Баки TES: Краткий справочник по тепловому аккумулированию в охлаждении центров обработки данных
Создано Сегодня
Резервуары TES: краткий справочник по тепловому хранению в системах охлаждения центров обработки данных
Резервуары TES смещают работу по охлаждению, а не создают её. В охлаждении центров обработки данных тепловая аккумуляция запасает охлаждённую воду, лёд или материал с фазовым переходом, произведённые в часы низкой нагрузки, чтобы чиллерная установка могла уменьшить мощность или простаивать в часы пиковой нагрузки. Три ключевых показателя — это полезная ёмкость в киловатт-часах, коэффициент полезного использования в процентах от теоретического значения и часы автономии при проектной нагрузке. Водяной резервуар запасает примерно 1,16 кВт·ч на кубический метр на кельвин разности температур и обычно проектируется с полезным использованием 70–90 процентов. TES не снижает общее электропотребление объекта; он перемещает и перераспределяет его.
Закупочные команды, впервые сталкивающиеся с тепловым хранением, обычно в течение одной недели встречают одну и ту же терминологию: TES, SOC, дельта T, COP, PUE, N+1. Каждый из этих терминов имеет конкретное значение в системе охлаждённой воды, и именно расхождение в определениях приводит к провалу проекта хранения. Одна сторона указывает номинальный объём резервуара, другая — полезные киловатт-часы, и в результате по контракту получается резервуар, который соответствует чертежу, но не выполняет свою задачу.
Этот справочный лист охватывает практические определения, используемые в проектах хранения данных: что представляют собой четыре маршрута TES, какие показатели важны в спецификации, какие убеждения оказываются неверными и что означает каждая аббревиатура. Используйте его перед заказом резервуара, чтобы резервуары TES на чертежах и резервуары TES в графике на площадке были одним и тем же сосудом.
Используйте его как общую базовую линию между инженером-проектировщиком, подрядчиком и поставщиком резервуаров.
Четыре маршрута TES с первого взгляда
Ощутимая охлажденная вода является эталоном. Вода охлаждается, хранится в изолированном резервуаре и возвращается на установку. Мощность определяется по формуле `Q = V x rho x cp x dT`, а диапазон проектных температур обычно составляет от 5-7 °C до 12-14 °C, что дает дельту T примерно 6 K.
Лёд повышает плотность за счёт скрытой теплоты. Лёд, образующийся на змеевиках или с помощью льдогенератора внутри водяного бака, запасает около 334 кДж на килограмм воды, превращённой в лёд, что на единицу массы значительно больше, чем при явном охлаждении. Платой за это является тепловое закорачивание между циклами и наличие промежуточного контура.
Фазопереходный материал (PCM) поддерживает температуру фазового перехода. Инкапсулированные соли или парафины плавятся и затвердевают при заданной температуре, что позволяет хранилищу находиться при температуре, отличной от температуры контура охлаждённой воды. Теплообменник всегда присутствует в контуре.
Термоклин — это вода с температурным фронтом. Две температуры воды находятся в одном баке с подвижной границей раздела между ними; зарядка осуществляется путём подачи горячей обратной воды в верхнюю часть и холодной подачи в нижнюю. Используется та же среда, что и в контуре охлаждённой воды, что упрощает компоновку форсунок.
Маршрут | Средний | Диапазон температур | Косвенный контур | Типичное применение |
Охлаждённая вода | Вода | От 5-7 до 12-14 °C | Иногда | Сглаживание пиков, буферизация, аварийное охлаждение |
Лёд | Лёд в воде | Около 0 °C | Всегда | Ретрофиты с ограниченным пространством |
Фазопереходный материал (PCM) | Инкапсулированная соль или парафин | Задаётся точкой фазового перехода | Всегда | Узкий диапазон рабочих температур |
Термоклин | Вода, два уровня | Разделение по фронту | Иногда | Длительное хранение, один резервуар |
Метрики, которые должны быть в спецификации
Полезная ёмкость в киловатт-часах. Не объём резервуара, не номинальная мощность. Размер рассчитывается из нагрузки в киловаттах, умноженной на окно хранения в часах, делённой на коэффициент полезного использования, затем делённой на объёмную плотность выбранной среды. Зал мощностью 5 МВт на восьмичасовом окне требует 40 МВт·ч располагаемого холода до учёта потерь.
Коэффициент полезного использования и почему он ниже 100 процентов. Разрушение стратификации, перемешивание на входе, тепловое короткое замыкание и утечка тепла из окружающей среды снижают извлекаемую долю. Водный маршрут обычно проектируется на 70–90 процентов от теоретического; лёд и фазопереходные материалы оказываются ниже, как только учитываются их пределы теплопередачи.
Часы автономной работы и сценарий отказа. Хранилище, приобретённое для пиковой нагрузки сети, отличается от хранилища, приобретённого для запуска генератора. Резервуар, которому приписывают, скажем, четыре часа автономной работы при частичной нагрузке, — это совсем другой сосуд, нежели тот, которому приписывают полный уровень времени работы.
1. Запасённая энергия: мегаватт-часы полезной холодопроизводительности при расчётной температуре обратной воды.
2. Окно хранения: часы в сутки, в течение которых установка рассчитывает работать на хранилище.
3. Скорость заряда и разряда: киловатты на входе и выходе, что определяет размер патрубка, площадь диффузора и нагрузку насоса.
4. Потери в режиме ожидания: процент заряда, теряемый за сутки и восполняемый при следующем заряде.
5. Коэффициент полезного использования: процент теоретической ёмкости, фактически извлекаемой.
Распространённые заблуждения
"TES снижает мой счёт за электроэнергию, запасая бесплатный холод." Это не создаёт холод. Чиллер по-прежнему производит каждый киловатт-час, часть из них — более эффективно в непиковые часы, когда температура окружающей среды ниже. Экономия возникает из-за структуры тарифов и платы за мощность, а не из-за бесплатной энергии.
"Чем больше бак, тем лучше." Хранилище, которое никогда не заряжается полностью, — это мёртвый груз. Время зарядки и запас мощности чиллера должны соответствовать размеру бака, иначе резервуар каждое утро заполняется на 60 процентов и отдаёт 60 процентов.
"Лёд всегда выигрывает у воды по занимаемой площади." Только если учитывать промежуточный контур, высоту машинного зала и нагрузку на оттайку. Прирост плотности реален; полезную холодопроизводительность с учётом потерь нужно проверять.
"Баку нужна энергия, чтобы оставаться холодным." Хорошо изолированный резервуар держит температуру днями. Энергия нужна для циркуляции, а не для хранения, поэтому атмосферный водяной бак помогает при запуске генератора.
Сокращения в графике охлаждения
TES аккумулятор тепловой энергии; в центре обработки данных холод, произведённый в часы низкой нагрузки, хранится в резервуаре.
SOC состояние заряда в процентах от полезной ёмкости, та же идея, что и у батареи.
dT или дельта T разница между подачей и обраткой в кельвинах или °C; движущая сила ёмкости воды.
COP коэффициент производительности, отношение холодопроизводительности к потребляемой электроэнергии для чиллера.
PUE эффективность использования энергии, отношение общего энергопотребления объекта к энергопотреблению ИТ.
CHW / CW подача охлаждённой воды и контур конденсаторной воды.
N+1 / 2N схема резервирования чиллерной установки.
Техническая спецификация
Пункт | Значение или вариант |
Назначение | Срезание пиков, уменьшение мощности чиллеров или автономность аварийного охлаждения |
Среда | Охлаждённая вода, лёд, PCM или термоклинная вода |
Подача / обратка | 5-7 °C подача, 12-14 °C обратка как начальный диапазон |
Дельта T | 4-6 K консервативно, 5-7 K типично для воды |
Плотность (воды) | Около 1,163 кВт·ч на м³ на К, примерно 7 кВт·ч/м³ при 6 К |
Коэффициент полезного использования | 70–90 процентов для воды, ниже для льда и фазопереходных материалов |
Состояние резервуара | Близко к атмосферному или низкое избыточное давление, если спроектирован как граница давления |
Изоляция | Минеральная вата, подобранная так, чтобы температура поверхности оставалась выше точки росы |
Подтверждение полезного использования | Измеренная ёмкость на границе установки за полный цикл |
Пример проекта
Область применения | Значение |
Проект | Хранение питьевой воды в Намибии (P-A) |
Продукт | 01 Резервуар из стекла, сплавленного со сталью |
Ёмкость | 44 900 м3 всего |
Размеры | 4 резервуара, диаметр 41,26 м, высота 8,4 м |
Завершение | Сентябрь 2022 |
Хотя наши реализованные референсные проекты в секторе водоснабжения и водоотведения включают этот питьевой объём, сфера применения ТЭС для центров обработки данных проектируется по тем же стандартам. Четыре болтовых резервуара диаметром 41,26 м служат эталоном того, как крупный почти атмосферный водяной сосуд панелизируется, транспортируется и собирается на месте, что является той же строительной основой, которую ТЭС-резервуар использует для своей оболочки и покрытия.
Инженерные возможности Center Enamel
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) занимается проектированием и изготовлением сборных резервуаров с 2008 года. Являясь 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.
Терминология, привязанная к оборудованию
· ТЭС — это общий термин, и для центра обработки данных полезное разделение — по среде хранения и по классу давления, а не по маркетинговому названию; требования к оболочке следуют этому разделению.
· Определения, которые стоит зафиксировать на раннем этапе проекта: полезная ёмкость (после смешанных и мёртвых зон), потери при хранении, скорость заряда/разряда и класс давления (атмосферная или герметичная граница).
· Наши атмосферные болтовые резервуары для хранения больших объёмов воды, поставляемые объёмом до 60 000 м³ на резервуар, являются физическим воплощением, стоящим за большинством этих определений на практике.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос 1: Снижают ли резервуары TES показатель PUE?
A1: Не напрямую. Более низкая температура конденсации ночью и большее время работы чиллера в расчётной точке могут повысить эффективность машины, а основная выгода — на стороне затрат на энергию. Прежде чем заявлять о выигрыше по PUE, рассчитайте изменение COP машины относительно изменения потерь резервуара.
В2: Какое разумное значение дельты T для резервуара охлаждённой воды?
A2: Пять-семь кельвинов типичны для диапазона 6–12 °C; четыре-шесть — консервативный выбор, когда ожидаются большие потери из-за стратификации. Более широкий диапазон снижает требуемый объём для того же запаса киловатт-часов.
Q3: Как отображается степень заряда на экране управления ЦОД?
A3: В процентах от полезной ёмкости, исходя из измеренных температур подачи и обратки, хранимого объёма и коэффициента полезного использования. Установите верхний и нижний пределы так, чтобы установка никогда не обещала больше холода, чем вмещает бак.
Q4: Должен ли бак TES быть сосудом под давлением?
A4: Нет, обычно нет. Бак с водой, близкий к атмосферному, находится вне границы давления, поэтому применимые нормы и проектирование — те, что указаны в спецификации проекта и договоре. Проект под давлением переводит сосуд, его патрубки и режим инспекции в другую область.
Q5: Может ли один бак служить и буфером, и накопителем?
A5: Да. Краткосрочный буфер для отключений чиллера и переходных процессов насосов, а также долгосрочное хранение могут использовать один резервуар, при условии, что компоновка патрубков и диффузоров это поддерживает и оператор понимает комбинированное состояние заряда.
Q6: Почему полезная ёмкость ниже теоретического значения?
A6: Стратификация, перемешивание на входе, внешние теплопритоки и диапазон температур на выходе снижают доступный отбор. Проектировщики применяют 70–90 процентов для воды и измеряют результат на границе установки.
Q7: Что должен измерять приёмочный тест?
A7: Полезные киловатт-часы на границе установки за полный цикл заряда и разряда, а также время заряда, потери в режиме ожидания и температура на выходе, достигаемая при расчётной скорости разряда. Договор на резервуар TES, в котором указаны только кубические метры, оставляет приёмочный тест предметом споров на потом.
Читайте проект хранения как набор определений, прежде чем он станет набором чертежей. Существуют четыре маршрута, пять метрик имеют значение, и аббревиатуры должны означать одно и то же для клиента, проектировщика и поставщика. Баки TES не заставляют дата-центр потреблять меньше электроэнергии; они переносят это потребление на более дешёвые часы, уменьшают чиллерную станцию и дают установке шанс пережить аварию. Правильно определите термины — и размеры сосуда последуют сами.
Поговорите с инженером
Сообщите расчётную ИТ-нагрузку, целевое окно хранения, температуры подачи и возврата чиллера и доступную площадь. Мы вернём расчёт, лежащий в основе этого справочного примера: запасаемые киловатт-часы, требуемые кубические метры, применённый коэффициент полезного использования, а также эскизную спецификацию патрубков, диффузора и изоляции. Если вы сравниваете маршруты, запросите такой же расчёт для льда и PCM, чтобы сравнение проводилось по реализуемой ёмкости.
WhatsApp