 축열 용량 산정 연구를 제공해 드리겠습니다.
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