Zbiorniki magazynowania energii cieplnej w centrach danych: Jak magazynowanie chłodu poprawia wydajność chłodzenia
Utworzono Dzisiaj
Zbiorniki magazynowania energii cieplnej w centrach danych: Jak magazynowanie chłodu poprawia wydajność chłodzenia
Zbiornik magazynowania energii cieplnej w centrum danych przechowuje schłodzoną wodę wytworzoną w godzinach poza szczytem i uwalnia ją w szczycie, dzięki czemu agregaty chłodnicze pracują przy stałym, wydajnym obciążeniu zamiast śledzić godzinowe ciepło IT. Przy użytecznej różnicy temperatur 4-7 K i realistycznej użytecznej frakcji 70-90%, jeden warstwowy zbiornik przenosi kilkugodzinne obciążenie chłodnicze i daje operatorom określone okno przetrwania, gdy agregaty chłodnicze ulegną awarii. Zbiornik nie wytwarza chłodu; przenosi ten chłód w czasie.
W hali hiperskalowej krzywa obciążenia IT jest dość płaska, podczas gdy instalacja chłodnicza jest wymiarowana na gorętszy dzień projektowy, a zmierzone obciążenie przez większość godzin pozostaje znacznie poniżej tego pułapu, więc instalacja pracuje przy niskim częściowym obciążeniu i nadal absorbuje każdy szybki skok ciepła generowany przez szafy rack.
Wiele taryf pobiera opłaty za szczytowe zapotrzebowanie w kW, a także za energię w kWh, więc instalacja goniąca za każdym skokiem IT płaci za skok, a nie za zużyte kilowatogodziny. Gdy agregat chłodniczy ulegnie awarii, jedyną rzeczą między rosnącą temperaturą powrotu a wyłączeniem jest woda wciąż znajdująca się w rurach.
Zbiornik magazynowania energii cieplnej w centrum danych rozwiązuje oba te problemy, przesuwając chłodzenie w czasie zamiast wytwarzania go więcej w szczycie. Poniżej omówiono, czym jest ten zbiornik, gdzie znajduje się w łańcuchu, jak dobrać jego wielkość i które tryby pracy uzasadniają ten wydatek.
Czym jest zbiornik magazynowania energii cieplnej w centrum danych
Izolowana objętość schłodzonej wody, utrzymywana w temperaturze zasilania i zawracana do pętli instalacji, gdy zapotrzebowanie przekracza to, co agregaty chłodnicze mają dostarczyć. Nic w jej wnętrzu nie wytwarza chłodu.
· Magazynowanie, nie wytwarzanie. Przechowuje energię, za którą agregaty chłodnicze już zapłaciły, więc porównywanie jej z większą instalacją chłodniczą to porównanie nakładów inwestycyjnych z opłatą za moc szczytową i karą za pracę przy częściowym obciążeniu.
· Ładowanie w punkcie wysokiej efektywności instalacji. W oknie poza szczytem agregaty chłodnicze pracują przy obciążeniu zbliżonym do pełnego i wytwarzają wodę o temperaturze 4-6 °C, gdy objętość się napełnia, dzięki czemu agregat nigdy nie podąża za popołudniową krzywą zapotrzebowania IT.
· Rozładowanie w tym samym zakresie. Zasilanie opuszczające zbiornik ma zwykle temperaturę 6-8 °C, więc mieszanie ze strumieniem z agregatu chłodniczego nigdy nie podnosi temperatury pętli powyżej poziomu akceptowanego przez urządzenia IT.
· Ograniczony czas trwania, nie autonomia. Zbiornik o pojemności czterech godzin szczytowych zapewnia cztery godziny przy założonym obciążeniu, a podanie tego czasu trwania jest pierwszym krokiem każdego wiarygodnego studium zbiornika magazynowania energii cieplnej dla centrum danych.
Gdzie zbiornik znajduje się w łańcuchu chłodzenia
Zbiornik magazynowania energii cieplnej dla centrów danych jest powszechnie podłączony na wspólnym rurociągu między chłodnią a rozdzielaczem, równolegle do agregatów chłodniczych, a nie za nimi. Taki układ ustala logikę sterowania, inwentarz zaworów i zachowanie instalacji w momencie przekazania.
· Obieg agregatu chłodniczego i obieg dystrybucyjny. Każdy z nich zasila wspólny rurociąg przez zawory odcinające i zwrotne, a zestaw pomp po stronie dystrybucji pobiera z dowolnej kombinacji wybranej przez układ sterowania, utrzymując zbiornik niezależnie od ciśnienia parownika. Magazynowanie może również znajdować się przed agregatami chłodniczymi, mieszając strumień rozładowania ze strumieniem powrotnym przed parownikami, kosztem pełnego przepływu instalacji przez zbiornik.
· Przekazanie, obejście, napełnianie i spust. Logika powinna zmienić wartość zadaną agregatu chłodniczego przed otwarciem zaworu odcinającego, aby temperatura zasilania ani nie spadła, ani nie wzrosła. Instalacja potrzebuje również obejścia serwisowego, ścieżki napełniania i odpowietrzania oraz spustu, ponieważ zbiornik, którego nie można opróżnić, nie może zostać poddany inspekcji.
Dobór wielkości: od obciążenia IT do objętości zbiornika
Objętość nie jest kwestią uznaniową; wynika z obciążenia, różnicy temperatur i liczby godzin pokrycia.
1. Określ moc i przepływ. Podziel obciążenie cieplne IT przypisane do magazynu przez ΔT pętli. Hala o mocy 5 MW przy 7 K potrzebuje około 615 m³/h.
2. Zastosuj równanie energii. Q = V × ρ × cp × ΔT, przy wodzie o cp ≈ 4,186 kJ/kg·K i ρ ≈ 1000 kg/m³, około 1,163 kWh na metr sześcienny na kelwin, więc około 7 kWh teoretycznie na m³ przy użytecznej ΔT 6 K.
3. Zastosuj użytkową frakcję. Mieszanie, zyski z otoczenia i krótkie spięcia usuwają część wartości teoretycznej; projektanci liczą na 70-90%, niższa wartość dla wysokiej powłoki ze słabo umieszczonym dyfuzorem.
4. Przelicz na zbiornik. Podziel użyteczną energię przez zapotrzebowanie i godziny, a następnie zaokrąglij do praktycznej średnicy i wysokości płaszcza.
Tryby pracy uzasadniające zbiornik
Pełne magazynowanie ładuje się poza szczytem i wyłącza zakład w szczycie, dając największe oszczędności na zapotrzebowaniu i największą objętość: pełny zbiornik na początku dnia, pusty na koniec. Praca ciągła obejmuje przypadek Tier III lub Tier IV, gdzie agregat chłodniczy pobrany do konserwacji byłby w przeciwnym razie nieplanowany.
Specyfikacja techniczna
Elementy stykowe generują większość zmian inżynieryjnych w projekcie magazynowania.
Pozycja | Typowa wartość lub wybór | Napędy |
Granica zbiornika | Atmosferyczny montowany na miejscu lub wewnątrz granicy ciśnienia systemu | Grubość płaszcza, parametry znamionowe dysz, zawór bezpieczeństwa |
Użyteczna ΔT | 4-7 K, zwykle 6 K (5 °C do 11 °C) | Zmagazynowana energia na metr sześcienny |
Temperatura ładowania i rozładowania | Ładowanie 4-6 °C, rozładowanie 6-8 °C | Pasmo wlotowe IT i margines mieszania |
Użyteczna frakcja | 70-90% wartości teoretycznej | Objętość brutto |
Prędkość wlotowa | 0,5-1 m/s przez dyfuzor | Jakość stratyfikacji |
Lista dysz i przyrządów | Napełnianie, opróżnianie, powrót, napełnianie, odpowietrzanie, spust, poziom, właz | Liczba zaworów i dostęp |
Izolacja | Wełna mineralna, bariera przeciwwilgociowa, ciągła okładzina | Stały zysk ciepła |
Fundament | Belka pierścieniowa lub podkładka ze szczegółem mostka cieplnego w podporach | Rejestracja płaszcza i szczegół zamarzania |
Studium przypadku
Nasze zrealizowane prace referencyjne w sektorze wodno-ściekowym obejmują zbiorniki skręcane o dużej średnicy montowane na miejscu, takie jak poniższa instalacja czteropłaszczowa, a zakres TES dla centrów danych jest projektowany według tych samych standardów.
Podsumowanie studium przypadku
Projekt | Produkt | Pojemność | Wymiary | Ukończenie |
Namibia - magazynowanie wody pitnej (P-A) | 01 Zbiornik GFS ze stali powlekanej szkłem, skręcany śrubami | 44 900 m³ łącznie, 4 zbiorniki | 4 × φ41 260 mm × 8 400 mm | Wrzesień 2022 |
Te płaszcze opuszczały fabrykę jako panele powlekane emalią, wysyłane jako oddzielne segmenty i montowane pierścień po pierścieniu na miejscu. Ta sekwencja montażu i próba szczelności są tym, co dziedziczy zbiornik po stronie chłodzenia.
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 szkła stapianego ze stalą (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 zastosowanie tego wymaga.
Płaszcz zbiornika i jakość wody
· Powłoki szklano-stalowe są emaliowane w temperaturze 820-930 °C z warstwą emalii o grubości 0,25-0,45 mm, przyczepnością 3450 N/cm², testem szczelności przy 1500 V DC i chropowatością Ra poniżej 0,8 µm, co utrzymuje powierzchnię wewnętrzną wystarczająco gładką, aby utrzymać stabilną termoklinę przy niskich stratach ciśnienia pasożytniczego.
· Atmosferyczna usługa schłodzonej wody luzem jest objęta trasą projektową AWWA D103-09 i kontrolą produkcji fabrycznej ISO 28765, z zastosowaniem NSF/ANSI 61 i WRAS, gdy woda jest klasyfikowana jako płyn systemowy klasy pitnej.
· Nasz rekord referencyjny dla dużych średnic, wysokowydajnych zbiorników wody atmosferycznej obejmuje namibijski program wody pitnej składający się z 4 × φ41,26 m × 8,4 m zbiorników o łącznej pojemności 44 900 m³, ukończony w 2022-09.
Często zadawane pytania
P1: Czy zbiornik magazynowania energii cieplnej w centrum danych zmniejsza liczbę kupowanych chłodnic?
A1: Tylko przy pełnym magazynowaniu. Jeśli zakład całkowicie wyłącza chillery w szczycie, można go zwymiarować na obciążenie średnie, a nie szczytowe. W rozwiązaniach z częściowym magazynowaniem lub podtrzymaniem pracy chillery zachowują swoją wielkość, a zbiornik pokrywa część szczytu.
P2: Ile godzin magazynowania ma sens ekonomiczny?
A2: Większość projektów mieści się między dwiema a sześcioma godzinami szczytu. Poniżej dwóch zbiornik konkuruje z prostym naczyniem buforowym i nakłady nie oddzielają się od korzyści; powyżej około sześciu objętość i zajmowana powierzchnia rosną, a oszczędność na metr sześcienny spada.
P3: Czy zbiornik może znajdować się wewnątrz granicy ciśnieniowej układu wody chłodzonej?
A3: Może, chociaż naziemny zbiornik montowany na miejscu jest powszechny dla dużych objętości, ponieważ grubość ścian i konstrukcja króćców pozostają proste, a płaszcz można skontrolować od wewnątrz. Po stronie tłocznej pompy łączy się z granicą ciśnienia, następnie grubość, otwory i zawór bezpieczeństwa są obliczane na ciśnienie i temperaturę projektową podane w specyfikacji.
P4: Co się dzieje, gdy agregaty chłodnicze zatrzymają się, a pompy razem z nimi?
A4: Wysoki izolowany zbiornik traci niewiele ciepła w ciągu kilku godzin; rzeczywistym ryzykiem jest mieszanie. Jeśli ciepła woda powrotna nadal wpływa, gdy cyrkulacja ustała, termoklina przesuwa się w górę, a użyteczna moc chłodnicza kurczy się szybciej, niż sugeruje bilans cieplny. Pełny zbiornik utrzymuje ładunek dłużej niż częściowo rozładowany.
P5: Czy stojąca schłodzona woda wymaga specjalnego uzdatniania?
A5: Tak. Stojąca woda lodowa jest podatna na rozwój biologiczny oraz na korozję elementów ze stali węglowej, gdy obecny jest tlen, dlatego biocyt, kontrola pH i okresowe przeglądy powinny znaleźć się w planie rozruchu, a wykładzina musi być dostosowana do programu uzdatniania wody stosowanego już w zakładzie.
Zbiornik magazynowania energii cieplnej w centrum danych oddziela instalację chłodniczą od chwilowego zapotrzebowania na odprowadzanie ciepła przez obciążenie IT. Należy wybrać użyteczną różnicę temperatur, zastosować równanie energii z realistycznym użytecznym udziałem i sprawdzić przepływ rozładowania względem wydajności pomp obiegu. Tam, gdzie dominują opłaty za moc szczytową, uzasadnienie komercyjne jest jasne; tam, gdzie przestój agregatu chłodniczego byłby w przeciwnym razie nieplanowany, decyduje uzasadnienie niezawodnościowe.
Zbiornik, który osiąga swoją użyteczną pojemność, różni się od takiego, który jej nie osiąga, przez szczegóły: prędkość wlotową, rozmieszczenie dyfuzora, ciągłość izolacji w miejscach podparcia oraz logikę sterowania przy przekazaniu.
Porozmawiaj z inżynierem
Prześlij nam krzywą obciążenia IT, temperatury zasilania i powrotu, strukturę taryf oraz powierzchnię działki. Wspólnie przeprowadzimy obliczenia doboru zbiornika, określimy użytkową frakcję, którą moglibyśmy zagwarantować dla proponowanej geometrii, i zwrócimy arkusz specyfikacji obejmujący średnicę, wysokość prostą, listę króćców, grubość izolacji oraz dobór powłoki. Jeśli zamówienie na agregat chłodniczy nie zostało jeszcze złożone, omów integrację TES przed jego złożeniem, ponieważ układ przyłączy decyduje o większości logiki sterowania.
WhatsApp