Аварийный бак запаса охлаждённой воды для центра обработки данных: расчёт на случай потери электропитания
Создано Сегодня
Аварийный бак запаса охлаждённой воды для центра обработки данных: расчёт при потере питания
Центр обработки данных с аварийным резервуаром холодной воды рассчитывается на разрыв между потерей электроснабжения и стабильным аварийным питанием, а не на круглосуточное охлаждение ИТ-нагрузки. Его объём определяется временем переключения на резервный источник, окном стабилизации генератора, мощностью насосов и вентиляторов в режиме ожидания и заданной лестницей сброса нагрузки. Полезный холод составляет примерно 1,163 кВт·ч на кубический метр на кельвин полезного перепада температур, с понижающим коэффициентом 70–90 процентов на перемешивание и теплоприток, что обычно обеспечивает от 10 до 45 минут защищённой нагрузки.
Эксплуатационные команды после сбоя электроснабжения редко первыми исчерпывают запас холодной воды; у них заканчивается проектный запас. Чиллеры отключаются, генераторы запускаются, и контур теряет давление достаточно долго, чтобы блок обработки воздуха машинного зала вернул воду с температурой выше уставки. Центр обработки данных с аварийным резервуаром холодной воды меняет эту последовательность: ёмкость сохраняет холод, пока установка перезапускается, поэтому диапазон подачи удерживается и критическая нагрузка не испытывает отклонений.
В основе этого лежит неприглядная арифметика: время переключения автоматического ввода резерва, окно стабилизации генератора, мощность перезапуска распределительных насосов и ступенчатая схема отключения, которая в первую очередь отключает неосновные стойки. Если упустить эти моменты, судно окажется либо слишком большим на бумаге, либо слишком малым, чтобы иметь значение. Далее рассматриваются последовательность расчёта мощности, гидравлика, работающая при остановленных чиллерах, и пункты спецификации, которые поддерживают холод в хранилище в необитаемом зале.
Где на самом деле уходят минуты
Любой достоверный расчёт мощности начинается с перечисления событий между отказом электросети и моментом возврата установки к автоматическому управлению.
1. Обнаружение и отключение. Объект с двумя путями питания может отключить нормальный фидер за секунды; незапланированные аварии восстанавливаются по графику, который никто не контролирует.
2. Запуск генератора и подача напряжения на шины. Дизель-генераторам требуется время для достижения номинальной скорости и напряжения. Распределительные и конденсаторные насосы питаются от ИБП или перезапускаются последовательно, что добавляет десятки секунд.
3. Перезапуск чиллера и последовательность ведущий-ведомый. Даже при наличии питания мощность установки нарастает ступенчато, поэтому до выхода на полную мощность проходит несколько минут.
4. Расход запаса холодной воды из бака. В течение этого промежутка накопленный холод — единственное, что охлаждает помещение.
Целевой показатель проектирования состоит в том, чтобы хранилище покрывало период от обнаружения до восстановления установки с запасом на случай, если генератор не запустится. Если затронуты оба фидера, цель расширяется до второго генератора или аварийной бригады.
Два правила определяют всё последующее: резервуар мостит, а не заменяет аварийное питание, удерживая нагрузку в пределах её температурного диапазона, пока оборудование выходит на режим, и учитывается только холодный слой в нижней части сосуда, а не весь объём жидкости.
Расчёт времени работы, шаг за шагом
5. Общий запас холода. Q = V x rho x cp x dT. Для воды rho x cp составляет примерно 1,163 кВт·ч на кубический метр на кельвин, поэтому диапазон 6 K даёт примерно 7,0 кВт·ч на кубический метр.
6. Примените полезную долю. Стратификация, перемешивание в диффузоре и теплоприток через корпус уменьшают то, что можно извлечь. На практике применяют понижающий коэффициент от 70 до 90 процентов; берите нижнее значение, когда отбор происходит быстро.
7. Определите рабочую нагрузку. Во время события это не пиковая ИТ-нагрузка. Это нагрузка, которая должна выжить: основные стойки плюс мощность вентиляторов и насосов, необходимых для прокачки воды через них.
8. Вычтите вклад гравитации. Если атмосферный резервуар находится выше нагрузки, часть потока обеспечивается только напором при выключенных насосах, что снижает нагрузку на генератор.
9. Разделите. Время работы равно полезным киловатт-часам, делённым на рабочие киловатты.
Пример расчёта: 4 000 кВт защищаемой нагрузки, 6 K полезной разности температур, 0,8 полезной доли, целевое время 20 минут. Объём = 4 000 x (20/60) / (1,163 x 6 x 0,8) = 239 м3, без учёта расхода насосов, потерь в режиме ожидания и резерва на второй отказ. Эта цифра кажется небольшой по сравнению с баком для сглаживания пиков, и в этом суть: аварийное резервирование обходится дешевле, чем смещение нагрузки, потому что окно составляет минуты, а не часы.
Поэтапное отключение нагрузки и холодный пол
Бак, который должен покрывать длительное отключение, требует, чтобы нагрузка за ним снижалась контролируемым образом, иначе запас холода быстро расходуется и температура в помещении начинает расти.
Блок нагрузки | Действие при потере внешнего электроснабжения | Доля ИТ-нагрузки |
Основные производственные стойки | Остаются под напряжением и с охлаждением | От 40 до 60 процентов |
Подготовка, пакетная обработка, отчётность | Отключаются через 5 минут | От 15 до 25 процентов |
Непроизводственная аналитика | Отключаются немедленно | От 10 до 20 процентов |
Офисные и вспомогательные помещения | Выключено или в отдельном контуре | От 5 до 15 процентов |
Холодный пол задаёт минимальную температуру подачи, к которой может приблизиться установка, с запасом на замерзание. Во время отбора тепла температура обратной воды растёт, а полезная разность температур сокращается, поэтому проектировщики устанавливают верхний предел подачи, обычно 12–15 °C для аварийного режима, выше которого дополнительные блоки отключаются.
Гидравлика, обеспечивающая поток без работающих чиллеров
То, как бак расположен внутри границы давления, определяет, сколько аварийной мощности потребуется.
10. Атмосферный бак, поток под действием напора. Холодная вода уходит самотёком и возвращается самотёком или с помощью небольшого аварийного насоса, поэтому основной насос установки не требуется для циркуляции. Именно такая схема лежит в основе большинства схем центров обработки данных с аварийными баками холодной воды, которые должны поддерживать поток при полной потере чиллеров.
11. Танк под давлением на границе установки. Толщина стенки, усиление патрубков, фланцы и предохранительные клапаны рассчитаны на проектное давление и температуру; для потока всё ещё требуются насосы на аварийной шине.
12. Изоляция и мостики холода. Минеральная вата с алюминиевой или цветной стальной облицовкой, с детализированными опорами и проходами для разрыва теплового пути.
В обеих схемах вход и выход нуждаются в диффузорах и перегородках, а скорость на входе остаётся на уровне или ниже 0,5–1 м/с, чтобы термоклин оставался резким.
Технические характеристики
В таблице ниже перечислены уставки и элементы выбора для центра обработки данных с аварийным баком-накопителем охлаждённой воды.
Пункт | Типичное значение или вариант | Примечание |
Геометрический объём | Рассчитывается исходя из целевого времени работы | 239 м3 в приведённом примере |
Полезный перепад температур | 5–7 K, например, от 6 °C до 12 °C | Линейно определяет объём |
Полезная доля | 70–90 процентов | Покрывает смешивание и потери тепла |
Температура подачи, нормальная | 5 до 7 °C | Обычная уставка охлаждённой воды |
Температура подачи, аварийный предел | 12 до 15 °C | Выше этого нагрузка сбрасывается |
Класс давления резервуара | Атмосферный или под давлением | Определяет толщину стенки и усиления |
Скорость на входе | 0,5 до 1 м/с | Защищает стратификацию |
Изоляция | Минеральная вата, алюминиевая или цветная стальная облицовка | Детали мостиков холода в опорах |
Защита от замерзания | Греющий кабель или резервная циркуляция | Требуется для нерабочих периодов |
Целевое время работы | 10 до 45 минут | Продлить при отказе второго генератора |
Пример проекта
Хотя наши реализованные референсные проекты в секторе водоснабжения и водоотведения включают противопожарное водоснабжение и хранение питьевой воды, объём TES для дата-центра проектируется по тем же стандартам. Одним из relevantных референсов является установка противопожарного водоснабжения в Сычуани, Китай.
Элемент | Детали |
Проект | Сычуань, Китай — хранение противопожарной воды |
Продукт | 01 GFS, болтовой резервуар из стекла, сплавленного со сталью |
Ёмкость | 8 930 м3 в двух резервуарах |
Габариты | фи 19,87 м x 14,4 м, 2 шт. |
Завершение | 2023-11 |
Задача сопоставима в одном важном здесь отношении: резервуар содержит полезную жидкость для низкочастотного события с высокими последствиями и длительными периодами простоя между событиями. Аварийный запас охлаждения имеет такой же профиль, поэтому геометрия пластин, болтовые соединения и выбор покрытия следуют той же инженерной логике.
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.
Пассивный резерв при низком уровне
· Обычно размер аварийного запаса определяется временем переключения резервного пути плюс сниженной нагрузкой, удерживаемой после сброса нагрузки, и резервуар всё равно должен обеспечивать холод при низком собственном уровне.
· Атмосферный резервуар не требует приборного воздуха, контроля газового пространства и активной наддува, чтобы отдать остаточный холод, что упрощает путь отказа.
· Пожарный запас воды в Сычуани объёмом 8 930 м³ и муниципальные водяные резервуары в ОАЭ — ближайшие аналоги в наших записях для хранилища, единственное требование к которому — быть доступным, когда нормальное снабжение отсутствует.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос 1: Должен ли аварийный резервуар рассчитываться на полную ИТ-нагрузку или на защищённую нагрузку?
Ответ 1: Только на защищённую нагрузку. Расчёт на полный пик приводит к созданию более крупного сосуда для редкого условия, и разницу лучше потратить на каскад сброса нагрузки, который уменьшает то, что несёт резервуар.
Вопрос 2: Заменяет ли резервуар ИБП или генератор?
Ответ 2: Ни то, ни другое. Генераторы запускаются за секунды или минуты, а ИБП поддерживает питание цепей управления до того, как они примут нагрузку. Резервуар добавляет запас для генератора, который не запускается с первой попытки.
Вопрос 3: Какой продолжительности работы достаточно?
Ответ 3: Это зависит от схемы переключения. Объекту, который надёжно восстанавливает питание менее чем за 15 минут, требуется меньший резервуар аварийного хранения охлаждённой воды для центра обработки данных, чем тому, который должен выдержать неудачный запуск. Обычно целевые показатели составляют от 20 до 45 минут плюс резерв.
Вопрос 4: Может ли один резервуар обслуживать как аварийные нужды, так и сглаживание пиков?
A4: Да, и это распространено. Резервуар подбирается по большей из двух потребностей, а аварийный случай затем задаёт минимальный объём и верхний предел температуры.
Вопрос 5: Какой коэффициент снижения следует применять к теоретической запасаемой энергии?
Ответ 5: От 70 до 90 процентов на потери от стратификации, перемешивание в диффузоре и теплоприток через корпус и изоляцию. Принимайте нижнюю границу, когда скорость опорожнения высока относительно времени оборота резервуара.
Подбор аварийного резервуара охлаждённой воды для центра обработки данных означает измерение короткого временного окна и его сопоставление с доступным холодом. Окно определяется переключением на резервный источник, реакцией генератора и перезапуском установки; холод определяется объёмом, разностью температур и поправочным коэффициентом, отражающим реальное расслоение. Сведите оба параметра на одной странице — и объём станет очевиден, а ступенчатая схема сброса нагрузки сделает запас предсказуемым.
Ценность не в неограниченном времени работы. Она в том, что контур никогда не выходит за пределы своего температурного диапазона, пока энергоустановка возвращается в строй, что превращает перезапуск в контролируемую последовательность, а не в каскад отключений оборудования.
Связаться с инженером
Отправьте вашу цель прерывания, защищённую ИТ-нагрузку во время события и температуру подачи, которую вы можете допустить во время перезапуска установки. Мы вернём расчёт времени работы, требуемый объём и полезную dT, а также спецификацию, охватывающую класс давления, изоляцию и схему патрубков.
WhatsApp