Awaryjny zbiornik magazynowania schłodzonej wody dla centrum danych: Dobór wielkości na wypadek utraty zasilania
Utworzono Dzisiaj
Awaryjny zbiornik magazynowania schłodzonej wody dla centrum danych: wymiarowanie na wypadek utraty zasilania
Awaryjny zbiornik magazynowania schłodzonej wody w centrum danych jest wymiarowany na lukę między utratą zasilania z sieci a stabilnym zasilaniem awaryjnym, a nie na całodobowe chłodzenie IT. Należy go wymiarować na podstawie czasu przełączenia przełącznika transferowego, okna stabilizacji generatora, mocy pobieranej przez pompy i wentylatory w trybie gotowości oraz zdefiniowanej drabiny redukcji obciążenia. Użyteczny zapas chłodu wynosi około 1,163 kWh na metr sześcienny na kelwin użytecznej różnicy temperatur, z obniżeniem do 70–90 procent z powodu mieszania i zysków ciepła, co zwykle zapewnia 10 do 45 minut chronionego obciążenia.
Zespoły operacyjne po awarii zasilania z sieci rzadko jako pierwsze wyczerpują zapas schłodzonej wody; kończy im się margines projektowy. Agregaty chłodnicze wyłączają się, generatory startują, a obieg traci ciśnienie na tyle długo, że szafa chłodzenia serwerowni zwraca wodę powyżej swojego punktu nastawy. Awaryjny zbiornik magazynowania schłodzonej wody w centrum danych zmienia tę sekwencję: zbiornik utrzymuje chłód, gdy instalacja się restartuje, dzięki czemu pasmo zasilania pozostaje stabilne, a obciążenie krytyczne nie odczuwa żadnych wahań.
Kalkulacja stojąca za tym jest nieefektowną arytmetyką: czas przełączenia przełącznika transferowego, okno stabilizacji generatora, moc rozruchowa pomp dystrybucyjnych oraz drabina zrzutów, która najpierw odcina nieistotne szafy. Przeocz je, a statek będzie na papierze przewymiarowany lub zbyt mały, by mieć znaczenie. Poniższe omówienie obejmuje sekwencję doboru wielkości, hydraulikę działającą przy zatrzymanych chillerach oraz pozycje specyfikacji, które utrzymują chłód w magazynie w nieobsadzonej hali.
Gdzie faktycznie upływają minuty
Każde wiarygodne ćwiczenie doboru wielkości zaczyna się od wypisania zdarzeń między awarią zasilania a momentem powrotu instalacji do automatycznej kontroli.
1. Wykrycie i odłączenie. Obiekt z dwiema ścieżkami zasilania może odłączyć normalny feeder w ciągu sekund; nieplanowane awarie ustępują według harmonogramu, którego nikt nie kontroluje.
2. Uruchomienie generatora i zasilenie szyny. Zespoły prądotwórcze z silnikiem wysokoprężnym potrzebują czasu, aby osiągnąć znamionową prędkość obrotową i napięcie. Pompy dystrybucyjne i skraplacza podtrzymywane są przez UPS lub restartują sekwencyjnie, co dodaje kilkadziesiąt sekund.
3. Restart agregatu chłodniczego i sekwencjonowanie lead-lag. Nawet przy dostępnym zasilaniu moc zakładu rośnie stopniowo, więc upływa kilka minut, zanim osiągnięta zostanie pełna wydajność.
4. Rozładowanie zbiornika. W tym okresie zmagazynowany chłód jest jedynym czynnikiem chłodzącym pomieszczenie.
Celem projektowym jest, aby magazyn obejmował wykrycie przez przywrócenie zakładu, z marginesem na generator, który nie uruchomi się. Gdy oba zasilacze są dotknięte, cel rozszerza się na drugi generator lub ekipę zakładu użyteczności publicznej.
Dwie zasady kształtują wszystko poniżej: zbiornik mostkuje, a nie zastępuje zasilanie awaryjne, utrzymując obciążenie w swoim zakresie temperatur, podczas gdy sprzęt się uruchamia, i liczy się tylko zimna warstwa na dnie zbiornika, a nie pełny zapas płynu.
Obliczenie czasu pracy, krok po kroku
5. Zgromadzone ciepło brutto. Q = V x rho x cp x dT. Dla wody rho x cp wynosi około 1,163 kWh na metr sześcienny na kelwin, więc zakres 6 K daje około 7,0 kWh na metr sześcienny.
6. Zastosuj ułamek użyteczny. Stratyfikacja, mieszanie w dyfuzorze i zyski ciepła przez płaszcz zmniejszają ilość możliwą do pobrania. Praktycy stosują współczynnik redukcyjny od 70 do 90 procent; przy szybkim rozładowaniu należy przyjąć niższą wartość.
7. Zdefiniuj obciążenie robocze. Podczas zdarzenia nie jest to szczytowe obciążenie IT. Jest to obciążenie, które musi przetrwać: podstawowe szafy serwerowe oraz moc wentylatorów i pomp potrzebna do przepływu wody przez nie.
8. Odejmij udział grawitacji. W przypadku zbiornika atmosferycznego umieszczonego powyżej odbiornika część przepływu pochodzi wyłącznie z wysokości podnoszenia przy wyłączonych pompach, co zmniejsza obciążenie generatora.
9. Podziel. Czas pracy równa się użytecznym kilowatogodzinom podzielonym przez kilowaty obciążenia roboczego.
Przykład obliczeniowy: 4 000 kW obciążenia chronionego, 6 K użytecznej różnicy temperatur, 0,8 użytecznej frakcji, cel 20 minut. Objętość = 4 000 x (20/60) / (1,163 x 6 x 0,8) = 239 m3, przed uwzględnieniem przepływu pompy, strat postojowych i rezerwy na drugą awarię. Ta wartość wygląda niewielko przy zbiorniku do redukcji szczytów, i o to chodzi: wymiarowanie awaryjne jest tańsze niż przesuwanie obciążenia, ponieważ okno czasowe liczy się w minutach, a nie w godzinach.
Stopniowanie zrzutu obciążenia i zimna podłoga
Zbiornik, który musi pokryć długą awarię, wymaga, aby obciążenie za nim zmniejszało się w kontrolowany sposób, w przeciwnym razie zapas chłodu zostanie szybko zużyty, a temperatura w pomieszczeniu zacznie rosnąć.
Blok obciążenia | Działanie podczas utraty zasilania z sieci | Udział obciążenia IT |
Podstawowe szafy produkcyjne | Pozostają zasilane i chłodzone | 40 do 60 procent |
Przetwarzanie wsadowe, raportowanie | Wyłączane po 5 minutach | 15 do 25 procent |
Analityka nieprodukcyjna | Wyłączane natychmiast | 10 do 20 procent |
Powierzchnia biurowa i pomocnicza | Wyłączone lub w osobnym obiegu | 5 do 15 procent |
Zimna podłoga ustala najniższą temperaturę zasilania, do jakiej instalacja może się zbliżyć, z marginesem przeciwzamrożeniowym. Podczas rozładowywania temperatura powrotu rośnie, a użyteczna różnica temperatur maleje, dlatego projektanci ustalają górny limit zasilania, zwykle 12 do 15 °C dla warunku awaryjnego, powyżej którego kolejne sekcje są odłączane.
Hydraulika utrzymująca przepływ bez pracujących agregatów chłodniczych
Sposób umieszczenia zbiornika wewnątrz granicy ciśnieniowej decyduje o tym, ile energii awaryjnej jest potrzebne.
10. Zbiornik atmosferyczny, przepływ wymuszony ciśnieniem słupa cieczy. Zimna woda opuszcza zbiornik grawitacyjnie i wraca grawitacyjnie lub za pomocą małej pompy awaryjnej, więc główna pompa instalacji nie jest wymagana do cyrkulacji. To rozwiązanie stoi za większością schematów zbiorników magazynowania schłodzonej wody w centrach danych, które muszą utrzymać przepływ podczas całkowitej utraty zasilania agregatów chłodniczych.
11. Zbiornik ciśnieniowy na granicy zakładu. Grubość ścian, wzmocnienie króćców, kołnierze i zawory bezpieczeństwa są obliczane dla ciśnienia i temperatury projektowej; przepływ nadal wymaga pomp na szynie zasilania awaryjnego.
12. Izolacja i mostki cieplne. Wełna mineralna z okładziną aluminiową lub ze stali kolorowej, z podporami i przejściami zaprojektowanymi tak, aby przerwać ścieżkę cieplną.
W obu rozwiązaniach wlot i wylot wymagają dyfuzorów i przegród, a prędkość na wlocie utrzymuje się na poziomie 0,5 do 1 m/s, aby termoklina pozostawała wyraźna.
Specyfikacja techniczna
Poniższa tabela zawiera wartości zadane i pozycje doboru dla centrum danych z awaryjnym zbiornikiem magazynowania wody lodowej.
Pozycja | Typowa wartość lub opcja | Uwaga |
Objętość geometryczna | Dobierana na podstawie docelowego czasu pracy | 239 m3 w przykładzie obliczeniowym |
Użyteczna różnica temperatur | 5 do 7 K, na przykład od 6 °C do 12 °C | Wpływa liniowo na objętość |
Użyteczna część | 70 do 90 procent | Obejmuje mieszanie i straty ciepła |
Temperatura zasilania, normalna | 5 do 7 °C | Typowa wartość zadana wody lodowej |
Temperatura zasilania, górny limit awaryjny | 12 do 15 °C | Powyżej tego następuje zrzut obciążenia |
Klasa ciśnieniowa zbiornika | Atmosferyczny lub ciśnieniowy | Określa grubość ścian i wzmocnienia |
Prędkość wlotowa | 0,5 do 1 m/s | Chroni stratyfikację |
Izolacja | Wełna mineralna, okładzina aluminiowa lub ze stali kolorowej | Szczegóły mostka cieplnego w podporach |
Ochrona przed zamarzaniem | Kabel grzejny lub cyrkulacja rezerwowa | Wymagane w okresach nieużytkowania |
Docelowy czas pracy | 10 do 45 minut | Wydłużyć w przypadku awarii drugiego generatora |
Studium przypadku
Podczas gdy nasze zrealizowane projekty referencyjne w sektorze wodno-ściekowym obejmują wodę przeciwpożarową i zbiorniki wody pitnej, zakres TES dla centrów danych jest projektowany według tych samych standardów. Jednym z istotnych przykładów jest instalacja wody przeciwpożarowej w Syczuanie w Chinach.
Pozycja | Szczegóły |
Projekt | Syczuan, Chiny — magazynowanie wody przeciwpożarowej |
Produkt | 01 GFS, zbiornik skręcany ze stali szkliwionej |
Pojemność | 8 930 m3 w dwóch zbiornikach |
Wymiary | phi 19,87 m x 14,4 m, 2 jednostki |
Ukończenie | 2023-11 |
Obciążenie jest porównywalne pod jednym istotnym tutaj względem: zbiornik przechowuje użyteczny płyn na potrzeby zdarzenia o niskiej częstotliwości i wysokich konsekwencjach, z długimi okresami bezczynności między zdarzeniami. Magazyn chłodzenia awaryjnego ma taki sam profil, więc geometria płyt, połączenia śrubowe i dobór powłoki podlegają tej samej logice inżynierskiej.
Zdolność inżynierska 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 wymaga tego zastosowanie.
Rezerwa pasywna na niskim poziomie
· Wymiarowanie awaryjne jest zwykle determinowane przez czas przełączenia ścieżki rezerwowej plus zmniejszone obciążenie utrzymywane po zrzucie obciążenia, a zbiornik musi nadal dostarczać chłód, gdy jego własny poziom jest niski.
· Zbiornik atmosferyczny nie wymaga powietrza oprzyrządowania, kontroli przestrzeni gazowej ani aktywnego nadciśnienia, aby oddać swoje pozostałe zimno, co utrzymuje ścieżkę awarii prostą.
· Syczuański zapas wody przeciwpożarowej wynoszący 8 930 m³ i zbiorniki wody komunalnej w ZEA są najbliższymi analogami w naszym rejestrze dla magazynu, którego jedynym wymaganiem jest być dostępnym, gdy normalne zaopatrzenie zawodzi.
Często zadawane pytania
P1: Czy zbiornik awaryjny powinien być zwymiarowany na pełne obciążenie IT czy na obciążenie chronione?
O1: Tylko na obciążenie chronione. Wymiarowanie na pełny szczyt powoduje powstanie większego zbiornika dla rzadko występującego warunku, a różnicę lepiej przeznaczyć na drabinkę zrzutową, która zmniejsza to, co zbiornik musi przenosić.
P2: Czy zbiornik zastępuje UPS lub agregat prądotwórczy?
O2: Ani jedno, ani drugie. Agregaty prądotwórcze startują w kilka sekund do kilku minut, a UPS podtrzymuje zasilanie sterownicze, zanim przejmą obciążenie. Zbiornik dodaje zapas dla agregatu, który nie uruchomi się za pierwszym razem.
P3: Jak długi czas pracy jest wystarczający?
O3: Wynika to ze schematu przełączania. Zakład, który niezawodnie przywraca zasilanie w czasie poniżej 15 minut, potrzebuje mniejszego zbiornika awaryjnego magazynowania wody lodowej dla centrum danych niż taki, który musi przetrwać nieudany rozruch. Cele zwykle wynoszą od 20 do 45 minut plus rezerwa.
P4: Czy jeden zbiornik może obsłużyć zarówno zasilanie awaryjne, jak i redukcję szczytów?
A4: Tak, i jest to powszechne. Zbiornik jest dobrany do większego z dwóch obowiązków, a przypadek awaryjny określa minimalną objętość i górny limit temperatury.
P5: Jakie obniżenie wartości należy zastosować do teoretycznej zmagazynowanej energii?
O5: Od 70 do 90 procent na straty związane ze stratyfikacją, mieszaniem w dyfuzorze oraz zyski ciepła przez płaszcz i izolację. Przyjmij dolną granicę, gdy rozładowanie jest szybkie w stosunku do czasu wymiany wody w zbiorniku.
Wymiarowanie zbiornika magazynowego schłodzonej wody awaryjnej dla centrum danych oznacza pomiar krótkiego okna czasowego i dopasowanie go do dostępnego chłodu. Okno wynika z przełączenia zasilania, reakcji generatora i restartu instalacji; chłód pochodzi z objętości, dT i współczynnika obniżenia, który odzwierciedla rzeczywiste rozwarstwienie. Umieść oba na tej samej stronie, a objętość wyniknie sama, a drabina zrzutów uczyni margines przewidywalnym.
Wartość nie polega na nieograniczonym czasie pracy. Polega na tym, że obieg nigdy nie opuszcza swojego zakresu temperatur, podczas gdy elektrownia wraca do pracy, co zamienia restart w kontrolowaną sekwencję zamiast kaskady wyłączonych urządzeń.
Porozmawiaj z inżynierem
Prześlij swój cel przerwania, chronione obciążenie IT podczas zdarzenia oraz temperaturę zasilania, którą możesz tolerować podczas ponownego rozruchu zakładu. Zwrócimy obliczenia czasu pracy, wymaganą objętość i użyteczną dT oraz arkusz specyfikacji obejmujący klasę ciśnienia, izolację i układ króćców.
WhatsApp