성층형 축열조: 사용 가능한 냉방 용량을 위한 설계 규칙
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성층형 축열조: 사용 가능한 냉방 용량을 위한 설계 규칙
데이터센터 설계 기준에 포함되어야 하는 유일한 수치는 사용 가능한 냉방 용량이다. 이론적 에너지는 Q = V x rho x cp x dT에서 출발한 뒤 이를 분해해 보라. 온도약층은 일정 체적대를 소비하고, 충전 및 방전 시점의 혼합은 더 많은 양을 소비하며, 상시 열취득은 탱크가 만수 상태로 유지되는 매 시간마다 소량의 부하를 제거하고, 바닥과 천장의 예비 대역은 결코 공급 가능하지 않다. 이론적 에너지, 디레이팅 후 공급 가능 부하, 그리고 그 부하가 설계 유량에서 확보하는 방전 시간을 산출하라.
용적만을 명시하는 축열 계획은 분쟁을 기다리는 계획입니다. 동일한 탱크가 8,000 m³로, 이론적 냉방량 55,000 kWh로, 또는 공급 가능한 냉방량 41,000 kWh로 설명될 수 있으며, 중간 수치를 기준으로 계획하면서 마지막 수치로 운영하는 플랜트는 피크 시간대가 비즈니스 케이스에서 가정한 것보다 짧다는 것을 발견하게 됩니다.
이 차이는 미스터리가 아닙니다. 이는 세 가지 물리적 효과와 두 가지 의도적 예비량이며, 모두 철판을 주문하기 전에 종이 위에서 산정할 수 있습니다. 빠진 것은 각각에 대한 명시된 설계 규칙이며, 이를 통해 발주자, EPC 및 탱크 공급업체가 동일한 수치를 기준으로 감산할 수 있습니다. 이 글은 적용해야 하는 순서대로 계산법을 제시합니다.
이론적 수치와 그것이 가정하는 것
물은 에너지를 기하학적 구조가 아니라 질량과 온도로 저장한다.
· 6 K의 온도 범위는 m³당 약 7 kWh를 제공한다. 5 °C에서 11 °C까지의 총량 수치는 명확하며, 이는 공급업체가 제시할 가능성이 높은 숫자이다.
· 이 방정식은 완벽한 분리를 가정한다. 차가운 바닥과 따뜻한 천장 사이의 모든 입방미터가 전체 온도 차이에 도달할 수 있다고 전제하지만, 실제 탱크는 이를 달성하지 못한다.
· 또한 닫힌 경계를 가정한다. 열이 외벽으로 유입되지 않고, 따뜻한 물이 차가운 층으로 되돌아가지 않으며, 경계면이 계산이 설정한 위치에 그대로 유지된다.
두 가정 모두 실제 운용에서 실패하며, 각 실패에는 크기가 있다. 다음 내용은 이에 대한 수치를 제시한다.
규칙 1: 온도약층은 판매할 수 없는 부피입니다
성층화 열저장 탱크에서 냉층과 온층 사이의 경계면에는 두께가 있으며, 그 두께는 죽은 입방미터입니다.
· 백분율이 아닌 부피로 계산하십시오. 두께를 미터 단위로 측정하고, 평면적을 곱한 후, 빼고, 최악의 경우에 대해 설계 방전 종료 시점에서 반복하십시오.
· 밴드가 움직입니다. 방출 초기에는 계면이 높이 위치하고 출구 아래의 사용되지 않는 차가운 층은 작습니다. 방출 후기에는 출구 구역에 도달하여 사용 가능한 깊이가 줄어듭니다.
· 온도약층을 판매하지 마십시오. 그 기능은 깨끗한 분리이므로, 이를 공급 가능한 냉기로 계산하면 성능 저하가 관대해 보이고 방출이 일찍 끝나게 됩니다.
이를 백분율이 아닌 사용 가능한 깊이로 표현하는 것이 깔끔한 방법입니다: 방출 시작 시점과 공급 온도가 밴드를 벗어나는 순간에 차가운 층 높이를 측정하십시오.
규칙 2: 두 전환 순간에서의 혼합
성층화 열 저장 탱크에서의 혼합 손실은 사이클 전체에 걸쳐 고르게 발생하는 것이 아니라 유동 방향이 바뀌는 순간에 집중됩니다.
1. 낮은 유량에서 노즐 전환을 순차적으로 하십시오. 탱크가 최대 유량일 때 열린 출구를 전환하면 잘못된 온도의 슬러그가 루프로 유입됩니다.
2. 펌프 감속을 계산하십시오. 밸브가 닫힌 후 30초 동안 계속 작동하는 펌프는 더 이상 필요하지 않은 라인을 통해 저장된 냉기를 밀어냅니다.
3. 혼합을 손실로 모델링한다. 탱크 공급수와 바이패스 물을 혼합하는 삼방 바이패스는 홀이 받는 온도를 설정하므로, 전달된 부하는 저장된 부하가 아니다.
각 항목은 개별적으로 보면 작은 양이지만, 함께 모이면 이론적 수치와 실제 전달 수치 사이의 격차에서 큰 부분을 차지한다.
규칙 3: 상시 열 취득과 단열 경계
가득 채워진 채로 정지해 있는 탱크도 냉기를 잃으며, 여러 날에 걸친 중단 상황에서는 그 손실을 계산할 가치가 있다.
· 손실은 정지 시간에 비례한다. 주말을 지나면 상층부가 따뜻해지고 경계면이 두꺼워지며, 누구도 밸브를 열기 전에 공급 가능한 냉방 용량이 떨어진다.
· 중단 상황에는 기간 종료 시점의 수치를 사용한다. 저장 시스템이 중단을 감당해야 한다면, 6시간째의 사용 가능한 냉방 용량은 1시간째보다 낮으므로 설계에는 더 늦은 시점의 수치를 채택해야 한다.
· 쉘을 수처리 프로그램의 일부로 취급한다. 냉각탑이 있는 개방 루프에는 살생물제, 부식 억제제 및 스케일 제어가 필요하다. 처리되지 않은 쉘은 경계면이 의존하는 표면에 침전물을 남긴다.
이 손실은 혼합에 비하면 작지만, 유량이 아니라 시간에 따라 누적되는 유일한 손실이다.
예비 원장: 총 용량이 공급 의무로 전환된다
예비량은 의도적인 것이며, 하나의 임의 보정 계수가 아니라 개별 항목으로 존재해야 한다.
원장 항목 | 나타내는 내용 | 산정 방식 |
충전 시 냉수 유입 | 충전 중 추가되는 냉수 | 충전 유량 × 충전 시간 |
방전 시 온수 회수 | 루프에서 회수된 온수 | 루프 회수 유량 × 방전 시간 |
이론 에너지 | V × 1.163 × 사용 가능 ΔT | 용적 전체에 걸친 전체 온도 범위 |
온도약층 용적 | 계면 대역 자체 | 계면 두께 × 평면 면적, 최악 조건 |
바닥 예비량 | 출구 아래의 냉수 용적 | 침전물이 펌프에 도달하지 않을 만큼 충분한 양 |
전환 시 혼합 손실 | 플룸과 슬러그 이동으로 손실된 냉수 | 충전 및 방전 시험에서 측정 |
유지 기간 동안의 정온 열 취득 | 경계를 통해 유입되는 열 | 단열 U-값 × 면적 × 시간 |
공급 가능한 냉방 용량 | 플랜트가 인출할 수 있는 양 | 이론값에서 위의 모든 항목을 뺀 값 |
이 양식은 대부분의 논란을 제거합니다. 각 항목이 도면이나 시험에 근거하기 때문입니다. 단일 비율의 감쇠 계수는 어느 방향으로도 논증할 수 없습니다.
기술 사양
매개변수 | 일반적인 값 또는 선택 | 사용 가능한 냉방 용량에 미치는 영향 |
이론값 대비 사용 가능 비율 | 양호한 성층화 셸의 경우 70-90% | 주어진 부하에 필요한 총 체적 |
온도약층 두께 | 0.5-1 m/s의 입구 속도로 제어 | 사용 가능 구역에서 일정 체적대를 제거 |
하부 예비량 | 체적의 몇 퍼센트 | 공급 가능한 냉방 용량을 추가하지 않으며, 출구를 보호 |
정지 손실 허용량 | 장시간 유지 기간에는 더 높음 | 정전 기간 종료 시점에서 냉방 용량을 낮춤 |
프로젝트 사례
물 및 폐수 분야에서 당사가 납품한 참조 작업에는 데이터센터 TES 범위가 설계된 것과 동일한 기준으로 납품된 용접 탄소강 쉘(shell)이 포함되며, 아래 프로젝트가 그 예시입니다.
프로젝트 사례 요약
프로젝트 | 제품 | 용량 | 치수 | 완료 |
중국 (허난) - 축산 폐수 (P-H) | 05 용접 탄소강 탱크 | 총 4,691 m³ | 세 개의 혼합 크기 탱크 | 2022년 4월 |
한 현장에 세 개의 혼합 용량 용접 쉘이 있다는 점이 바로 성층형 열 저장 탱크의 출력 저감 대장이 제 역할을 하는 이유입니다. 용접 탱크는 공장에서 코팅된 패널이 아니라 압연 강판으로 제작되므로, 내부 표면과 치수 공차는 압연 및 용접 방식에 따라 달라집니다. 평면 면적을 정확하게 유지하면 형상이 예측한 인터페이스 밴드가 그대로 유지되므로, 킬로와트시 단위의 설계 기준은 실제로 제작된 쉘과 대조하여 검증해야 합니다.
Center Enamel 엔지니어링 역량
센터 에나멜(스자좡 정중과기유한공사)은 2008년부터 볼트 체결식 저장 탱크를 설계 및 제작해 왔습니다. 중국 최초의 유리 융착 강판(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 150,000 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.
사용 가능 용량 및 쉘 무결성
· 사용 가능 용량은 탱크 용적이 아닌 파생된 수치입니다. 냉수 유입구 아래의 사각지대, 혼합 구역, 배출 기간 동안의 정체 손실을 제외하기 때문에 성층 품질이 직접적으로 투자 회수 기간을 변화시킵니다.
· 더 두꺼운 단열재와 더 높은 수직관은 열 유입을 줄이고, 과대 설계된 디퓨저는 혼합 대역을 얇게 유지하므로, 이 두 가지 설계 선택이 함께 우리가 보장할 수 있는 수치를 결정합니다.
· 당사 기록에 있는 용접 탄소강 쉘, 예를 들어 4,691 m³의 허난 양식 트리오(2022-04)는 일체형으로, 매우 큰 직경에서 수온약층을 손상시킬 수 있는 쉘 변형에 저항합니다.
자주 묻는 질문
Q1: 이론적 냉각 용량과 사용 가능 냉각 용량을 모두 제시하는 이유는 무엇인가요?
A1: 서로 다른 질문에 답합니다. 이론적 용량은 용기와 기초의 크기를 정하고, 사용 가능한 용량은 이동된 부하 윈도우의 크기를 정합니다. 하나만 보고하면 서류상으로 해결하기 쉬운 시운전 분쟁을 초래합니다.
Q2: 설계에 70-90%의 사용 가능 계수가 충분한가요?
A2: 잘 성층화된 셸의 일반적인 범위이지만, 그 범위는 프로젝트별로 달라지는 것을 숨깁니다. 온도약층, 혼합 및 정지 손실을 각각 감산하면 시운전 프로파일과 대조하여 확인할 수 있는 수치가 나옵니다.
Q3: 장기 정지 시 어떤 손실이 지배적인가요?
A3: 정지 상태의 열 취득은 시간이 지남에 따라 증가하는 반면 혼합 손실은 증가하지 않으므로, 여러 날에 걸친 유지 기간 동안에는 단열 경계가 지배적이며 설계는 기간 종료 시점의 사용 가능 수치를 사용해야 합니다.
Q4: 시운전 후 사용 가능 비율이 개선될 수 있습니까?
A4: 부분적으로 가능합니다. 입구 속도, 충전 시퀀싱, 고유량에서 노즐 스위치 비활성화를 통해 개선할 수 있습니다. 디퓨저가 충전 유량이 아닌 평균 유량에 맞춰 설계된 쉘은 운영적으로 교정할 수 없습니다.
Q5: 용접 쉘과 패널 제작 쉘은 성층화에서 다르게 거동합니까?
A5: 물리학은 동일합니다. 차이는 치수 정확도입니다. 패널로 제작된 쉘은 공장에서 절단된 플레이트로 치수가 정해지고, 용접된 쉘은 롤링과 용접 제어로 정해지며, 여기에 라이닝이 제공하는 내부 마감이 더해집니다.
Q6: 용량 외에 일정표에 무엇이 들어가야 합니까?
A6: 설계 유량에서의 킬로와트시 단위 인도 의무, 그것이 제공하는 방류 시간, 그리고 방류 시작과 끝에서의 미터 단위 사용 가능 수심입니다. 이 세 가지는 운영자에게 알람이 울리기 전에 탱크의 냉기가 소진되고 있음을 보여줍니다.
성층 열저장 탱크는 두 가지 수치로 설계되어야 합니다. 즉, 이론적으로 저장할 수 있는 양과 플랜트가 요구할 때 실제로 공급할 수 있는 양입니다. 이 둘 사이의 차이는 온도약층, 전환 순간의 혼합, 유지 기간 동안의 상시 열손실, 그리고 두 가지 의도적 예비량입니다. 이를 항목별로 작성하고 각각의 크기를 산정하면, 백분율 감쇠율은 더 이상 협상 대상이 아니라 시운전이 확인하거나 수정하는 계산이 됩니다.
엔지니어와 상담하기
최대 냉방 부하, 설계 공급 및 반환 온도, 필요한 시프트 시간 및 커버해야 할 정전 시간을 보내주십시오. 제안된 형상에 대해 사용 가능한 냉방 용량 연구를 제공해 드립니다: 이론적 에너지, 의도된 입구 속도에서의 온도약층 부피, 예비량 및 혼합 손실을 별도 항목으로, 납품 의무, 설계 유량에서의 방출 시간, 그리고 이를 충족하는 직경과 직선 높이를 포함합니다.
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