ڈیٹا سینٹرز کے لیے تھرمل انرجی اسٹوریج ٹینک: پانی، برف اور PCM کا موازنہ
سائنچ کی آج
ڈیٹا سینٹرز کے لیے تھرمل انرجی اسٹوریج ٹینک: پانی، برف، اور PCM کا موازنہ
ٹھنڈا پانی زیادہ تر سائٹس کے لیے سب سے کم خطرے کا راستہ ہے۔ ڈیٹا سینٹرز کے لیے تھرمل انرجی اسٹوریج ٹینک جو پانی رکھتے ہیں، تقریباً 1.16 کلو واٹ گھنٹہ فی مکعب میٹر فی کیلون ذخیرہ کرتے ہیں، جو نقصانات سے پہلے 6 K ڈیلٹا پر تقریباً 7 کلو واٹ گھنٹہ فی مکعب میٹر بنتا ہے۔ برف مساوی حجم پر اس سے کئی گنا زیادہ کثافت دیتی ہے لیکن اس میں جمع کرنے، ڈیفروسٹ اور ایک بالواسطہ لوپ شامل ہوتا ہے۔ PCM دونوں کے درمیان آتا ہے اور عام طور پر فی قابل استعمال کلو واٹ گھنٹہ زیادہ مہنگا پڑتا ہے۔ پانی کے ٹینک تقریباً ماحولیاتی دباؤ پر ہوتے ہیں جن میں پختہ موصلیت، اسٹریٹیفکیشن کنٹرول اور فیبریکیشن پریکٹس ہوتی ہے۔ ڈیٹا سینٹرز کے لیے تھرمل انرجی اسٹوریج ٹینک تین میڈیا میں مخصوص کیے جاتے ہیں - ٹھنڈا پانی، برف اور فیز چینج میٹریل - اور ہر میڈیم صرف برتنوں کی تعداد نہیں بلکہ شیل کو بھی بدلتا ہے۔
ریک کثافت مسلسل بڑھ رہی ہے، اور اس کے ساتھ IT بوجھ سے حرارت ہٹانے پر خرچ ہونے والی سائٹ توانائی کا حصہ بھی۔ چلرز سب سے خراب گھنٹے کے لیے سائز کیے جاتے ہیں، اوسط کے لیے نہیں، اور وہی گھنٹہ آلات کے بل اور ڈیمانڈ چارج دونوں کا تعین کرتا ہے۔ تھرمل انرجی اسٹوریج کولنگ کو سستے گھنٹوں میں منتقل کرتی ہے: پلانٹ آف پیک پر سخت محنت کرتا ہے، ٹینک بھرتا ہے، اور دوپہر کے عروج پر ذخیرہ شدہ سردی کے سہارے چلتا ہے۔
تین ذرائع اس ٹھنڈک کو برقرار رکھتے ہیں۔ ایک طبقہ دار موصل ٹینک میں ٹھنڈا پانی حوالہ جاتی ڈیزائن ہے۔ برف، جو کوائلز پر بنتی ہے یا پانی کے ٹینک کے اندر مشین کے ذریعے حاصل کی جاتی ہے، فی مکعب میٹر توانائی بڑھاتی ہے۔ انکیپسولیٹڈ فیز چینج میٹریلز ٹھوس سے مائع منتقلی کے ذریعے اسی مقصد کو حاصل کرتے ہیں۔ تینوں چوٹی چلر ٹننج کو کم کرتے ہیں؛ ان میں سے کوئی بھی کل سائٹ کلو واٹ گھنٹے کو کم نہیں کرتا، اور ہر ایک لے آؤٹ، کنٹرولز اور دیکھ بھال کے منصوبے کو تبدیل کرتا ہے۔
یہ موازنہ ان اعداد و شمار کے ذریعے کام کرتا ہے جو ڈیٹا سینٹرز کے لیے تھرمل انرجی اسٹوریج ٹینک کی خریداری کا فیصلہ کرتے ہیں: فی مکعب میٹر صلاحیت، فی قابل استعمال کلو واٹ گھنٹہ لاگت، ذخیرہ شدہ ٹھنڈک کا کتنا حصہ نکالا جا سکتا ہے، اور ہر راستہ بیک وقت دیکھ بھال کے قابل ہونے کے تحت کیسا برتاؤ کرتا ہے۔
تینوں راستے اصل میں کیا ذخیرہ کرتے ہیں
ذخیرہ کی کثافت ٹینک کا سائز طے کرتی ہے۔ مائع ٹینک کے لیے، گنجائش `Q = V x rho x cp x dT` کے مطابق ہوتی ہے۔ تقریباً 1000 kg/m3 اور 4.186 kJ/kg.K پر پانی ہر کیوبک میٹر فی کیلون 4.186 MJ رکھتا ہے، تقریباً 1.163 kWh/m3.K۔ عام 6 K بینڈ میں 6 ڈگری سینٹی گریڈ سے 12 ڈگری سینٹی گریڈ تک یہ تقریباً 7 kWh/m3 ہے۔
برف بڑے پیمانے کی تبدیلی کو اویکت حرارت سے بدلتی ہے۔ 334 kJ/kg پر جمنا حساس ٹھنڈک کے مقابلے میں فی یونٹ کمیت میں کہیں زیادہ ذخیرہ کرتا ہے، لہٰذا برابر جگہ کا لپیٹے ہوئے کوائل یا ہارویسٹ ٹینک پانی کے ٹینک سے کئی گنا زیادہ سردی رکھتا ہے۔ برف کی تہہ کے ذریعے حرارتی شارٹنگ چکروں کے درمیان خاموشی سے اس فائدے کو کھا جاتی ہے۔
PCM دونوں کے درمیان، ایک ہیٹ ایکسچینجر کے پیچھے بیٹھتا ہے۔ انکیپسولیٹڈ نمکیات یا پیرافن ایک مقررہ درجہ حرارت پر مرحلہ تبدیل کرتے ہیں اور عام طور پر ایک درمیانی لوپ کے پیچھے رکھے جاتے ہیں، جو خول اور منتقلی کے رقبے کو شمار کرنے کے بعد فی کیوبک میٹر اویکت حرارت کا ایک حصہ رکھتا ہے۔
یہ تینوں کثافتیں ڈیٹا سینٹرز کے لیے حرارتی توانائی ذخیرہ کرنے والے ٹینکوں کا حجم مقرر کرتی ہیں۔ ایک ہی ڈیوٹی کے لیے پانی کو سب سے زیادہ مکعب میٹر درکار ہوتا ہے، برف کو سب سے کم، اور PCM درمیان میں۔
1. پانی: فی kWh سب سے کم لاگت، سب سے بڑا ٹینک، بہت سے ڈیزائنوں میں براہ راست چلر ٹائی اِن۔
2. برف: کمپیکٹ، بالواسطہ، اور کوائل پر بلند درجہ حرارت کا نقطہ نظر۔
3. پی سی ایم: کمپیکٹ سے درمیانہ، انکیپسولیشن اور فیز سیپریشن کے امور پر نظر رکھیں۔
سرمایہ لاگت، فٹ پرنٹ اور پلانٹ لے آؤٹ
ٹینک کا حجم نظر آنے والی لاگت ہے؛ پلانٹ کا توازن خاموش ہے۔ پانی کے ٹینک کو ایک موصل شیل، inlet اور outlet nozzles، ایک diffuser، ایک پمپ اور کنٹرولز کی ضرورت ہوتی ہے۔ برف اور پی سی ایم ایک ہیٹ ایکسچینجر پیکج، ایک ثانوی فلوئڈ لوپ، اور برف کی صورت میں ایک ڈیفروسٹ ترتیب شامل کرتے ہیں جو چلنے کے دوران ٹینک سے نکالتی ہے۔
فٹ پرنٹ تنگ کیمپس میں راستہ منتخب کرتا ہے۔ جہاں ایک فالتو ٹینک فارم موجود ہو، وہاں پانی کا ذخیرہ ہر آپریشنل زمرے میں ذخیرہ شدہ کلو واٹ گھنٹے فی لاگت پر جیت جاتا ہے۔ جہاں سلیب کا رقبہ مقرر ہو لیکن مشین روم کی اونچائی موجود ہو، وہاں برف یا پی سی ایم کو فی کلو واٹ گھنٹہ زیادہ لاگت پر بھی جائز قرار دیا جاتا ہے، کیونکہ متبادل ایک دوسری چلر عمارت ہے۔
دباؤ کی حالت ساختی دائرہ کار کو تبدیل کرتی ہے۔ تقریباً فضا کے دباؤ پر موجود پانی کا ٹینک دباؤ کی حد سے باہر ہوتا ہے، لہٰذا نوزلز اور سوراخ صرف ہائیڈرولک بوجھ کے لیے ڈیزائن کیے جاتے ہیں۔ دباؤ والی آئس مشینیں مثبت گیج پریشر پر ہوتی ہیں اور اپنے ساتھ برتن، اس کی مضبوطی اور اس کا معائنہ نظام لاتی ہیں۔
· ٹھنڈا پانی: قابل استعمال کلو واٹ گھنٹے کے حساب سے سب سے کم سرمایہ، سب سے بڑا رقبہ، بہت سے ڈیزائنوں میں کوئی بالواسطہ لوپ نہیں۔
· برف: پانی کے ٹینک سے دو سے چار گنا سرمایہ، کمپیکٹ رقبہ، ہمیشہ بالواسطہ لوپ۔
· پی سی ایم: درمیانے سے زیادہ سرمایہ، کمپیکٹ سے درمیانہ رقبہ، ہمیشہ بالواسطہ لوپ۔
قابل استعمال کارکردگی، نقصانات اور نکاسی
چارج اور ڈسچارج کی کارکردگی مختلف ہوتی ہے۔ پانی کا ٹینک موصلیت اور مکسنگ کی وجہ سے روزانہ مواد کا ایک چھوٹا حصہ کھو دیتا ہے، اور ڈیزائنرز استحکام، شارٹنگ اور مکسنگ نقصان کے بعد قابل استعمال صلاحیت کے لیے نظریے کا 70-90 فیصد استعمال کرتے ہیں۔
برف تھرمل شارٹنگ سے کھو دیتی ہے۔ لفافے کو عبور کرنے والی حرارت اس برف کو پگھلا دیتی ہے جو کبھی استعمال کے لیے چارج نہیں کی گئی تھی، لہذا پلانٹ کو زیادہ چارج کرنا پڑتا ہے۔ موصلیت کا معیار اور برتن کی جیومیٹری اس شرح کا تعین کرتی ہے۔
PCM ٹرانسفر کی طرف سے کھو دیتا ہے۔ فیز چینج لیئر میں کم چالکتا چارج اور ڈسچارج پاور کو حجم کے بجائے سطح کے رقبے سے محدود کرتی ہے، لہذا چوٹی کی شرح کے لیے سائز بڑھانے سے برتن بڑھتا ہے اور کثافت کا فائدہ کم ہوتا ہے۔
راستہ | نظریاتی کثافت | قابل استعمال حصہ | نقصان کا بنیادی طریقہ کار |
ٹھنڈا پانی | ~1.16 kWh/m3.K | 70-90 فیصد | تہہ بندی کا خاتمہ، محیطی رساؤ |
برف | پانی سے کئی گنا | چارج کا 60-85 فیصد | حرارتی شارٹنگ، ڈیفروسٹ انخلا |
PCM | درمیانی حد | مخفی کا 60-80 فیصد | ترسیل محدود منتقلی، علیحدگی |
آپریشن، دیکھ بھال اور ناکامی کا رویہ
پانی کے نظام آہستہ اور واضح طور پر ناکام ہوتے ہیں۔ تہہ بندی ختم ہوتی ہے، ڈفیوزر خراب ہوتے ہیں، اور زیادہ درجہ حرارت والا ریٹرن ٹینک کو مکس کر دیتا ہے۔ کیمسٹری وہی ہے جو پلانٹ پہلے سے چلا رہا ہے: بائیو سائیڈ، انحیبیٹر، اسکیل کنٹرول اور وقتاً فوقتاً صفائی۔
برف کے پلانٹس میں مکینیکل فہرست ہوتی ہے۔ کوائل اسکیلنگ، آئس بریجنگ، ڈیفروسٹ والو اسٹکشن اور لوپ رساؤ بار بار ہوتے ہیں، سب ایک موصل برتن کے اندر، جو رسائی کو مشکل بناتا ہے۔
PCM مادی استحکام کی اشیاء شامل کرتا ہے۔ انکیپسولنٹ نقصان، نمک ہائیڈریٹس میں علیحدگی اور ایکسچینجر فاؤلنگ میں سے ہر ایک کو پہلے دن سے لائیو مانیٹرنگ پوائنٹ کی ضرورت ہوتی ہے۔ عملی طور پر، پانی کے ٹینک کے لیے inlet اور outlet درجہ حرارت، لیول اور ڈفیوزر رفتار، آئس پلانٹ کے لیے ڈیفروسٹ فریکوئنسی اور آئس فریکشن، اور PCM سکڈ کے لیے چارج اور ڈسچارج پاور کے ساتھ فیز بینڈ ڈرفٹ لاگ کریں۔
تکنیکی تفصیلات
آئٹم | ٹھنڈا پانی TES | آئس TES | PCM TES |
اسٹوریج میڈیم | پانی، 5-7 سے 12-14 ڈگری سینٹی گریڈ | پانی میں برف، کوائل یا ہارویسٹ | انکیپسولیٹڈ نمک یا پیرافن |
صلاحیت کا فارمولا | Q = V x rho x cp x dT | m x 334 kJ/kg، کم شارٹنگ | m x اویکت حرارت، کم HX penalty |
قابل استعمال بینڈ | 5-7 K ڈیلٹا | تقریباً 0 ڈگری سینٹی گریڈ پگھلنے کا نقطہ | مقررہ فیز چینج درجہ حرارت |
دباؤ کی حالت | تقریباً ماحولیاتی | کم مثبت گیج | ماحولیاتی سے کم گیج |
موصلیت | معدنی اون، ایلومینیم کلیڈنگ | بھاری دیوار، بخارات کی مہر | معدنی اون، بخارات کی مہر |
حرارت مبدل | ہمیشہ ضروری نہیں | ہمیشہ | ہمیشہ |
چوٹی خارج ہونے والی طاقت | نوزل، پمپ اور ڈفیوزر | کوائل کی سطح کا رقبہ | ترسیل کا راستہ اور رقبہ |
شیل کا دائرہ کار | ڈیٹا سینٹرز کے لیے حرارتی توانائی ذخیرہ کرنے والے ٹینک وہی شیل، کوٹنگ اور موصلیت کا دائرہ کار استعمال کرتے ہیں جو کسی بھی بڑے ماحولیاتی پانی کے برتن کا ہوتا ہے | ||
ڈیزائن کے حوالہ جات | AWWA D103 پریکٹس، ASHRAE DC9 رہنمائی | برتن کی پریکٹس، مشین کی تفصیلات | برتن کی پریکٹس، مواد کی تفصیلات |
پروجیکٹ کیس
فیلڈ | ویلیو |
پروجیکٹ | نمیبیا پینے کے پانی کا ذخیرہ (P-A) |
پروڈکٹ | 01 گلاس-فیوزڈ-ٹو-اسٹیل ٹینک |
صلاحیت | کل 44,900 m3 |
ابعاد | 4 ٹینک، قطر 41.26 میٹر، اونچائی 8.4 میٹر |
تکمیل | ستمبر 2022 |
اگرچہ پانی اور گندے پانی کے شعبے میں ہمارے فراہم کردہ ریفرنس پروجیکٹس میں یہ پینے کے قابل دائرہ شامل ہے، ڈیٹا سینٹر TES دائرہ اسی معیار کے مطابق انجینئر کیا گیا ہے۔ 41.26 میٹر قطر کے چار بولٹڈ ٹینک پینل کی تعداد، شیل قطر اور سائٹ اسمبلی کی ترتیب کو ظاہر کرتے ہیں جو ایک بڑے ایٹماسفیرک واٹر ویسل کے لیے درکار ہوتی ہے۔ ڈیٹا سینٹرز کے لیے تھرمل انرجی اسٹوریج ٹینک اسی شیل دائرے کے وارث ہوتے ہیں جب میڈیم پانی ہو اور برتن تقریباً ایٹماسفیرک پریشر پر رہے۔
سینٹر اینامل انجینئرنگ کی صلاحیت
سینٹر اینامل (شیجیاژوانگ ژینگژونگ ٹیکنالوجی کمپنی لمیٹڈ) نے 2008 سے بولٹڈ اسٹوریج ٹینک ڈیزائن اور تیار کیے ہیں۔ چین میں پہلی گلاس فیوزڈ ٹو اسٹیل (GFS) ٹینک بنانے والی کمپنی کے طور پر، کمپنی کے پاس تقریباً 200 اینامل سے متعلق پیٹنٹ ہیں، سالانہ تقریباً 300,000 اینامل لیپت اسٹیل پلیٹیں تیار کرتی ہے، 30,000 سے زیادہ نصب شدہ منصوبے مکمل کر چکی ہے اور 100 سے زیادہ ممالک کو اپنے ٹینک فراہم کرتی ہے۔ پیداواری صلاحیت بڑھانے کے لیے نیا 150,000 مربع میٹر پیداواری مرکز شامل کیا گیا، اور سنگل ٹینک 60,000 مکعب میٹر تک فراہم کیے جاتے ہیں۔ مینوفیکچرنگ ISO 9001 اور ISO 45001 کے تحت چلتی ہے، جس میں مصنوعات کی سرٹیفیکیشن بشمول NSF/ANSI 61، WRAS، FDA، LFGB، CE (EN 1090)، ISO 28765، FM، BSCI اور EUROCODE شامل ہیں، اور ڈیزائن AWWA D103-09، AWWA C550 اور NFPA کے حوالے سے تیار کیا جاتا ہے جہاں اطلاق کا تقاضا ہو۔
درمیانہ بمقابلہ شیل کی ضرورت
· پانی، برف اور PCM میں سے ہر ایک شیل کی مختلف ضرورت عائد کرتا ہے: پانی کو حجم اور موصلیت کی ضرورت ہوتی ہے، برف کو اندرونی کوائل یا ہیڈر کی ضرورت ہوتی ہے، PCM کو کیپسول بنڈل کی ضرورت ہوتی ہے جسے ٹینک کو ہندسی طور پر ایڈجسٹ کرنا ہوتا ہے۔
· سب سے کم خطرے والا پہلا قدم کولنگ لوڈ وکر سے سائز کیا گیا ماحولیاتی پانی سے بھرا شیل ہے، کیونکہ یہ ہائیڈرولک اور کنٹرول ڈیزائن کو بنیادی پلانٹ سے غیر تبدیل شدہ چھوڑ دیتا ہے۔
· نمیبیا 44,900 m³ اسکیم کی قیادت میں ہماری واٹر ٹینک ڈیلیوریاں، پانی پر مبنی اسٹور کے لیے براہ راست نظیر ہیں۔
اکثر پوچھے جانے والے سوالات
سوال 1: کیا آئس اسٹوریج لاگت کے لحاظ سے ہمیشہ ٹھنڈے پانی کو مات دیتی ہے؟
جواب 1: نہیں۔ برف فی مکعب میٹر زیادہ سردی رکھتی ہے، اس لیے برتن چھوٹا ہوتا ہے، لیکن مشین پیکج، ڈیفروسٹ ترتیب اور بالواسطہ لوپ قابل استعمال کلو واٹ گھنٹے کی لاگت بڑھا دیتے ہیں۔ زمین دستیاب ہونے پر، پانی کم وقت میں سرمایہ کاری واپس کرتا ہے۔
سوال 2: آٹھ گھنٹے کی چوٹی کٹوتی کے لیے مجھے کتنے ٹینک والیوم کی ضرورت ہے؟
جواب 2: پہلے ذخیرہ شدہ کلو واٹ گھنٹے کا تعین کریں: لوڈ کلو واٹ میں ضرب شفٹ کے گھنٹے، تقسیم قابل استعمال عنصر، پھر منتخب میڈیم کی کثافت سے تقسیم کریں۔ 6 K پر، پانی 70-90 فیصد عنصر سے پہلے تقریباً 7 kWh/m3 فراہم کرتا ہے۔
سوال 3: کیا پانی کا TES ٹینک بجلی کی بندش کے دوران مدد کرتا ہے؟
A3: یہ مدد کرتا ہے۔ ٹھنڈا ذخیرہ پلانٹ کو ڈھانپتا ہے جبکہ جنریٹر اور UPS یونٹس شروع ہوتے ہیں، اور ایک ایٹماسفیرک ٹینک دباؤ والی سپلائی کے بغیر بہاؤ فراہم کرتا ہے۔ ڈیزائنرز اسے ایک متعین خودمختار رن ٹائم کا سہرا دیتے ہیں، نہ کہ لامحدود رن ٹائم۔
سوال 4: کیا آئس یا پی سی ایم ٹینک موجودہ چلڈ واٹر پلانٹ میں شامل ہو سکتا ہے؟
جواب 4: جی ہاں، ایک بالواسطہ جزیرے کے طور پر جس کا اپنا ایکسچینجر اور لوپ ہو۔ انٹرفیس دو کنکشنز اور ایک کنٹرول سگنل پر مشتمل ہے، لہذا موجودہ چلرز اپنا پلانٹ انٹرفیس نئے اسٹوریج کے پیچھے برقرار رکھتے ہیں۔
سوال 5: کون سا میڈیم خراب پانی کے معیار کا بہترین مقابلہ کرتا ہے؟
جواب 5: فیکٹری میں لگایا گیا انامیل یا فیوژن-بونڈڈ ایپوکسی اندرونی حصہ شیل کو ذخیرہ شدہ پانی سے رابطے سے دور رکھتا ہے، لہذا کیمسٹری اسٹیل کے بجائے پانی کے پہلو کو متاثر کرتی ہے۔ دونوں ہر چند سال بعد معائنے کے لیے کھولے جانے والے ٹینک کے لیے فیلڈ-مرمت کے قابل ہیں۔
سوال 6: موصل ٹینک پر اسٹینڈ بائی نقصان کیا ہے؟
جواب 6: اچھی طرح سے موصل وایمنڈلیی ٹینک روزانہ چارج کا ایک چھوٹا سا حصہ کھو دیتا ہے، جو اگلے چکر میں بدل دیا جاتا ہے۔ موصلیت کی موٹائی، بخارات کی سیلنگ اور سپورٹ کی تفصیلات شیل کے مواد سے زیادہ اہم ہیں۔
سوال 7: کیا پی سی ایم پائلٹ پہلے چلانا قابل قدر ہے؟
A7: زیادہ تر آپریٹرز ایک غیر اہم ہال پر ایک برتن کا تجربہ کرتے ہیں تاکہ چارج اور ڈسچارج پاور، فیز بینڈ ڈرفٹ اور فاؤلنگ کو لاگ کیا جا سکے، جس سے یہ معلوم ہوتا ہے کہ فیز چینج ٹمپریچر ریٹرن واٹر سے مطابقت رکھتا ہے یا نہیں۔
تینوں راستے سردی کو مختلف انداز میں ذخیرہ کرتے ہیں، اور فی کلو واٹ گھنٹہ صرف ایک سستا ہے۔ پانی کی سرمایہ لاگت سب سے کم، ہائیڈرولک انٹرفیس سب سے سادہ اور دیکھ بھال کا ریکارڈ سب سے طویل ہے، جس کی قیمت حجم کی صورت میں ادا کی جاتی ہے۔ برف کمپیکٹ پن کو زیادہ لاگت اور متحرک پرزوں کے بدلے خریدتی ہے۔ پی سی ایم ایک قابلِ ترتیب درجہ حرارت کی پٹی پیش کرتا ہے اور اس کی قیمت منتقلی کے رقبے اور مواد کے انتظام کی صورت میں ادا کرتا ہے۔ جہاں زمین دستیاب ہو اور دورانیہ طویل ہو، وہاں پانی کا ٹینک حوالہ جواب ہے، اور باقی دو کی جوازیت تھرموڈائنامکس کی بجائے زیرِ استعمال رقبے سے ہے۔
Talk to an Engineer
ہال کا بوجھ kW میں، اسٹوریج ونڈو گھنٹوں میں، چلر کی سپلائی اور ریٹرن ٹمپریچر، اور ٹینک کے لیے دستیاب پلانٹ لے آؤٹ بھیجیں۔ ہم کیوبک میٹر میں سائزنگ کیلکولیشن، اسٹریٹیفکیشن اور نقصان کے عنصر کے بعد قابل استعمال کلو واٹ گھنٹے، اور نوزل، ڈفیوزر اور انسولیشن کی تفصیلات واپس کریں گے۔ میڈیا موازنے کے لیے، برف اور PCM کے لیے وہی کیلکولیشن طلب کریں تاکہ انتخاب قابل استعمال صلاحیت پر منحصر ہو، نہ کہ نام پلیٹ کثافت پر۔
واٹس ایپ