Zbiorniki TES: Szybkie odniesienie do magazynowania energii cieplnej w chłodzeniu centrów danych
Utworzono Dzisiaj
Zbiorniki TES: Szybkie odniesienie do magazynowania ciepła w chłodzeniu centrów danych
Zbiorniki TES przesuwają pracę chłodzenia, a nie ją tworzą. W chłodzeniu centrów danych magazynowanie energii cieplnej przechowuje schłodzoną wodę, lód lub materiał zmiennofazowy wytworzony w godzinach poza szczytem, aby agregat chłodniczy mógł się zmniejszyć lub być bezczynny w szczycie. Trzy liczby do odczytania to pojemność użytkowa w kilowatogodzinach, współczynnik wykorzystania jako procent wartości teoretycznej oraz godziny autonomii przy obciążeniu projektowym. Zbiornik wody magazynuje około 1,16 kWh na metr sześcienny na kelwin różnicy temperatur i jest zwykle projektowany na 70 do 90 procent pojemności użytkowej. TES nie zmniejsza całkowitego zużycia energii elektrycznej w obiekcie; przesuwa je i przekształca.
Zespoły ds. zakupów, które po raz pierwszy stykają się z magazynowaniem ciepła, zwykle w tym samym tygodniu napotykają ten sam słownik: TES, SOC, delta T, COP, PUE, N+1. Każdy z tych terminów ma określone znaczenie w instalacji wody schłodzonej, a niezgodność definicji jest tym, co powoduje niepowodzenie projektu magazynowania. Jedna strona podaje pojemność zbiornika z tabliczki znamionowej, druga podaje dostarczalne kilowatogodziny, a umowa kończy się zbiornikiem, który spełnia wymagania rysunku, ale nie spełnia swojego zadania.
Ten arkusz referencyjny obejmuje praktyczne definicje stosowane w projektach magazynowania w centrach danych: czym są cztery ścieżki TES, które metryki mają znaczenie w specyfikacji, które przekonania okazują się nieprawdziwe i co oznacza każdy skrót. Użyj go przed zamówieniem zbiornika, aby zbiorniki TES na rysunkach i zbiorniki TES w harmonogramie budowy były tym samym zbiornikiem.
Używaj go jako wspólnej podstawy między inżynierem projektantem, wykonawcą i dostawcą zbiorników.
Cztery ścieżki TES w skrócie
Woda chłodząca o odczuwalnej temperaturze jest punktem odniesienia. Woda jest chłodzona, przechowywana w izolowanym zbiorniku i zawracana do instalacji. Wydajność wynika z `Q = V x rho x cp x dT`, a zakres temperatur projektowych wynosi zwykle od 5-7°C do 12-14°C, co daje delta T około 6 K.
Lód zwiększa gęstość poprzez ciepło utajone. Lód tworzony na wężownicach lub przez wytwornicę lodu wewnątrz zbiornika wody magazynuje około 334 kJ na kilogram wody zamienionej w lód, co jest znacznie większe na jednostkę masy niż chłodzenie jawne. Kompromisem jest zwarcie termiczne między cyklami i pośrednia pętla.
PCM utrzymuje temperaturę przemiany fazowej. Kapsułkowane sole lub parafiny topią się i krzepną w ustalonym punkcie, co pozwala magazynowi utrzymywać inną temperaturę niż pętla wody lodowej. Wymiennik ciepła zawsze znajduje się na drodze przepływu.
Termoklina to woda z frontem temperaturowym. Dwie temperatury wody znajdują się w jednym zbiorniku z ruchomym interfejsem między nimi, ładowanym poprzez pompowanie gorącego powrotu na górę i zimnego zasilania na dół. Wykorzystuje ten sam czynnik co trasa wody lodowej i upraszcza układ dysz.
Trasa | Średni | Zakres temperatur | Pętla pośrednia | Typowe zastosowanie |
Woda schłodzona | Woda | 5-7 do 12-14 st. C | Czasami | Redukcja szczytów, bufor, chłodzenie awaryjne |
Lód | Lód w wodzie | Blisko 0 stC | Zawsze | Modernizacje z ograniczoną przestrzenią |
PCM | Kapsułkowana sól lub parafina | Ustawiane przez punkt fazowy | Zawsze | Obowiązki w wąskim zakresie temperatur |
Termoklina | Woda, dwie warstwy | Podział według frontu | Czasami | Długotrwałe przechowywanie, pojedynczy zbiornik |
Metryki, które należą do specyfikacji
Użyteczna pojemność w kilowatogodzinach. Nie objętość zbiornika, nie moc znamionowa. Rozmiar na podstawie obciążenia w kilowatach pomnożonego przez okno przechowywania w godzinach, podzielonego przez współczynnik użyteczny, a następnie podzielonego przez gęstość objętościową wybranego medium. Hala o mocy 5 MW w ośmiogodzinnym oknie potrzebuje 40 MWh dostarczalnego chłodu przed stratami.
Współczynnik użyteczny i dlaczego jest poniżej 100 procent. Zapadnięcie się stratyfikacji, mieszanie na wlocie, zwarcie termiczne i przenikanie ciepła z otoczenia zmniejszają możliwą do pobrania część. Trasa wodna jest zwykle projektowana na 70 do 90 procent teorii; lód i PCM wypadają niżej, gdy uwzględni się ich limity transferu.
Godziny autonomii i przypadek awarii. Magazyn kupowany na szczyt sieci różni się od magazynu kupowanego na rozruch generatora. Zbiornik, któremu przypisano, powiedzmy, cztery godziny autonomii przy częściowym obciążeniu, to zupełnie inne naczynie niż to, któremu przypisano pełny poziom czasu pracy.
1. Zmagazynowana energia: megawatogodziny dostarczalnego chłodzenia przy projektowej temperaturze powrotu.
2. Okno magazynowania: godziny dziennie, w których zakład oczekuje pracy na magazynie.
3. Szybkość ładowania i rozładowania: kilowaty na wejściu i wyjściu, co określa rozmiar dyszy, powierzchnię dyfuzora i obciążenie pompy.
4. Strata w trybie czuwania: procent ładunku tracony dziennie, uzupełniany przy następnym ładowaniu.
5. Współczynnik użyteczności: procent teoretycznej pojemności, który można faktycznie pobrać.
Częste błędne przekonania
"TES obniża mój rachunek za energię elektryczną, magazynując darmowy chłód." Nie wytwarza chłodu. Chiller nadal produkuje każdą kilowatogodzinę, część z nich efektywniej poza szczytem, gdy temperatura otoczenia jest niższa. Oszczędność wynika ze struktury taryf i opłat za moc, a nie z darmowej energii.
"Większy zbiornik jest zawsze lepszy." Magazyn, który nigdy nie jest w pełni naładowany, to martwy ciężar. Czas ładowania i rezerwa wydajności chillera muszą być dopasowane do rozmiaru zbiornika, inaczej naczynie napełnia się do 60 procent każdego ranka i dostarcza 60 procent.
"Lód zawsze wygrywa z wodą pod względem zajmowanej przestrzeni." Tylko jeśli uwzględni się obieg pośredni, wysokość maszynowni i obciążenie odszraniania. Zysk gęstości jest realny; dostarczoną wydajność po stratach trzeba zweryfikować.
"Zbiornik potrzebuje zasilania, aby pozostać zimny." Dobrze izolowane naczynie utrzymuje temperaturę przez dni. Zasilania wymaga cyrkulacja, nie magazynowanie, dlatego atmosferyczny zbiornik wody pomaga podczas rozruchu generatora.
Skróty w harmonogramie chłodzenia
TES magazynowanie energii cieplnej; w centrum danych chłód wytworzony poza szczytem i przechowywany w zbiorniku.
SOC stan naładowania jako procent pojemności użytkowej, ta sama idea co w akumulatorze.
dT lub delta T różnica między zasilaniem a powrotem w kelwinach lub stopniach Celsjusza; czynnik napędzający pojemność wodną.
COP współczynnik wydajności, moc chłodnicza podzielona przez pobór energii elektrycznej dla agregatu chłodniczego.
PUE efektywność wykorzystania energii, całkowite zużycie energii w obiekcie podzielone przez zużycie energii przez IT.
CHW / CW zasilanie wodą lodową i obieg wody skraplacza.
N+1 / 2N układ redundancji instalacji chłodniczej.
Specyfikacja techniczna
Pozycja | Wartość lub opcja |
Obciążenie | Redukcja szczytów, zmniejszenie wydajności agregatów chłodniczych lub autonomiczne chłodzenie awaryjne |
Medium | Woda lodowa, lód, PCM lub woda termoklinowa |
Zasilanie / powrót | Zasilanie 5-7 st. C, powrót 12-14 st. C jako zakres początkowy |
Delta T | 4-6 K konserwatywnie, 5-7 K typowo dla wody |
Gęstość (wody) | Około 1,163 kWh na m3 na K, około 7 kWh/m3 przy 6 K |
Współczynnik użyteczny | 70-90 procent dla wody, mniej dla lodu i PCM |
Stan zbiornika | Blisko ciśnienia atmosferycznego lub niskie nadciśnienie, jeśli zaprojektowano jako granicę ciśnieniową |
Izolacja | Wełna mineralna dobrana tak, aby utrzymać powierzchnię powyżej punktu rosy |
Potwierdzenie użyteczności | Zmierzona pojemność na granicy zakładu w pełnym cyklu |
Przypadek projektu
Pole | Wartość |
Projekt | Magazynowanie wody pitnej w Namibii (P-A) |
Produkt | 01 Zbiornik ze stali szkliwionej |
Pojemność | 44 900 m3 łącznie |
Wymiary | 4 zbiorniki, średnica 41,26 m, wysokość 8,4 m |
Zakończenie | Wrzesień 2022 |
Chociaż nasze zrealizowane projekty referencyjne w sektorze wodno-ściekowym obejmują ten zakres wody pitnej, zakres TES dla centrów danych jest projektowany według tych samych standardów. Cztery zbiorniki skręcane o średnicy 41,26 m są referencją dla sposobu panelowania, transportu i montażu dużego zbiornika wodnego pracującego przy ciśnieniu zbliżonym do atmosferycznego, co stanowi tę samą podstawę konstrukcyjną, którą zbiornik TES wykorzystuje dla swojej płaszcza i powłoki.
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.
Terminologia odwzorowana na sprzęt
· TES to termin zbiorczy, a w przypadku centrum danych użyteczny podział opiera się na medium magazynującym i klasie ciśnienia, a nie na nazwach marketingowych; wymagania dotyczące płaszcza wynikają z tego podziału.
· Definicje warte ustalenia na wczesnym etapie projektu: pojemność użytkowa (po uwzględnieniu stref mieszania i martwych), straty postojowe, szybkość ładowania/rozładowania oraz klasa ciśnienia (granica atmosferyczna versus ciśnieniowa).
· Nasze atmosferyczne powłoki skręcane do magazynowania wody luzem, dostarczane w ilości do 60 000 m³ na zbiornik, są fizycznym odpowiednikiem stojącym za większością tych definicji w praktyce.
Często zadawane pytania
P1: Czy zbiorniki TES zmniejszają PUE?
A1: Nie bezpośrednio. Niższa temperatura skraplania w nocy i dłuższy czas pracy agregatu chłodniczego w punkcie projektowym mogą poprawić wydajność maszyny, a główna korzyść jest po stronie kosztów energii. Przed twierdzeniem o zysku PUE należy obliczyć zmianę COP maszyny w stosunku do zmiany strat zbiornika.
P2: Jaka jest rozsądna różnica temperatur dla zbiornika wody lodowej?
A2: Pięć do siedmiu kelwinów jest typowe dla pasma od 6 do 12°C; cztery do sześciu to konserwatywny wybór, gdy oczekuje się dużych strat związanych ze stratyfikacją. Szersze pasmo obniża wymaganą objętość dla tej samej zmagazynowanej liczby kilowatogodzin.
Q3: Jak stan naładowania jest pokazywany na ekranie sterowania centrum danych?
A3: Jako procent pojemności użytkowej, na podstawie zmierzonych temperatur zasilania i powrotu, zmagazynowanej objętości oraz współczynnika użyteczności. Ustaw górną i dolną granicę tak, aby instalacja nigdy nie obiecywała więcej chłodu, niż może pomieścić zbiornik.
Q4: Czy zbiornik TES musi być zbiornikiem ciśnieniowym?
A4: Nie, zazwyczaj nie. Zbiornik wody pracujący przy ciśnieniu zbliżonym do atmosferycznego znajduje się poza granicą ciśnieniową, więc obowiązująca norma i projekt to te określone w specyfikacji projektu i umowie. Konstrukcja ciśnieniowa przenosi zbiornik, jego otwory i reżim inspekcji do innego zakresu.
Q5: Czy jeden zbiornik może służyć jednocześnie jako bufor i magazyn?
A5: Tak. Krótkoterminowy bufor na zatrzymania agregatów chłodniczych i stany przejściowe pomp oraz długoterminowe magazynowanie mogą współdzielić jeden zbiornik, pod warunkiem że układ dysz i dyfuzora to obsługuje, a operator rozumie łączny stan naładowania.
P6: Dlaczego pojemność użytkowa jest mniejsza niż wartość teoretyczna?
A6: Stratyfikacja, mieszanie na wlocie, straty ciepła do otoczenia oraz zakres temperatur na wylocie ograniczają ilość możliwej do pobrania energii. Projektanci stosują 70 do 90 procent dla wody i mierzą wynik na granicy zakładu.
Q7: Co powinien mierzyć test odbiorczy?
A7: Dostarczone kilowatogodziny na granicy zakładu w pełnym cyklu ładowania i rozładowania, plus czas ładowania, straty w stanie gotowości oraz temperatura na wylocie osiągnięta przy projektowym natężeniu rozładowania. Umowa na zbiornik TES, która podaje tylko metry sześcienne, pozostawia test odbiorczy do późniejszych sporów.
Przeczytaj projekt magazynowania jako zestaw definicji, zanim stanie się zestawem rysunków. Istnieją cztery ścieżki, pięć metryk ma znaczenie, a skróty muszą oznaczać to samo dla klienta, projektanta i dostawcy. Zbiorniki TES nie sprawiają, że centrum danych zużywa mniej energii elektrycznej; przesuwają tę energię na tańsze godziny, zmniejszają instalację chłodniczą i dają zakładowi szansę na przetrwanie awarii. Ustal definicje poprawnie, a dobór wielkości zbiornika będzie wynikać z nich.
Porozmawiaj z inżynierem
Przekaż projektowe obciążenie IT, docelowe okno magazynowania, temperatury zasilania i powrotu chłodnicy oraz dostępną powierzchnię. Zwrócimy obliczenia stojące za tym odniesieniem: zmagazynowane kilowatogodziny, wymagane metry sześcienne, zastosowany współczynnik użytkowy oraz specyfikację zarysu króćców, dyfuzora i izolacji. Jeśli porównujesz ścieżki, poproś o te same obliczenia dla lodu i PCM, aby porównanie odbywało się na podstawie dostarczalnej pojemności.
WhatsApp