Центр обработки данных с баком-аккумулятором охлаждённой воды: как работают зарядка и разрядка
Создано Сегодня
Центр обработки данных с баком-аккумулятором холодной воды: как работают зарядка и разрядка
В центре обработки данных с резервуаром для хранения охлаждённой воды зарядка осуществляется путём подачи воды с температурой 5–6 °C в корпус через низкоскоростной диффузор, при этом холодная масса опускается вниз и образуется термоклин, а затем вода выпускается из нижнего патрубка по мере снижения уровня и опускания термоклина. Расход при зарядке определяется мощностью чиллера, расход при разрядке — нагрузкой ИТ-оборудования, и оба подчиняются одному и тому же уравнению энергии. Реальная полезная ёмкость составляет от 70% до 90% теоретической с учётом потерь на перемешивание и простой. Именно переключение между двумя фазами, а не объём резервуара, определяет, остаётся ли температура подачи в пределах допустимого диапазона.
Операторы редко теряют ёмкость накопителя в день ввода бака в эксплуатацию. Они теряют её постепенно, по мере расширения термоклина и срабатывания логики переключения в неправильный момент, пока одна и та же оболочка обеспечивает два пиковых часа вместо четырёх. Эта деградация — проблема зарядки, а не проблема сосуда.
Обе фазы просты по отдельности; сложность заключается в переходе и в том, что бак, входящий в разрядку частично перемешанным, ведёт себя иначе, чем бак, входящий в неё полностью заряженным. Далее описываются обе фазы, расчёт расходов и логика, определяющая момент перехода между ними.
Зарядка: заполнение оболочки без разрушения слоёв
Зарядка — это медленная операция с низкой скоростью. Чиллеры производят холодную воду, насос станции подаёт её в оболочку, а стратификация делает остальное.
1. Расход заряда соответствует мощности чиллера. Он определяется по формуле Q = m × cp × ΔT; чиллер мощностью 3 МВт, подающий холод в воду с cp 4,186 кДж/кг·К при нагреве на 5 К, требует около 143 кг/с, примерно 515 м³/ч.
2. Вход через диффузор. Впускное отверстие должно выпускать поток со скоростью 0,5–1 м/с, чтобы холодная струя не перемешивала весь резервуар. Струя, которая пробивает тёплый слой, перемешивает всё и лишает следующий цикл полезного объёма.
3. Держите термоклин посередине. Холодная вода плотнее, поэтому она оседает; тёплая обратная вода всплывает. Зона между ними, термоклин, — это место, где происходит перемешивание, и тонкий термоклин означает резервуар, который отдаёт больше полезного холода.
4. Останавливайтесь по уровню, а не по времени. Заряд заканчивается при достижении верхней уставки, оставляя верхний резерв, чтобы термоклин никогда не касался впускного отверстия.
Чиллер, который не может достичь 4-6 °C в жаркий день, не заполнит резервуар; зарядка просто останавливается на более тёплом уровне, и установка ведёт себя так, как будто резервуар меньше.
Разряд: отбор холода снизу
При разряде направление потока меняется на противоположное, и полезный холод уходит из нижней части корпуса, а уровень при этом падает.
· Расход при разряде следует за нагрузкой. Для тех же 3 МВт при полезной ΔT 6 K контуру требуется около 600 м³/ч. Если насос не может поддерживать такой расход из холодного корпуса, температура подачи растёт в самый тяжёлый час пика.
· Главное — верхний резерв. Использовать можно только холодную воду ниже термоклина, поэтому бак, разряжающийся до пустой оболочки, последний час работает на смешанной воде.
· Следите за температурой на выходе, а не за уровнем. Два датчика — один у дна, другой в верхней части холодной зоны — сообщают оператору, когда полезный холод почти исчерпан.
Переключение управления и запас на смешивание
Переход между двумя фазами — это та часть, которую большинство установок выполняют неправильно, и он определяется уставками, а не аппаратным обеспечением.
· Вход в разрядку по температуре подачи. Зона нечувствительности 1–2 K вокруг уставки подачи служит триггером, с гистерезисом, чтобы установка не колебалась между фазами каждые несколько минут.
· Открывайте до разгрузки чиллера. Перемещение разрядного клапана и повышение уставки чиллера в одном цикле сканирования — вот что вызывает провал; их последовательное выполнение и поддержание запаса на смешивание 2 K в общей трубе — вот что его предотвращает.
· Держите отсечные клапаны сблокированными. Работающий чиллер при открытом пути нагнетания возвращает тёплую воду обратно в резервуар и сводит на нет всю ночную зарядку.
В условиях отказа применяется та же логика без чиллеров: бак разряжается на нагрузку, пока запускаются генераторы, и полезная глубина определяет, как долго подача остаётся в допустимом диапазоне.
Потери на перемешивание, потери в режиме ожидания и полезная доля
Три механизма отнимают ёмкость от теоретического значения, и у каждого своё средство устранения.
Механизм потерь | Типичный эффект | Что его снижает |
Перемешивание при заряде и разряде | 10-25% от теоретического | Низкая скорость на входе, правильный диффузор, достаточный верхний и нижний запас |
Потери тепла через корпус в режиме ожидания | Малы за цикл, больше при длительном удержании | Более толстая изоляция, сплошная облицовка, детализация тепловых мостов в опорах |
Рост термоклина во время удержания | Растёт со временем удержания | Более короткое удержание, неподвижная вода, отсутствие потока через неактивный контур |
Полезная доля — это результат проектирования. Центр обработки данных с баком-аккумулятором охлаждённой воды, скоростью входа 0,5 м/с и правильно подобранным диффузором находится ближе к верхней границе диапазона 70–90%; высокий корпус с интенсивно работающим чиллером — ближе к нижней. Именно изоляция первым делом привлекает внимание операторов, потому что корпус, который потеет или замерзает в местах опор, уже потерял своё право на аргумент о потерях на стоянии.
Техническая спецификация
Параметр | Типичное значение или выбор | Почему это указано |
Температура подачи при зарядке | 4–6 °C от чиллеров | Приближение чиллера и IPLV |
Температура подачи при разрядке | 6–8 °C | Поддерживает температуру на входе ИТ-оборудования в допустимом диапазоне |
Полезный ΔT за цикл | 5–7 K | Определяет энергию на кубический метр |
Расход при зарядке | Из мощности чиллера и ΔT | Определяет размеры входного патрубка и диффузора |
Скорость входа через диффузор | 0,5–1 м/с | Защищает термоклин |
Верхний и нижний резерв | Несколько процентов объёма оболочки каждый | Удерживает термоклин вдали от сопел |
Заявленная полезная доля | 70-90% от теоретической | Определяет общий объём |
Целевые потери при хранении | Указывать в кВт, а не только толщину | Проверяет комплект изоляции |
Пример проекта
Наши реализованные референсные проекты в сфере водоснабжения и водоотведения включают крупногабаритные болтовые резервуары, рассчитанные на длительный срок службы, такие как установка ниже. Объём TES для центра обработки данных проектируется по тем же стандартам.
Краткое описание примера проекта
Проект | Продукт | Ёмкость | Размеры | Завершение |
Намибия — хранение питьевой воды (P-A) | 01 болтовой резервуар GFS из стекла, сплавленного со сталью | 44 900 м³ всего, 4 резервуара | 4 × φ41 260 мм × 8 400 мм | Сентябрь 2022 |
Одна оболочка на такой установке вмещает примерно 11 000 м³ — это порядок величины, с которого начинается проект центра обработки данных для двух-четырёх пиковых часов. Что переносится на центр обработки данных с баком-аккумулятором охлаждённой воды, так это поведение оболочки: эмалированные стенки с шероховатостью ниже Ra 0,8 мкм, облицовка, проверяемая панель за панелью, и 30-летний срок службы под изоляцией.
Инженерные возможности Center Enamel
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) занимается проектированием и изготовлением сборных резервуаров с 2008 года. Будучи первым в Китае производителем резервуаров из стеклоэмалированной стали (GFS), компания владеет почти 200 патентами, связанными с эмалью, выпускает примерно 300 000 стальных пластин с эмалевым покрытием в год, реализовала более 30 000 установленных проектов и поставляет свои резервуары более чем в 100 стран. Новая производственная база площадью 150 000 м² была добавлена для увеличения производственных мощностей, а единичные резервуары поставляются объёмом до 60 000 м³. Производство осуществляется в соответствии с ISO 9001 и ISO 45001, сертификация продукции включает NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI и EUROCODE, а проектирование выполняется с учётом AWWA D103-09, AWWA C550 и NFPA там, где этого требует применение.
Цикл заряда и разряда
· Заряд и разряд переключают бак между режимами притока и оттока, при этом оболочка, изоляция и эмалевая поверхность остаются неизменными, поэтому эксплуатация представляет собой последовательность переключений клапанов и управления, а не изменение процесса.
· Атмосферные болтовые оболочки обычно проектируются с эмалированными или алюминиевыми крышами, что позволяет обойтись без электрического оборудования, которое потребовалось бы для герметичного сосуда для контроля газового пространства.
· Крупные одностенные атмосферные резервуары из нашего послужного списка, такие как пара противопожарных резервуаров в Сычуани размером φ19,87 м × 14,4 м (8 930 м³, 2023-11), эксплуатируются годами в непрерывном режиме с одним и тем же конструктивным исполнением.
Часто задаваемые вопросы
В1: Почему резервуару необходим верхний запас?
О1: Потому что термоклин поднимается по мере заполнения оболочки. Если он достигнет впускного отверстия, вновь подаваемая холодная вода будет направляться прямо к выпускному отверстию, и установка будет забирать смешанную воду. Несколько процентов, поддерживаемых выше рабочего уровня, обеспечивают разделение слоёв.
В2: На какой расход должна быть рассчитана разрядная насосная станция?
О2: Пиковая нагрузка, делённая на полезную ΔT, взятая из того же уравнения энергии, что и для зарядки, плюс запас на одновременный запрос конечных потребителей. Расчёт по средней нагрузке — именно так станции обнаруживают, что подача «плывёт» в последний час пика.
В3: Почему бак отдал меньше холода, чем в прошлом году?
О3: Либо выросла скорость на входе, что расширяет термоклин, либо зарядка остановилась раньше, потому что чиллеры не смогли достичь 4–6 °C. Сначала проверьте кривую зарядки и диффузор.
В4: Как узнать полезную долю до пусконаладки?
О4: Смоделируйте её, затем проверьте. Запросите у каждого поставщика полезную глубину, резервные объёмы и итоговый процент, а также уточните скорость на входе и тип диффузора.
В5: Можно ли разрядить бак без работающих насосов?
A5: Только при достаточном статическом напоре и открытом пути к нагрузке, что редко встречается на распределённой установке. В большинстве проектов насосы остаются включёнными, чтобы поток, фильтрация и контроль температуры оставались предсказуемыми в течение окна разряда.
Зарядка и разрядка — это одна система с двумя расходами. Расход зарядки определяется мощностью чиллера, расход разрядки — нагрузкой ИТ, а полезный холод между ними — глубиной термоклина и дисциплиной логики переключения. Задайте диффузор, резервы и зону нечувствительности, и резервуар холодной воды для центра обработки данных будет сохранять свою расчётную полезную ёмкость на весь срок службы оболочки.
Свяжитесь с инженером
Пришлите нам холодопроизводительность чиллера, профиль нагрузки ИТ и температуры подачи и обратки. Мы вместе с вами проработаем расходы при заряде и разряде, покажем полезную глубину для предложенной геометрии и вернём спецификацию, охватывающую скорость на входе, запасы, уровнемеры и комплект изоляции. Если установка уже отработала сезон, принесите кривую заряда, и мы посмотрим, где теряется полезная доля.
WhatsApp