Теплоаккумулирующие резервуары для центров обработки данных: как холодоснабжение повышает эффективность охлаждения
Создано Сегодня
Тепловые аккумуляторы для центров обработки данных: как холодоснабжение повышает эффективность охлаждения
Тепловой аккумулятор центра обработки данных хранит охлаждённую воду, произведённую в часы низкой нагрузки, и отдаёт её в часы пиковой нагрузки, поэтому чиллеры работают со стабильной и эффективной нагрузкой, а не отслеживают почасовое тепловыделение ИТ-оборудования. При полезной разности температур 4-7 K и реалистичной полезной доле 70-90% один стратифицированный резервуар обеспечивает несколько часов холодильной нагрузки и даёт операторам определённое окно прохождения при отказе чиллеров. Резервуар не создаёт холод; он перемещает этот холод во времени.
В гипермасштабном зале кривая ИТ-нагрузки довольно плоская, тогда как холодильная установка рассчитана на более жаркий расчётный день, однако измеренная нагрузка большую часть часов остаётся значительно ниже этого потолка, поэтому установка работает при низкой частичной нагрузке и всё равно поглощает каждый быстрый всплеск тепла, который выдают стойки.
Многие тарифы взимают плату за пиковую мощность в кВт, а также за энергию в кВт·ч, поэтому установка, гоняющаяся за каждым ИТ-всплеском, платит за всплеск, а не за потреблённые киловатт-часы. Когда чиллер отключается, единственное, что стоит между растущей температурой обратной воды и остановкой, — это вода, всё ещё находящаяся в трубах.
Тепловой аккумулятор в центре обработки данных решает обе проблемы, перемещая охлаждение во времени вместо того, чтобы производить больше холода в пиковый период. Далее рассматривается, что представляет собой этот резервуар, где он находится в цепочке, как рассчитать его размер и какие режимы работы оправдывают затраты.
Что такое тепловой аккумулятор в центре обработки данных
Изолированный объём охлаждённой воды, поддерживаемый при температуре подачи и возвращаемый в контур установки всякий раз, когда потребность превышает то, что чиллеры настроены выдавать. Ничто внутри него не производит холода.
· Хранение, а не генерация. Он удерживает энергию, за которую чиллеры уже заплатили, поэтому сравнение его с более крупной чиллерной установкой — это сравнение капитальных затрат с платой за спрос и штрафом за частичную нагрузку.
· Заряжается в эффективной точке установки. В окно низкого энергопотребления чиллеры работают почти при полной нагрузке и производят воду при 4–6 °C, пока объём заполняется, поэтому чиллер никогда не следует за послеполуденной IT-кривой.
· Разряжается в том же диапазоне. Подача, выходящая из бака, обычно находится при 6–8 °C, поэтому смешивание с потоком чиллера никогда не поднимает контур выше температуры, которую принимает IT-оборудование.
· Конечная продолжительность, а не автономность. Резервуар, рассчитанный на четыре пиковых часа, обеспечивает четыре часа при предполагаемой нагрузке, и указание этой продолжительности — первый шаг любого достоверного исследования резервуара тепловой энергии для центра обработки данных.
Место резервуара в цепи охлаждения
Тепловой аккумулятор для центров обработки данных обычно подключается к общему трубопроводу между чиллерной и распределительным коллектором, параллельно чиллерам, а не последовательно за ними. Такая схема определяет логику управления, состав арматуры и поведение установки при переключении.
· Контур чиллеров и распределительный контур. Каждый из них подаёт в общий трубопровод через отсечные и обратные клапаны, а насосная группа на стороне распределения забирает из той комбинации, которую выбрала система управления, сохраняя независимость бака от давления в испарителе. Накопитель также может располагаться перед чиллерами, смешивая поток разряда с обратным потоком перед испарителями, ценой прохождения полного расхода системы через бак.
· Переключение, байпас, заполнение и слив. Логика должна изменять уставку чиллера до открытия изолирующего клапана, чтобы температура подачи не падала и не восстанавливалась. Установка также нуждается в сервисном байпасе, пути заполнения и выпуска воздуха, а также дренаже, потому что резервуар, который нельзя опорожнить, нельзя осмотреть.
Определение размеров: от ИТ-нагрузки до объёма резервуара
Объём — это не вопрос субъективного решения; он следует из нагрузки, разности температур и покрываемых часов.
1. Определите мощность и расход. Разделите ИТ-тепловую нагрузку, отнесённую к накопителю, на ΔT контура. Зал мощностью 5 МВт при 7 К требует примерно 615 м³/ч.
2. Примените уравнение энергии. Q = V × ρ × cp × ΔT, где для воды cp ≈ 4,186 кДж/кг·К и ρ ≈ 1000 кг/м³, что составляет около 1,163 кВт·ч на кубический метр на кельвин, то есть примерно 7 кВт·ч теоретически на м³ при полезной ΔT 6 К.
3. Примените полезную долю. Смешивание, теплопритоки из окружающей среды и короткое замыкание снижают часть теоретического значения; проектировщики рассчитывают на 70-90%, причём меньшая цифра относится к высокому резервуару с неудачно расположенным диффузором.
4. Преобразовать в сосуд. Разделите полезную энергию на рабочий цикл и часы, затем округлите до практического диаметра и высоты обечайки.
Режимы работы, оправдывающие применение резервуара
Полное накопление заряжается в непиковые часы и отключает установку в пиковые, обеспечивая наибольшую экономию спроса и наибольший объём: полный резервуар в начале дня, пустой в конце. Прохождение провалов напряжения обеспечивает сценарий Tier III или Tier IV, где чиллер, выведенный на обслуживание, иначе был бы незапланированным.
Техническая спецификация
Элементы сопряжения порождают большую часть инженерных изменений в проекте накопления.
Позиция | Типичное значение или выбор | Приводы |
Граница сосуда | Атмосферный, монтируемый на месте, или внутри границы давления системы | Толщина оболочки, номиналы форсунок, предохранительный клапан |
Полезная ΔT | 4–7 K, обычно 6 K (от 5 °C до 11 °C) | Запасённая энергия на кубический метр |
Температура зарядки и разрядки | зарядка при 4-6 °C, разрядка при 6-8 °C | диапазон входной температуры ИТ и запас на смешивание |
Полезная доля | 70-90% от теоретической | Общий объём |
Скорость на входе | 0,5–1 м/с через диффузор | Качество стратификации |
Список сопел и приборов | Зарядка, разрядка, возврат, заполнение, вентиляция, слив, уровень, лаз | Количество и доступ к клапанам |
Изоляция | Минеральная вата, погодный барьер, непрерывная облицовка | Стационарный теплоприток |
Фундамент | Кольцевая балка или площадка с деталью теплового моста в опорах | Регистрация оболочки и деталь замерзания |
Пример проекта
Наши выполненные референсные работы в секторе водоснабжения и водоотведения включают крупногабаритные болтовые резервуары, возведённые на месте, такие как четырёхоболочечная установка ниже, а объём TES для центра обработки данных спроектирован по тем же стандартам.
Краткое описание примера проекта
Проект | Продукт | Ёмкость | Размеры | Завершение |
Намибия — хранение питьевой воды (P-A) | 01 резервуар GFS со стеклоэмалевым покрытием на болтовом соединении | 44 900 м³ всего, 4 резервуара | 4 × φ41 260 мм × 8 400 мм | Сентябрь 2022 |
Эти обечайки покидали завод в виде панелей с эмалевым покрытием, отгружались отдельными поясами и собирались кольцо за кольцом на месте. Именно эта последовательность монтажа и испытание на отсутствие дефектов изоляции — то, что наследует сосуд со стороны охлаждения.
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, производит 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.
Обечайка накопителя и качество воды
· Стеклоэмалевые оболочки из стекла, сплавленного со сталью, эмалируются при 820-930 °C со слоем эмали 0,25-0,45 мм, адгезией 3450 Н/см², испытанием на дефекты при 1500 В постоянного тока и шероховатостью Ra ниже 0,8 мкм, что поддерживает внутреннюю поверхность достаточно гладкой для сохранения стабильного термоклина с низкими паразитными потерями давления.
· Атмосферное обслуживание охлажденной воды в баке покрывается проектной схемой AWWA D103-09 и заводским контролем производства ISO 28765, с применимыми NSF/ANSI 61 и WRAS, когда вода классифицируется как системная жидкость питьевого качества.
· Наш справочный опыт по атмосферным водяным резервуарам большого диаметра и высокой емкости включает намибийскую схему питьевого водоснабжения из 4 резервуаров φ41,26 м × 8,4 м общей вместимостью 44 900 м³, завершенную в 2022-09.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос 1: Снижает ли резервуар тепловой энергии для центра обработки данных количество приобретаемых чиллеров?
A1: Только при полном накоплении. Если на пике нагрузки установка полностью отключает чиллеры, её можно подбирать по средней, а не по пиковой нагрузке. В схемах с частичным накоплением или поддержанием работы чиллеры сохраняют свою мощность, а бак покрывает часть пика.
В2: Сколько часов накопления экономически целесообразно?
А2: Большинство проектов укладывается в диапазон от двух до шести пиковых часов. Менее двух — бак конкурирует с простым буферным сосудом, и капитальные затраты не отделяются от выгоды; более примерно шести — объём и занимаемая площадь растут, а экономия на кубометр падает.
В3: Может ли бак находиться внутри границы давления системы охлаждённой воды?
A3: Это возможно, хотя для больших объёмов обычно используется атмосферный резервуар, монтируемый на месте, поскольку толщина стенки и конструкция патрубков остаются простыми, а обечайку можно осматривать изнутри. Со стороны нагнетания насоса он присоединяется к границе давления, затем толщина, отверстия и предохранительные устройства рассчитываются на проектное давление и температуру, указанные в спецификации.
В4: Что происходит, когда чиллеры останавливаются и насосы останавливаются вместе с ними?
А4: Высокий изолированный резервуар теряет мало тепла за несколько часов; реальный риск — это смешивание. Если тёплая обратная вода всё ещё поступает, пока циркуляция остановлена, термоклин смещается вверх, и полезный холод уменьшается быстрее, чем предполагает тепловой баланс. Полный резервуар сохраняет заряд дольше, чем частично разряженный.
В5: Требует ли стоячая охлаждённая вода специальной обработки?
A5: Да. Застоявшаяся охлаждённая вода подвержена биологическому росту и коррозии углеродистых стальных элементов при наличии кислорода, поэтому биоцид, контроль pH и периодический осмотр должны быть включены в план ввода в эксплуатацию, а облицовка должна соответствовать программе обработки, уже применяемой на установке.
Тепловой аккумулятор центра обработки данных разъединяет чиллерную установку и мгновенную потребность в отводе тепла от ИТ-нагрузки. Выберите полезную разность температур, примените уравнение энергии с реалистичной полезной долей и проверьте расход при разрядке на соответствие мощности насосов контура. Там, где доминируют платежи за мощность, коммерческое обоснование очевидно; там, где отказ чиллера иначе был бы незапланированным, надёжность обеспечивает его.
Резервуар, соответствующий своей полезной ёмкости, отличается от недостаточного деталями: скорость на входе, размещение диффузора, непрерывность изоляции в местах опор и логика управления при передаче.
Поговорить с инженером
Отправьте нам график ИТ-нагрузки, температуры подачи и обратки, структуру тарифов и площадь участка. Мы вместе выполним расчёт размеров резервуара, укажем полезную долю, которую мы гарантируем для предлагаемой геометрии, и вернём спецификацию с указанием диаметра, высоты цилиндрической части, перечня патрубков, толщины изоляции и выбора покрытия. Если заказ на чиллер ещё не размещён, обсудите интеграцию ТЭС до его размещения, поскольку схема подключения определяет большую часть логики управления.
WhatsApp