Критически важные резервуары TES для охлаждения центров обработки данных: надёжность в условиях отказов
Создано Сегодня
Баки TES, критически важные для охлаждения центров обработки данных: надёжность в условиях отказов
ТЭС-баки, критически важные для охлаждения центров обработки данных, работают как пассивный резерв. Запасённый холод покрывает потребности объекта при отказе чиллера или аварии в электросети, пока запускаются генераторы и ИБП, поскольку атмосферный водяной бак не требует внешнего питания для поддержания давления и нуждается в электроэнергии только для циркуляции. Рассчитывайте резерв исходя из нагрузки, которая должна выжить, допустимой для нагрузки температуры на выходе и часов автономии, с учётом коэффициента полезного использования 70–90 процентов. Режимы отказа, которые исчерпывают этот резерв, — это коллапс стратификации, замерзание в патрубках и опорах, намокание изоляции и заклинивание диффузора, а не сам корпус.
Проектирование надёжности начинается с вопросов, которые никто не хочет задавать во время аварии: как долго установка должна оставаться холодной при отказе чиллеров и что принимает нагрузку, пока генераторы не выйдут на номинальную частоту? Для обычной установки ответ механический: маховик, ИБП, аварийная охлаждённая вода или второй ввод от сети. Добавление теплового накопителя меняет арифметику, потому что резерв охлаждения уже находится в здании в виде воды в баке.
Это изменение полезно, но не бесплатно. Накопитель вносит свои собственные режимы отказа: бак, который расслаивается в тёплую смесь, сопла, которые замерзают у оболочки, облицовка, которая скрывает влажную стену, диффузор, который застревает в неправильном положении.
В этой статье рассматриваются условия отказа, которые должен выдерживать бак охлаждения для критически важных задач, как рассчитывается время автономной работы, какие режимы отказа его сокращают и что должно требовать техническое задание.
Что требуется от бака
Проведите установку через окно переноса. Отказ инженерных систем — это не отключение на секунды; запуск генератора, переключение ATS, сброс нагрузки и возврат второго ввода занимают минуты, и критическая нагрузка не должна испытать отклонение температуры в этом окне. Запасённый холод покрывает этот разрыв без участия движущихся частей.
Поддержите последовательность запуска генератора. Аварийное питание поступает поэтапно. Насосы охлаждённой воды, вентиляторы градирни и питание цепей управления включаются по мере стабилизации генераторов, и во время наращивания мощности резервуар является единственным источником, питающим критическую ветвь.
Поглотите отключение чиллера. Отключение одного чиллера по низкому давлению хладагента или из-за неисправности VSD — это штатная ситуация, и хранилище, рассчитанное только на перевод на генератор, меньше сосуда, необходимого для отключения двух чиллеров в жаркий день.
Поддерживайте температуру, а не только объём. Резервуар отдаёт энергию только пока температура на выходе остаётся в пределах проектного диапазона; как только температура смешанного потока на выходе превышает верхнюю границу, запас исчерпан, а холодная вода всё ещё остаётся на дне.
Для резервуаров TES, критически важных для охлаждения центров обработки данных, эти задачи задают четыре входных параметра для расчёта размера: нагрузка выживания, окно автономии, коэффициент полезного использования и допустимый диапазон температуры на выходе. Нагрузка выживания — это охлаждение, необходимое критическим залам, меньше общей нагрузки ИТ после отключения залов. Автономия — это минуты для переключения или часы, если накопитель также покрывает простой чиллерной станции. Полезное использование — это запасаённые киловатт-часы, умноженные на коэффициент от 70 до 90 процентов, а не номинальная мощность. Диапазон температуры на выходе — это температура, которую выдерживает нагрузка, и она определяет, когда резерв считается исчерпанным.
Расчёт автономного времени работы
Начинайте с нагрузки, а не с резервуара. Умножьте аварийную нагрузку в киловаттах на время автономии в часах, чтобы получить полезные киловатт-часы, разделите на коэффициент полезного использования и на плотность среды, чтобы получить объём. При дельте 6 K вода удерживает около 7 кВт·ч на кубический метр до применения коэффициента, поэтому аварийная нагрузка 2 МВт в течение трёх часов требует примерно 850 м3 полезного запаса, или около 1 100 м3 резервуара.
Затем проверьте скорость разряда. При таких размерах ёмкость редко является ограничивающим фактором. Диаметр патрубка, площадь диффузора и производительность насоса определяют, как быстро холод уходит из сосуда; резервуар, который разряжается слишком медленно, достигает конца своей автономии, когда холод всё ещё внутри.
Проверьте условие возврата. Для полной зарядки необходимо, чтобы чиллерная установка успела вернуть температуру до диапазона подачи в течение доступных часов. Если к рассвету зарядка достигает лишь частичного уровня, установка не должна рассчитывать на такое же количество часов разрядки.
Честно учитывайте вклад бака в модель надёжности. Проектировщики обычно задают накопителю определённый автономный вклад в рамках сценария одновременного обслуживания, наряду с ИБП и генераторным трактом, а не неограниченное время работы.
Условие | Роль накопителя | Планируемая длительность | Проектный параметр |
Отключение внешнего электроснабжения, переключение на генератор | Основной источник холода | Минуты | Время переключения плюс запас |
Запуск и выход генератора на режим | Основной источник холода | Минуты с начала выхода на режим | Доступность питания насосов |
Аварийное отключение одного чиллера | Поглощение переходного процесса установки | Минуты | Исследование совпадения аварийных отключений |
Отказ чиллерной станции | Резервное охлаждение | Часы | Коэффициент готовности и диапазон температуры на выходе |
Отказ насоса или системы управления | Не покрывается | Не зачитывается | Изолировать и диагностировать |
Режимы отказов, сокращающие запас
Стратификация разрушается незаметно. Для резервуаров TES, критически важных для охлаждения центров обработки данных, входной диффузор должен быть правильно подобран по размеру и расположению; если он недостаточного размера или заклинил в открытом положении, тёплая обратная вода смешивается с холодным слоем, и выходная вода нагревается раньше времени. Проектируйте скорость на входе 0,5–1 м/с, подбирайте диффузор под пиковый расход и следите за тем, чтобы внутри резервуара не было препятствий, способствующих перемешиванию.
Замерзание в опорах и патрубках быстро выводит резервуар из строя. Мостик холода в седловой опоре или неизолированный патрубок опускает локальную температуру поверхности ниже нуля, окружающая вода замерзает, и расширение вызывает трещины в соединении или трубе. Стандартное решение — термические разрывы под седловыми опорами, изолированные гильзы патрубков и непрерывная пароизоляция.
Влажная изоляция скрывает коррозию. Конденсат, проникающий в шов облицовки, увлажняет минеральную вату, вата уплотняется, потери в режиме ожидания растут, а пропуск в покрытии вызывает коррозию под поверхностью, которая всё ещё выглядит нормально. Пароизоляция и вентилируемая облицовка поддерживают оболочку сухой.
Зависимые от питания вспомогательные устройства выходят из строя раньше самой оболочки. Датчики уровня, клапаны с электроприводом на выходе, приводы диффузоров и смесители нуждаются в питании, поэтому каждое устройство с питанием подключено к аварийной шине с определённым положением при потере питания. Замёрзший дренаж или потерявший питание греющий кабель выводят аппарат из эксплуатации в самый неподходящий момент.
Технические характеристики
Параметр | Типичное значение или опция |
Назначение | Резервирование переключением на генератор, поглощение отключения чиллера, короткая автономность |
Нагрузка выживания | Проектная мощность охлаждения только для критических залов |
Автономность | Минуты для переключения, часы при зачёте простоя установки |
Коэффициент готовности | 70-90 процентов теоретически запасённой энергии |
Диапазон подачи / обратки | Подача 5-7 °C, обратка 12-14 °C |
Тип резервуара | Близкий к атмосферному или под давлением, если это указано в проекте |
Скорость на входе | 0,5-1 м/с на диффузоре |
Контроль мостиков холода | Терморазрыв седловой опоры, изолированные гильзы патрубков, пароизоляция |
Электрические комплектующие | Датчик уровня, моторизованный клапан, привод на аварийной шине |
Изоляция | Запорные клапаны подачи и обратки плюс байпас резервуара |
Приёмка | Отпущенные киловатт-часы и температура на выходе при реальной передаче |
Резервуары TES, критически важные для охлаждения центров обработки данных, проектируются по этой таблице до запроса коммерческого предложения у поставщика, чтобы автономность, удобство использования и приёмочные испытания были определены в одном документе.
Пример проекта
Поле | Значение |
Проект | Китай, Сычуань, противопожарный запас воды (P-C) |
Продукт | 01 Резервуар из стекла, наплавленного на сталь |
Емкость | 8 930 м3 всего |
Размеры | 2 резервуара, диаметр 19,87 м, высота 14,4 м |
Завершение | Ноябрь 2023 |
Хотя наши реализованные референсные проекты в секторе водоснабжения и водоотведения включают этот объём противопожарной воды, объём TES для центра обработки данных проектируется по тем же стандартам. Два болтовых резервуара диаметром 19,87 м, построенные для надёжного удержания воды без системы принудительного давления, — это тот же аргумент надёжности, который приводит резерв охлаждённой воды: крупный сосуд, близкий к атмосферному, содержимое которого удерживается средой и изоляцией, а не активным устройством.
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.
Поведение пассивного резерва
· Атмосферный резервуар сам по себе не имеет насосов, контроля газового пространства или герметичной границы; когда установка теряет питание, накопленный холод остаётся на месте — именно это свойство надёжности и приобретает зал, критически важный для выполнения задач.
· Эмалированные или сварные корпуса из углеродистой стали со стандартной изоляцией сохраняют это свойство во всём объёме хранения, а сборный корпус можно инспектировать отсек за отсеком, пока остальная часть остаётся в работе.
· Пожарные и аварийные резервуары воды в наших записях, например, сычуаньская пара на 8 930 м³, существуют по той же причине: резерв должен оставаться доступным, пока другие подсистемы не работают.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос 1: Может ли резервуар для хранения действительно охлаждать центр обработки данных без электросети?
A1: Да, для определённого окна. Атмосферный резервуар сохраняет холод без какого-либо активного устройства; только циркуляция требует питания, и она работает от аварийной шины. Учитывайте его с автономностью, которую даёт расчётный анализ, а не с неограниченным временем работы.
Q2: Как рассчитать автономность для переключения на генератор?
A2: Умножьте нагрузку охлаждения для выживания на время переключения в часах плюс запас, разделите на коэффициент полезного использования и плотность среды. Для нескольких минут переключения сосуд мал; для часов он превращается в резервуарный парк.
Q3: Что лучше для резервного режима — резервуар под давлением или атмосферный?
A3: Атмосферный — более простой резерв, потому что он удерживает содержимое без системы наддува. Сосуд под давлением добавляет зависимость от этой системы именно в тех условиях, когда резервуар вам нужен.
Q4: Какова наиболее распространённая причина недостаточной эффективности резервуара при отключении?
A4: Смешивание. Когда расположение входа или выхода не обеспечивает разделение температурных слоёв, смешанный поток на выходе нагревается раньше, и запас расходуется, пока холодная вода остаётся на дне.
Вопрос 5: Должны ли приборы резервуара быть подключены к аварийному питанию?
Ответ 5: Те, которые важны для отказоустойчивости, должны. Индикация уровня, привод выпускного клапана и любой привод диффузора должны срабатывать по аварийному пути с определенным безопасным положением при потере питания.
Вопрос 6: Как проверяется производительность резервуара перед сдачей?
Ответ 6: Проведите передачу на реальной установке: изолируйте чиллер или магистральную подачу, переведите нагрузку на резервуар и зафиксируйте отпущенные киловатт-часы, температуру на выходе и время до ограничения. Только паспортная мощность не является доказательством.
Вопрос 7: Выходит ли из строя изоляционная оболочка во время длительных периодов простоя?
Ответ 7: Она медленно деградирует из-за конденсации. Вентилируемая обшивка, пароизоляция и расчет точки росы для толщины сохраняют вату сухой между циклами.
Резервуар заслуживает места в исследовании надёжности только в том случае, если анализ отказов охватывает его. Запасите достаточно холода для сохранившейся нагрузки на период передачи, честно примените коэффициент готовности, рассчитайте путь разряда так, чтобы холод мог уходить, и устраните режимы отказов, которые сокращают запас, а именно смешивание, замерзание в мостиках холода и влажную изоляцию. Резервуары TES, критически важные для охлаждения центров обработки данных, тогда работают как задумано: пассивный резерв, который выигрывает минуты, необходимые установке для запуска собственных машин.
Связаться с инженером
Отправьте нагрузку на выживание в киловаттах, окно передачи в минутах или часах, допустимую температуру на выходе и схему аварийного питания, и мы вернём расчёт автономности, объём резервуара с применённым коэффициентом полезного использования, а также спецификацию сопла, диффузора и холодного моста. Для существующей установки запросите проверку отказоустойчивости текущего расчёта хранилища и последовательности управления перед следующим окном ввода в эксплуатацию.
WhatsApp