Бак тепловой аккумуляции охлаждённой воды: сравнение охлаждённой воды, льда и фазового перехода
Создано Сегодня
Тепловой аккумулятор охлаждённой воды: сравнение охлаждённой воды, льда и фазового перехода
Для большинства центров обработки данных правильным выбором является бак тепловой аккумуляции с охлаждённой водой. Разумное использование воды позволяет запасать около 6–8 кВт·ч на кубический метр в диапазоне 5–7 К, не требует фазового перехода и стоит немногим больше самого резервуара; лёд запасает в несколько раз больше на кубический метр, но должен производиться с затратами энергии машины и затем плавиться, а ТФМ (материалы с фазовым переходом) ещё больше повышают плотность и всё равно требуют змеевика или рубашки для зарядки. Выбор среды определяется площадью пола, длительностью пикового окна и допустимым бюджетом COP установки, а не заявленной плотностью энергии. Бак тепловой аккумуляции с охлаждённой водой хранит холод как холодную воду, а не как лёд или материал с фазовым переходом, что сохраняет гидравлическую схему установки неизменной, а корпус — при атмосферном давлении.
Вопрос хранения на самом деле — это вопрос площади пола, переодетый в энергетический костюм. Два зала с одинаковой холодильной нагрузкой могут достичь одинакового результата смещения пиковой нагрузки при разных оболочках, потому что среда внутри определяет, сколько кубических метров потребуется, как долго будет работать чиллер, чтобы их заполнить, и как установка поведёт себя утром, когда бак не готов.
Три среды составляют большую часть установленной базы на критически важных объектах: охлаждённая вода, хранимая в явном виде, лёд, образующийся на внутреннем змеевике, и фазопереходный материал в пучке. Каждая обеспечивает более высокую плотность ценой, которая проявляется в другом месте механического проектирования — обычно в электрической мощности, в автоматизации клапанов или в часах обслуживания. В этой статье они сопоставляются по величинам, которые инженер владельца должен обосновать.
Явная вода: базовая линия, с которой сравниваются все остальные среды
Вода — это эталонный случай, потому что её механизм хранения также является трубопроводной жидкостью.
· Плотность определяется температурным окном. При cp ≈ 4,186 кДж/кг·К и ρ ≈ 1000 кг/м³ один кубический метр содержит около 1,163 кВт·ч на кельвин, поэтому окно в 6 К даёт примерно 7 кВт·ч на м³ до учёта потерь.
· Понятна доступная полезная ёмкость. Бак тепловой аккумуляции с охлаждённой водой обычно отдаёт 70–90 % теоретического объёма; недостача объясняется термоклином и резервами, сохраняемыми на каждом конце.
· Отказ проявляется громко, а не скрыто. Заклинивший клапан обнаруживается по росту температуры подачи в течение нескольких минут; тот же дефект в замороженной среде проявляется в течение часов.
Платой за эту простоту является объём, поэтому исследование участка следует начинать до того, как выбор среды будет окончательным.
Аккумуляция льда: плотность, купленная за энергию машины
Лёд повышает плотность за счёт использования скрытой теплоты, а не явной, и цена этого платится на компрессоре.
· Путь плавления добавляет поверхность. Разрядка происходит через внутренний змеевик или теплообменник плавления, и скорость ограничена этой поверхностью, а не накопленным объёмом.
· Ежедневное циклирование является нормой эксплуатации. Окно зарядки повторяется почти каждый день, подвергая змеевик, логику оттаивания и управление всасыванием регулярному термическому циклированию.
· Там, где пространство ограничено, объём резко сокращается. На городском объекте, где площадь машинного зала уже занята залами, та же нагрузка требует лишь доли объёма воды.
Лёд уходит из проекта, когда владелец не может обосновать дополнительные затраты энергии или когда на установке нет места для плавильного змеевика, который должен оставаться чистым.
Материал с фазовым переходом: наивысшая плотность, наибольший объём работ по интеграции
PCM запасает энергию в материале, который меняет состояние вблизи температуры подаваемой воды.
· Поверхность теплообмена становится проблемой. Холод должен поступать в капсулу или блок и выходить из них посредством теплопроводности, поэтому мощность разряда зависит от геометрии блока, а не от расхода насоса.
· Зарядная среда в любом случае всё ещё нуждается в змеевике. Вода, гликоль или хладагент должны перемещать тепло внутрь и наружу, и это оборудование занимает помещение, которое PCM должен был разгрузить.
· Важны переохлаждение и расслоение. Материал с фазовым переходом, который так и не образует центров кристаллизации или расслаивается при выдержке, незаметно превращает актив в блок без полезной нагрузки.
PCM — это убедительное решение для богатого растения, но плохой ответ для объекта, которому нужен резервуар, в который техник может войти и проверить термометром.
Выбор по последствиям, а не по плотности
Решение следует из того, что каждая среда заставляет делать остальную часть проекта.
1. Проверьте пространство на предмет его альтернативного использования. Оболочка, которая вытесняет пространство зала или требует более высокого строения, стоит дороже, чем предполагает её цена.
2. Посмотрите, что может обслуживать ремонтная бригада. Вода требует обработки; лёд требует гигиены змеевика и логики оттаивания; PCM требует поставщика, который будет поддерживать пакет после пяти лет циклов.
3. Держите одну среду на один контур хранения. Смешивание водяного бака и сосуда с PCM на одном коллекторе добавляет логику переключения режимов, которую трудно доказать при вводе в эксплуатацию.
Там, где позволяет место на предприятии, резервуар для аккумулирования холода в виде охлаждённой воды остаётся наименее рискованным вариантом: теплоносителем является циркулирующая жидкость, измерение выполняется термометром и расходомером, а коэффициенты снижения — те, что фиксируются в отрасли на протяжении десятилетий.
Технические характеристики
Параметр | Охлаждённая вода (явное тепло) | Лёд на змеевике | Материал с фазовым переходом |
Механизм аккумулирования | Явное охлаждение жидкой воды | Скрытая теплота плавления воды на внутреннем змеевике | Скрытая теплота плавления специального сплава или гидрата |
Теоретическая плотность энергии | ≈ 1,163 кВт·ч на м³ на К; около 7 кВт·ч на м³ при 6 К | Скрытая теплота льда, в несколько раз превышающая объём воды | Определяется теплотой плавления материала |
Доля полезного отбора | 70–90 % от теоретической | Ограничивается поверхностью змеевика плавления и скоростью плавления | Ограничивается теплопроводностью насадки и площадью контакта |
Дополнительная энергия на зарядку | Отсутствует сверх обычной работы чиллера | Скрытая теплота плавления плюс более низкая температура испарения | Энергия зарядки среды плюс температурный напор на рубашке |
Движущиеся части внутри корпуса | Отсутствуют | Змеевик, возможно, мешалки | Отсутствуют, но насадка должна быть закреплена |
Основная статья обслуживания | Биоцид, ингибитор, контроль накипи, периодическая очистка | Гигиена змеевика, разморозка и контроль всасывания | Целостность капсул, осаждение насадки, нуклеация |
Признак отказа | Температура подачи растёт в течение нескольких минут | Производительность снижается в течение окна разрядки | Мощность резко падает, когда насадка перестаёт циклироваться |
Типичное применение | Кампусы с площадью для наружной установки, смена 2–6 ч | Городские объекты с ограниченной площадью пола | Стеснённые участки, требующие длительной работы в малом объёме |
Пример проекта
Наши выполненные референс-проекты в сфере водоснабжения и водоотведения включают крупные многобаковые установки, сданные по тем же стандартам, по которым проектируется объём TES для дата-центра, включая проект ниже.
Краткое описание проекта
Проект | Продукт | Объём | Габариты | Завершение |
Намибия — питьевая вода (P-A) | 01 болтовой резервуар GFS | 44 900 м³ всего | Четыре резервуара φ41 260 × 8 400 мм | Сентябрь 2022 |
Четыре оболочки такого диаметра — доказательство одной слабости и одной сильной стороны водного направления: сильная сторона в том, что оболочка такого размера почти не меняет температуру за годы простоя, а слабость в том, что для удержания этого холода требуется объём. Резервуар тепловой аккумуляции охлаждённой воды, рассчитанный по той же логике, сохраняет свою термоклину там, где её оставляет диффузор, а последовательность монтажа четырёх одинаковых резервуаров — это дисциплина, применяемая для поэтапного ввода в эксплуатацию многоагрегатного парка хранения.
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.
Выбор среды и оболочки
· Вода в качестве аккумулирующей среды поддерживает контур при атмосферном давлении, что является самым дешёвым и наименее рискованным способом обеспечить несколько часов охлаждения для большого зала; лёд и PCM повышают плотность энергии, но добавляют геометрию змеевика, коллектора или капсул внутри оболочки.
· Эмалевые оболочки и оболочки из эпоксидной смолы, нанесённой методом сплавления, инертны к обработанной воде, а эмалевое решение проверяется испытанием на сплошность покрытия при 1500 В постоянного тока и обожжённым слоем толщиной 0,25–0,45 мм.
· Наша история поставок водяных резервуаров — от намибийского проекта объёмом 44 900 м³ до многорезервуарных промышленных установок объёмом в несколько сотен кубических метров — подтверждает наш опыт как в коммунальных, так и в цеховых системах хранения.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос 1: Действительно ли охлаждённая вода является средой с наименьшим риском для центра обработки данных?
Ответ 1: Она является наименьшим риском там, где есть пространство и пиковое окно короткое. Вода — это та же жидкость, что и циркулирующая среда, у неё нет внутренней поверхности плавления, а её коэффициенты снижения мощности хорошо задокументированы, что упрощает подтверждение приёмочных испытаний.
Q2: Насколько больше энергии потребляет ледяной аккумулятор на каждый запасаемый киловатт-час?
A2: Больше, и это относится к энергетическому балансу установки, а не к рекламному заявлению. Производство льда добавляет скрытую теплоту плавления плюс температурный напор испарителя; сравните это с экономией от снижения пиковой нагрузки и тарифа, которую обеспечивает сдвиг.
Q3: Может ли бак тепловой аккумуляции chilled water делить установку с ледяной системой?
A3: Они могут использовать общий коллектор, но тогда логика должна решать, какой теплоноситель обслуживает контур, и это переключение режимов должно быть проверено, прежде чем на него полагаться во время перерыва.
Q4: Какие часы аккумуляции оправдывают вода и лёд по отдельности?
A4: Вода подходит для двух-шести часов сдвинутой нагрузки и растягивается дальше с объёмом; лёд и PCM оправдывают дополнительное оборудование, когда требуемые часы вытесняют объём воды в недоступную площадку.
Q5: Какой теплоноситель отказывает наиболее незаметно?
A5: Плотная среда. Водяной бак демонстрирует быстрое повышение температуры подачи, тогда как замороженный или фазопереходный аккумулятор отдаёт ёмкость постепенно в течение окна разряда, поэтому испытание следует проводить в соответствии с проектной нагрузкой и протоколировать.
Q6: Влияет ли среда на спецификацию корпуса?
A6: Основы корпуса остаются неизменными: атмосферное давление или в пределах границы давления системы, теплоизоляция, с контролируемым входом и выходом и облицовкой, подходящей для воды. Лёд и PCM изменяют внутреннюю поддержку, проникновение змеевика и компоновку патрубков, а не оболочку.
Сравнение охлаждённой воды, льда и фазопереходного материала сводится к тому, какие издержки может выдержать проект. Вода требует объёма, лёд требует энергии компрессора и поверхности плавления, а фазопереходный материал — интеграции и долгосрочного поведения блока. Для большинства критически важных объектов с пригодной механической площадкой резервуар тепловой аккумуляции на охлаждённой воде обеспечивает смещённую нагрузку с наименьшим числом новых видов отказов, поэтому его стоит указывать в спецификации в первую очередь.
Свяжитесь с инженером
Отправьте нам пиковую ИТ-нагрузку, часы, которые вам нужно сместить, доступное механическое пространство и структуру тарифов. Мы вернём сравнение сред на ваших цифрах: плотность энергии и общий объём для воды, льда и PCM, дополнительную энергию заряда, которую требует каждое из них, ожидаемую полезную долю и диаметр и высоту оболочки, подходящие для вашей площадки. Для водяной схемы мы затем предоставим спецификацию, охватывающую облицовку, изоляцию, геометрию впуска и патрубки.
WhatsApp