Zbiornik magazynowania ciepła wody lodowej: Porównanie wody lodowej, lodu i materiałów zmiennofazowych
Utworzono Dzisiaj
Zbiornik magazynowania ciepła z wodą lodową: porównanie wody lodowej, lodu i materiału zmiennofazowego
Dla większości centrów danych odpowiednim wyborem jest zbiornik magazynowania ciepła z zimną wodą. Woda jawnie magazynuje około 6-8 kWh na metr sześcienny w oknie 5-7 K, nie wymaga przemiany fazowej i kosztuje niewiele więcej niż sam zbiornik; lód magazynuje kilkakrotnie więcej na metr sześcienny, ale musi być wytwarzany z energią maszyny, a następnie roztapiany, podczas gdy PCM jeszcze bardziej zwiększa gęstość i nadal wymaga wężownicy lub płaszcza do ładowania. Medium jest wybierane na podstawie powierzchni podłogi, długości okna szczytowego i budżetu COP, na który pozwala instalacja, a nie na podstawie nagłówkowej gęstości energii. Zbiornik magazynowania ciepła z zimną wodą przechowuje moc chłodniczą jako zimną wodę, a nie jako lód lub materiał zmiennofazowy, co pozostawia projekt hydrauliczny instalacji bez zmian, a płaszcz pod ciśnieniem atmosferycznym.
Pytanie o magazynowanie to tak naprawdę pytanie o powierzchnię użytkową przebrane za energię. Dwie hale o tym samym obciążeniu chłodniczym mogą osiągnąć ten sam efekt przesunięcia szczytu przy różnych osłonach, ponieważ medium w środku decyduje o tym, ile metrów sześciennych potrzeba, jak długo pracuje agregat chłodniczy, aby je napełnić, oraz jak zachowuje się instalacja rankiem, gdy zbiornik nie jest gotowy.
Trzy media obejmują większość zainstalowanej bazy w obiektach krytycznych: woda lodowa magazynowana w sposób jawny, lód tworzony na wewnętrznej wężownicy oraz materiał zmiennofazowy w wiązce. Każde z nich zapewnia wyższą gęstość za cenę, która pojawia się w innym miejscu projektu mechanicznego, zwykle w zasilaniu elektrycznym, automatyce zaworów lub godzinach konserwacji. W tym artykule zestawiono je obok siebie pod kątem wielkości, których inżynier właściciela musi bronić.
Woda jawna: punkt odniesienia, względem którego mierzy się każde inne medium
Woda jest przypadkiem referencyjnym, ponieważ jej mechanizm magazynowania jest jednocześnie płynem w rurociągu.
· Gęstość wynika z okna temperaturowego. Przy cp ≈ 4,186 kJ/kg·K i ρ ≈ 1000 kg/m³, jeden metr sześcienny zawiera około 1,163 kWh na kelwin, więc okno 6 K daje około 7 kWh na m³ przed uwzględnieniem strat.
· Dostępna pojemność użytkowa jest zrozumiała. Zbiornik magazynujący energię cieplną z wodą lodową zwykle dostarcza 70-90% wartości teoretycznej, a niedobór wynika z termokliny i rezerw utrzymywanych na obu końcach.
· Awaria jest głośna, a nie cicha. Zablokowany zawór objawia się rosnącą temperaturą zasilania w ciągu kilku minut; ta sama usterka w zamarzniętym medium ujawnia się dopiero po godzinach.
Kosztem tej prostoty jest objętość, dlatego badanie działki powinno rozpocząć się przed ostatecznym wyborem medium.
Magazynowanie lodu: gęstość kupiona energią maszyny
Lód zwiększa gęstość, wykorzystując ciepło utajone zamiast ciepła jawnego, a cenę płaci się na sprężarce.
· Ścieżka topnienia dodaje powierzchnię. Rozładowanie odbywa się przez wewnętrzną wężownicę lub wymiennik ciepła topnienia, a szybkość jest ograniczona przez tę powierzchnię, a nie przez magazynowaną objętość.
· Codzienne cykle są normą operacyjną. Okno ładowania powtarza się niemal codziennie, poddając wężownicę, logikę odszraniania i kontrolę ssania rutynowym cyklom termicznym.
· Gdy przestrzeń jest ograniczona, objętość gwałtownie spada. Na terenie miejskim, gdzie powierzchnia maszynowni jest już przeznaczona na hale, to samo zadanie wymaga ułamka objętości wody.
Lód znika z projektu, gdy właściciel nie może uzasadnić dodatkowego kosztu energii lub gdy instalacja nie ma miejsca na wężownicę topiącą, która musi pozostać czysta.
Materiał zmiennofazowy: najwyższa gęstość, najwięcej pracy integracyjnej
PCM magazynuje energię w materiale, który zmienia stan skupienia w pobliżu temperatury wody zasilającej.
· Powierzchnia wymiany ciepła staje się problemem. Chłód musi wchodzić i wychodzić z kapsuły lub pakietu przez przewodzenie, więc moc rozładowania zależy od geometrii pakietu, a nie od przepływu pompy.
· Medium ładujące i tak wymaga wężownicy. Woda, glikol lub czynnik chłodniczy muszą przenosić ciepło do i z układu, a to urządzenie zajmuje pomieszczenie, które PCM miał odciążyć.
· Przechłodzenie i sedymentacja mają znaczenie. PCM, który nigdy nie ulega nukleacji lub który rozwarstwia się podczas stania, po cichu zamienia zasób w blok bez użytecznej wydajności.
PCM to wiarygodna odpowiedź w przypadku bogatej rośliny, a słaba odpowiedź dla obiektu, który chce zbiornika, do którego technik może wejść i zweryfikować go termometrem.
Wybór według konsekwencji, a nie według gęstości
Decyzja wynika z tego, co każde medium wymusza na reszcie projektu.
1. Sprawdź przestrzeń pod kątem jej alternatywnego wykorzystania. Powłoka, która wypiera przestrzeń hali lub wymusza wyższą konstrukcję, kosztuje więcej, niż sugeruje jej cena.
2. Spójrz na to, co zespół utrzymania ruchu może obsłużyć. Woda wymaga uzdatniania; lód wymaga higieny wężownicy i logiki odszraniania; PCM wymaga dostawcy, który będzie stał za pakietem po pięciu latach cykli.
3. Trzymaj jedno medium na jeden ciąg magazynowania. Mieszanie zbiornika wody i naczynia PCM na jednym kolektorze dodaje logikę zmiany trybu, którą trudno udowodnić podczas rozruchu.
Tam, gdzie zakład ma miejsce, zbiornik magazynowania energii cieplnej wody lodowej pozostaje opcją o najniższym ryzyku: płynem magazynującym jest płyn krążący, pomiarem jest termometr i przepływomierz, a współczynniki obniżenia wydajności są tymi, które branża rejestruje od dziesięcioleci.
Specyfikacja techniczna
Pozycja | Woda lodowa (odczuwalna) | Lód na wężownicy | Materiał zmiennofazowy |
Mechanizm magazynowania | Odczuwalne chłodzenie ciekłej wody | Utajone topnienie wody na wewnętrznej wężownicy | Utajone topnienie zaprojektowanego stopu lub hydratu |
Teoretyczna gęstość energii | ≈ 1,163 kWh na m³ na K; około 7 kWh na m³ przy 6 K | Ciepło utajone lodu, kilkukrotność objętości wody | Określone przez ciepło topnienia materiału |
Użyteczny ułamek poboru | 70-90% wartości teoretycznej | Ograniczone przez powierzchnię wężownicy topiącej i szybkość topnienia | Ograniczone przez przewodzenie w złożu i powierzchnię kontaktu |
Dodatkowa energia ładowania | Brak poza normalną pracą agregatu chłodniczego | Ciepło utajone topnienia plus niższa temperatura parowania | Energia ośrodka ładującego plus różnica zbliżenia płaszcza |
Części ruchome wewnątrz obudowy | Brak | Wężownica, ewentualnie mieszadła | Brak, ale złoże musi być podparte |
Główna pozycja utrzymaniowa | Biocyd, inhibitor, kontrola kamienia, okresowe czyszczenie | Higiena wężownicy, odszranianie i kontrola ssania | Integralność kapsułek, osiadanie złoża, nukleacja |
Sygnatura awarii | Temperatura zasilania rośnie w ciągu kilku minut | Wydajność spada w oknie rozładowania | Wydajność załamuje się, gdy złoże przestaje cyklicznie pracować |
Typowe zastosowanie | Kampusy z placem, zmiana 2-6 h | Lokalizacje miejskie, gdzie powierzchnia jest ograniczona | Ciasne działki wymagające długich godzin pracy w małej objętości |
Studium przypadku
Nasze zrealizowane prace referencyjne w sektorze wodno-ściekowym obejmują duże instalacje wielozbiornikowe przekazane według tych samych standardów, według których projektowany jest zakres TES dla centrów danych, w tym projekt poniżej.
Podsumowanie przypadku projektu
Projekt | Produkt | Pojemność | Wymiary | Zakończenie |
Namibia – woda pitna (P-A) | 01 zbiornik skręcany GFS | 44 900 m³ łącznie | Cztery zbiorniki o φ41 260 × 8 400 mm | Wrzesień 2022 |
Cztery płaszcze o tej średnicy są dowodem na jedną słabość i jedną mocną stronę drogi wodnej: mocną stroną jest to, że płaszcz tej wielkości utrzymuje temperaturę niemal niezmienioną przez lata postoju, słabością jest to, że utrzymanie tego chłodu wymaga objętości. Zbiornik magazynowania energii cieplnej w postaci schłodzonej wody, zwymiarowany według tej samej logiki, utrzymuje swoją termoklinę tam, gdzie pozostawi ją dyfuzor, a sekwencja montażu czterech dopasowanych zbiorników to dyscyplina stosowana do uruchamiania wielozbiornikowej farmy magazynowej etapami.
Zdolności inżynieryjne Center Enamel
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) projektuje i wytwarza zbiorniki magazynowe skręcane od 2008 roku. Jako pierwszy w Chinach producent zbiorników ze stali powlekanej szkłem (GFS), firma posiada blisko 200 patentów związanych z emalią, produkuje około 300 000 stalowych płyt pokrytych emalią rocznie, zrealizowała ponad 30 000 zainstalowanych projektów i dostarcza swoje zbiorniki do ponad 100 krajów. Nowa baza produkcyjna o powierzchni 150 000 m² została dodana w celu zwiększenia zdolności produkcyjnych, a pojedyncze zbiorniki są dostarczane o pojemności do 60 000 m³. Produkcja odbywa się zgodnie z ISO 9001 i ISO 45001, z certyfikacją produktów obejmującą NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI i EUROCODE, a projektowanie opiera się na AWWA D103-09, AWWA C550 i NFPA, gdy wymaga tego zastosowanie.
Wybór medium i płaszcza
· Woda jako medium magazynujące utrzymuje obieg pod ciśnieniem atmosferycznym, co jest najtańszym i najbezpieczniejszym sposobem przechowywania kilku godzin chłodzenia dla dużej hali; lód i PCM zwiększają gęstość energii, ale dodają geometrię wężownicy, kolektora lub kapsuł wewnątrz płaszcza.
· Płaszcze emaliowane i epoksydowe łączone termicznie są obojętne wobec uzdatnionej wody, a rozwiązanie emaliowane jest weryfikowane testem przebicia 1500 V DC i wypaloną warstwą o grubości 0,25-0,45 mm.
· Nasza historia dostaw zbiorników na wodę, od projektu Namibia 44 900 m³ po wielozbiornikowe instalacje przemysłowe o pojemności kilkuset metrów sześciennych, obejmuje zarówno magazyny w skali użyteczności publicznej, jak i w skali hal.
Często zadawane pytania
P1: Czy woda lodowa naprawdę jest nośnikiem o najniższym ryzyku dla centrum danych?
O1: Jest nośnikiem o najniższym ryzyku tam, gdzie jest miejsce, a okno szczytowe jest krótkie. Woda jest tym samym płynem co medium obiegowe, nie ma wewnętrznej powierzchni topnienia, a jej współczynniki obniżenia wydajności są dobrze udokumentowane, co ułatwia udowodnienie testu rozruchu.
P2: Ile dodatkowej energii zużywa magazyn lodu na każdą zmagazynowaną kilowatogodzinę?
O2: Więcej, i należy to uwzględnić w bilansie energetycznym zakładu, a nie w reklamacji. Wytwarzanie lodu dodaje ciepło utajone topnienia plus różnicę temperatur parownika; porównaj to ze szczytowym zapotrzebowaniem i oszczędnością taryfową, jaką daje przesunięcie.
P3: Czy zbiornik magazynujący wodę lodową może dzielić instalację z systemem lodowym?
O3: Mogą dzielić wspólny kolektor, ale logika musi wtedy zdecydować, które medium obsługuje pętlę, a zmiana tego trybu musi zostać przetestowana, zanim będzie można na niej polegać podczas przerwy.
P4: Ile godzin magazynowania uzasadniają odpowiednio woda i lód?
O4: Woda jest odpowiednia dla dwóch do sześciu godzin przesuniętego obciążenia i wydłuża się wraz z objętością; lód i materiały PCM zasługują na dodatkowe wyposażenie, gdy wymagane godziny wypychają objętość wody poza dostępną działkę.
P5: Które medium zawodzi najciszej?
A5: Gęste medium. Zbiornik wody pokazuje szybko rosnącą temperaturę zasilania, podczas gdy zamrożony lub zmieniający fazę pakiet oddaje moc stopniowo w oknie rozładowania, więc test należy przeprowadzić zgodnie z obciążeniem projektowym i zarejestrować.
Q6: Czy medium zmienia specyfikację płaszcza?
A6: Podstawy płaszcza pozostają takie same: atmosferyczny lub w granicach ciśnienia systemu, izolowany, z kontrolowanym wlotem i wylotem oraz wykładziną dopasowaną do wody. Lód i PCM zmieniają wewnętrzne podparcie, przenikanie wężownicy i układ dysz, a nie samą obudowę.
Porównanie wody lodowej, lodu i materiału zmieniającego fazę sprowadza się do tego, który koszt projekt jest w stanie ponieść. Woda wiąże się z objętością, lód z energią sprężarki i powierzchnią topnienia, a PCM z integracją i długoterminowym zachowaniem pakietu. Dla większości obiektów krytycznych z dostępnym placem mechanicznym zbiornik magazynowania ciepła z wodą lodową zapewnia przesunięcie obciążenia przy najmniejszej liczbie nowych trybów awarii, dlatego warto go określić w pierwszej kolejności.
Porozmawiaj z inżynierem
Prześlij nam szczytowe obciążenie IT, godziny, które chcesz przesunąć, dostępną przestrzeń mechaniczną oraz strukturę taryfową. Zwrócimy Ci porównanie mediów na Twoich liczbach: gęstość energii i objętość brutto dla wody, lodu i PCM, dodatkową energię ładowania, jakiej każde z nich wymaga, oczekiwany ułamek użytkowy oraz średnicę i wysokość płaszcza, które pasują do Twojej działki. W przypadku schematu wodnego dołączymy kartę specyfikacji obejmującą wykładzinę, izolację, geometrię wlotu i dysze.
WhatsApp