Bồn Tích Nhiệt Nước Lạnh: So Sánh Nước Lạnh, Băng và Vật Liệu Chuyển Pha
Tạo vào Hôm nay
Bể lưu trữ nhiệt nước lạnh: So sánh nước lạnh, băng và chuyển pha
Đối với hầu hết các trung tâm dữ liệu, bồn tích trữ nhiệt nước lạnh là lựa chọn đúng đắn. Nước cảm nhiệt chứa khoảng 6-8 kWh mỗi mét khối trong khoảng 5-7 K, không cần chuyển pha và chỉ tốn thêm chút ít so với chi phí bồn chứa; băng tích trữ nhiều hơn gấp vài lần mỗi mét khối nhưng phải được tạo ra bằng năng lượng của máy làm lạnh rồi sau đó tan chảy, trong khi PCM nâng mật độ lên cao hơn nữa và vẫn cần một cuộn dây hoặc áo bọc để nạp. Môi trường tích trữ được quyết định bởi diện tích sàn, độ dài của cửa sổ đỉnh và ngân sách COP mà nhà máy được phép, chứ không phải bởi mật độ năng lượng danh nghĩa. Bồn tích trữ nhiệt nước lạnh giữ công suất làm mát dưới dạng nước lạnh thay vì băng hoặc vật liệu chuyển pha, điều này giữ nguyên thiết kế thủy lực của nhà máy và vỏ bồn ở áp suất khí quyển.
Một câu hỏi về lưu trữ thực chất là một câu hỏi về diện tích sàn khoác lớp áo năng lượng. Hai hội trường có cùng phụ tải làm mát có thể đạt cùng kết quả dịch chuyển đỉnh với các vỏ bọc khác nhau, bởi vì môi trường bên trong quyết định cần bao nhiêu mét khối, máy làm lạnh chạy bao lâu để làm đầy chúng và hệ thống hoạt động thế nào vào buổi sáng khi bồn chưa sẵn sàng.
Ba môi trường chiếm phần lớn cơ sở lắp đặt trong các cơ sở quan trọng: nước lạnh được giữ theo cảm nhiệt, băng hình thành trên cuộn dây bên trong, và vật liệu chuyển pha trong một bó. Mỗi loại đạt được mật độ cao hơn với một hình phạt rơi vào nơi khác trong thiết kế cơ khí, thường là ở điện năng, ở tự động hóa van hoặc ở giờ bảo trì. Bài viết này đặt chúng cạnh nhau dựa trên các đại lượng mà kỹ sư của chủ sở hữu phải bảo vệ.
Nước Cảm Nhiệt: Chuẩn Mực Mà Mọi Môi Trường Khác Được Đo Lường Dựa Trên
Nước là trường hợp tham chiếu, bởi vì cơ chế lưu trữ của nó cũng là chất lỏng trong đường ống.
· Mật độ đến từ cửa sổ nhiệt độ. Ở cp ≈ 4,186 kJ/kg·K và ρ ≈ 1000 kg/m³, một mét khối chứa khoảng 1,163 kWh mỗi kelvin, vì vậy cửa sổ 6 K cho khoảng 7 kWh mỗi m³ trước khi giảm định mức.
· Khả năng sử dụng khả dụng đã được hiểu rõ. Một bể lưu trữ nhiệt nước lạnh thường cung cấp 70-90% lý thuyết, phần thiếu hụt là do lớp nhiệt độ và dự trữ giữ ở mỗi đầu.
· Hỏng hóc thì ồn ào chứ không âm thầm. Một van bị kẹt xuất hiện dưới dạng nhiệt độ cấp tăng trong vài phút; cùng lỗi đó trong môi trường đông lạnh lại mờ dần qua nhiều giờ.
Cái giá của sự đơn giản đó là thể tích, đó là lý do nghiên cứu sơ đồ nên bắt đầu trước khi lựa chọn môi trường được hoàn tất.
Lưu trữ băng: Mật độ mua bằng năng lượng máy
Băng tăng mật độ bằng cách sử dụng nhiệt ẩn thay vì nhiệt hiện, và cái giá phải trả là ở máy nén.
· Đường tan chảy thêm một bề mặt. Xả diễn ra qua cuộn dây bên trong hoặc bộ trao đổi nhiệt tan chảy, và tốc độ bị giới hạn bởi bề mặt đó thay vì thể tích được lưu trữ.
· Chu kỳ hàng ngày là tiêu chuẩn vận hành. Cửa sổ nạp lặp lại gần như mỗi ngày, đưa cuộn dây, logic xả băng và điều khiển hút vào chu kỳ nhiệt thường xuyên.
· Khi không gian bị giới hạn, thể tích giảm mạnh. Trên một khu đô thị với diện tích phòng cơ khí đã dành cho các hội trường, cùng một nhiệm vụ cần một phần nhỏ thể tích nước.
Băng rời khỏi dự án khi chủ sở hữu không thể biện minh cho năng lượng phụ trội, hoặc khi nhà máy không có không gian cho cuộn nóng chảy phải được giữ sạch.
Vật liệu chuyển pha: Mật độ cao nhất, nhiều công việc tích hợp nhất
PCM lưu trữ năng lượng trong một vật liệu thay đổi trạng thái gần nhiệt độ nước cấp.
· Bề mặt truyền nhiệt trở thành vấn đề. Lạnh phải vào và ra khỏi viên nang hoặc gói thông qua dẫn nhiệt, vì vậy công suất xả tuân theo hình học gói thay vì lưu lượng bơm.
· Môi trường sạc vẫn cần một cuộn dây either way. Nước, glycol hoặc chất làm lạnh phải di chuyển nhiệt vào và ra, và thiết bị đó chiếm phòng mà PCM được dự định để giảm bớt.
· Quá lạnh và lắng đọng rất quan trọng. Một PCM không bao giờ tạo mầm, hoặc tách lớp khi để yên, âm thầm biến một tài sản thành một khối không có nhiệm vụ hữu ích.
PCM là một câu trả lời đáng tin cậy trên một nhà máy phong phú, và là một câu trả lời kém cho một cơ sở muốn có một bể mà kỹ thuật viên có thể bước vào và xác minh bằng nhiệt kế.
Chọn theo Hệ quả, Không theo Mật độ
Quyết định xuất phát từ những gì mỗi môi trường buộc phần còn lại của thiết kế phải làm.
1. Kiểm tra không gian so với mục đích sử dụng thay thế. Một vỏ bọc chiếm không gian hội trường hoặc buộc phải có cấu trúc cao hơn sẽ tốn kém hơn so với giá của nó.
2. Xem xét những gì đội bảo trì có thể phục vụ. Nước cần xử lý; đá cần vệ sinh cuộn dây và logic xả đông; PCM cần một nhà cung cấp sẽ đứng sau gói sau năm năm chu kỳ.
3. Giữ một môi trường cho mỗi chuỗi lưu trữ. Trộn một bể nước và một bình PCM trên một header sẽ thêm logic thay đổi chế độ khó chứng minh trong quá trình chạy thử.
Khi nhà máy có không gian, bồn tích trữ nhiệt nước lạnh vẫn là phương án ít rủi ro nhất: chất lỏng tích trữ chính là chất lỏng tuần hoàn, phép đo chỉ cần nhiệt kế và đồng hồ đo lưu lượng, và các hệ số giảm công suất là những hệ số mà ngành đã ghi nhận trong nhiều thập kỷ.
Thông số kỹ thuật
Hạng mục | Nước lạnh (hiện nhiệt) | Đá trên cuộn ống | Vật liệu chuyển pha |
Cơ chế tích trữ | Làm lạnh hiện nhiệt của nước lỏng | Ẩn nhiệt nóng chảy của nước tại cuộn ống bên trong | Ẩn nhiệt nóng chảy của hợp kim hoặc hydrat được thiết kế |
Mật độ năng lượng lý thuyết | ≈ 1,163 kWh mỗi m³ mỗi K; khoảng 7 kWh mỗi m³ ở 6 K | Ẩn nhiệt của đá, gấp nhiều lần thể tích nước | Được xác định bởi nhiệt nóng chảy của vật liệu |
Tỷ lệ rút ra khả dụng | 70-90% lý thuyết | Bị giới hạn bởi bề mặt cuộn ống tan chảy và tốc độ tan chảy | Bị giới hạn bởi dẫn nhiệt của khối và diện tích tiếp xúc |
Năng lượng nạp thêm | Không có ngoài hoạt động bình thường của máy làm lạnh | Nhiệt ẩn nóng chảy cộng với nhiệt độ bay hơi thấp hơn | Nạp năng lượng trung bình cộng với độ tiếp cận vỏ áo |
Các bộ phận chuyển động bên trong vỏ | Không có | Cuộn dây, có thể có cánh khuấy | Không có, nhưng khối đệm phải được đỡ |
Hạng mục bảo trì chính | Diệt khuẩn, chất ức chế, kiểm soát cặn, vệ sinh định kỳ | Vệ sinh cuộn dây, kiểm soát xả băng và hút | Tính toàn vẹn của viên nang, lắng khối đệm, tạo mầm |
Dấu hiệu hỏng hóc | Nhiệt độ cấp tăng dần trong vài phút | Công suất giảm dần trong cửa sổ xả | Nhiệm vụ sụp đổ khi khối đệm ngừng chu trình |
Mức độ phù hợp điển hình | Các khuôn viên có không gian sân, ca 2-6 giờ | Các địa điểm đô thị nơi diện tích sàn bị giới hạn | Các lô đất chật hẹp cần nhiều giờ trong thể tích nhỏ |
Trường hợp dự án
Công trình tham chiếu đã bàn giao của chúng tôi trong lĩnh vực nước và nước thải bao gồm các hệ thống lắp đặt nhiều bồn lớn được bàn giao theo cùng tiêu chuẩn mà phạm vi TES của trung tâm dữ liệu được thiết kế, bao gồm dự án dưới đây.
Tóm tắt trường hợp dự án
Dự án | Sản phẩm | Dung tích | Kích thước | Hoàn thành |
Namibia - nước uống được (P-A) | 01 bồn GFS lắp bu lông | Tổng 44.900 m³ | Bốn bồn với kích thước φ41.260 × 8.400 mm | Tháng 9 năm 2022 |
Bốn vỏ bồn có đường kính này là bằng chứng cho một điểm yếu và một điểm mạnh của tuyến nước: điểm mạnh là một vỏ bồn cỡ này giữ nhiệt độ gần như không đổi qua nhiều năm đứng yên, điểm yếu là để giữ được độ lạnh đó cần thể tích. Một bồn tích trữ nhiệt nước lạnh được định cỡ theo cùng logic sẽ giữ lớp nước phân tầng nhiệt ở bất cứ đâu bộ khuếch tán đặt nó, và trình tự lắp dựng bốn bồn đồng bộ là kỷ luật được dùng để đưa một trang trại tích trữ nhiều đơn vị vào vận hành theo từng giai đoạn.
Năng lực Kỹ thuật của Center Enamel
Center Enamel (Shijiazhuang Zhengzhong Technology Co., Ltd) đã thiết kế và chế tạo bồn chứa lắp ghép bằng bu lông từ năm 2008. Là nhà sản xuất bồn thép tráng men nung chảy (GFS) đầu tiên tại Trung Quốc, công ty sở hữu gần 200 bằng sáng chế liên quan đến men, sản xuất khoảng 300.000 tấm thép phủ men mỗi năm, đã hoàn thành hơn 30.000 dự án lắp đặt và cung cấp bồn chứa của mình đến hơn 100 quốc gia. Cơ sở sản xuất mới rộng 150.000 m² được bổ sung để nâng cao năng lực sản xuất, và các bồn đơn lẻ được cung cấp với dung tích lên đến 60.000 m³. Hoạt động sản xuất diễn ra theo ISO 9001 và ISO 45001, với chứng nhận sản phẩm bao gồm NSF/ANSI 61, WRAS, FDA, LFGB, CE (EN 1090), ISO 28765, FM, BSCI và EUROCODE, và thiết kế tham chiếu theo AWWA D103-09, AWWA C550 và NFPA khi ứng dụng yêu cầu.
Lựa chọn môi trường trung gian và vỏ
· Nước làm môi trường trung gian tích trữ giữ vòng tuần hoàn ở áp suất khí quyển, đây là cách rẻ nhất và ít rủi ro nhất để duy trì nhiều giờ làm mát cho một hội trường lớn; băng và PCM nâng cao mật độ năng lượng nhưng thêm hình học cuộn dây, ống góp hoặc viên nang bên trong vỏ.
· Vỏ tráng men và vỏ epoxy liên kết nóng chảy trơ với nước đã xử lý, và phương án tráng men được kiểm chứng bằng thử nghiệm phóng điện 1500 V DC và lớp nung dày 0,25-0,45 mm.
· Hồ sơ giao hàng bồn nước của chúng tôi, từ dự án Namibia 44.900 m³ xuống đến các nhà máy công nghiệp nhiều bồn vài trăm mét khối, hỗ trợ cả kho quy mô tiện ích và quy mô nhà xưởng.
Câu hỏi thường gặp
Q1: Nước lạnh có thực sự là môi trường có rủi ro thấp nhất cho trung tâm dữ liệu không?
A1: Đó là môi trường có rủi ro thấp nhất khi có không gian và cửa sổ đỉnh ngắn. Nước là cùng một chất lỏng với môi trường tuần hoàn, không có bề mặt nóng chảy bên trong và các yếu tố giảm định mức của nó được ghi chép đầy đủ, điều này giúp thử nghiệm chạy thử dễ chứng minh hơn.
Q2: Làm đá tiêu thụ thêm bao nhiêu năng lượng cho mỗi kilowatt-giờ được lưu trữ?
A2: Nhiều hơn, và điều đó thuộc về cân bằng năng lượng của nhà máy thay vì một tuyên bố. Việc làm đá bổ sung nhiệt ẩn nóng chảy cộng với độ tiếp cận của thiết bị bay hơi; hãy so sánh điều đó với nhu cầu đỉnh và khoản tiết kiệm biểu giá mà việc dịch chuyển tạo ra.
Q3: Một bể lưu trữ nhiệt nước lạnh có thể chia sẻ nhà máy với hệ thống làm đá không?
A3: Chúng có thể chia sẻ một ống góp chung, nhưng logic sau đó phải quyết định môi chất nào phục vụ vòng lặp, và việc thay đổi chế độ đó phải được kiểm tra trước khi dựa vào nó trong một sự cố gián đoạn.
Q4: Nước và đá mỗi loại biện minh cho bao nhiêu giờ lưu trữ?
A4: Nước phù hợp cho hai đến sáu giờ tải được dịch chuyển và kéo dài hơn với thể tích; đá và PCM xứng đáng với thiết bị bổ sung của chúng khi số giờ yêu cầu đẩy thể tích nước vào một khu vực không khả dụng.
Q5: Môi chất nào hỏng một cách âm thầm nhất?
A5: Môi trường dày đặc. Một bể nước cho thấy nhiệt độ cấp tăng nhanh, trong khi một gói đông lạnh hoặc chuyển pha giải phóng công suất dần dần trong suốt cửa sổ xả, vì vậy thử nghiệm nên được chạy theo nhiệm vụ thiết kế và ghi lại.
Q6: Môi trường có thay đổi thông số kỹ thuật của vỏ không?
A6: Các yếu tố cơ bản của vỏ vẫn giữ nguyên: áp suất khí quyển hoặc trong ranh giới áp suất hệ thống, được cách nhiệt, với đầu vào và đầu ra được kiểm soát và lớp lót phù hợp với nước. Băng và PCM thay đổi hỗ trợ bên trong, độ xuyên của cuộn dây và bố trí vòi phun thay vì lớp vỏ.
So sánh nước lạnh, băng và vật liệu chuyển pha quy về việc dự án có thể gánh chịu hình phạt nào. Nước mang theo thể tích, băng mang theo năng lượng máy nén và bề mặt tan chảy, PCM mang theo tích hợp và hành vi gói dài hạn. Đối với hầu hết các cơ sở trọng yếu có sân cơ khí sử dụng được, bồn tích trữ nhiệt nước lạnh cung cấp nhiệm vụ dịch chuyển với ít chế độ hỏng hóc mới nhất, đó là lý do tại sao nó đáng được chỉ định trước tiên.
Nói chuyện với Kỹ sư
Hãy gửi cho chúng tôi phụ tải IT đỉnh, số giờ bạn cần dịch chuyển, không gian cơ khí khả dụng và cấu trúc biểu giá. Chúng tôi sẽ trả lại bảng so sánh môi trường trung gian trên các số liệu của bạn: mật độ năng lượng và tổng thể tích đối với nước, băng và PCM, năng lượng tích trữ bổ sung mà mỗi loại yêu cầu, phần khả dụng mà chúng tôi kỳ vọng và đường kính cũng như chiều cao vỏ phù hợp với khu đất của bạn. Đối với phương án dùng nước, chúng tôi tiếp theo cung cấp bảng đặc tả kỹ thuật bao gồm lớp lót, lớp cách nhiệt, hình học đầu vào và các vòi phun.
WhatsApp