Bồn Lưu Trữ Nhiệt Năng Trung Tâm Dữ Liệu: Làm Thế Nào Lưu Trữ Lạnh Cải Thiện Hiệu Quả Làm Mát
Tạo vào Hôm nay
Bể lưu trữ năng lượng nhiệt cho trung tâm dữ liệu: Làm thế nào lưu trữ lạnh cải thiện hiệu quả làm mát
Bể lưu trữ năng lượng nhiệt cho trung tâm dữ liệu chứa nước lạnh được sản xuất trong giờ thấp điểm và xả ra trong giờ cao điểm, do đó máy làm lạnh chạy ở tải ổn định, hiệu quả thay vì theo dõi nhiệt lượng IT hàng giờ. Với chênh lệch nhiệt độ khả dụng 4-7 K và tỷ lệ khả dụng thực tế 70-90%, một bể phân tầng mang tải làm mát trong vài giờ và cung cấp cho người vận hành một cửa sổ vượt qua được xác định khi máy làm lạnh gặp sự cố. Bể không tạo ra làm mát; nó dịch chuyển làm mát đó theo thời gian.
Trong một hội trường siêu quy mô, đường cong tải CNTT khá phẳng trong khi hệ thống làm mát được thiết kế cho một ngày nóng hơn, nhưng tải đo được dành phần lớn số giờ ở mức thấp hơn nhiều so với mức trần đó, vì vậy hệ thống vận hành ở mức tải một phần thấp và vẫn hấp thụ mọi đợt tăng nhiệt nhanh mà các tủ rack tạo ra.
Nhiều biểu giá tính phí cho nhu cầu đỉnh theo kW cũng như năng lượng theo kWh, vì vậy một hệ thống chạy theo mọi đợt tăng vọt của CNTT sẽ trả tiền cho đỉnh đó thay vì cho số kilowatt-giờ đã tiêu thụ. Khi một máy làm lạnh gặp sự cố, thứ duy nhất nằm giữa nhiệt độ hồi lưu đang tăng và việc dừng hệ thống chính là lượng nước còn đọng lại trong đường ống.
Bồn lưu trữ năng lượng nhiệt cho trung tâm dữ liệu giải quyết cả hai vấn đề bằng cách dịch chuyển việc làm mát theo thời gian thay vì tạo ra nhiều hơn trong giờ cao điểm. Phần tiếp theo sẽ trình bày bồn này là gì, nó nằm ở đâu trong chuỗi, cách tính kích thước và những chế độ vận hành nào biện minh cho khoản chi.
Bồn lưu trữ năng lượng nhiệt cho trung tâm dữ liệu là gì
Một thể tích nước lạnh được cách nhiệt, được giữ ở nhiệt độ cấp và quay trở lại vòng lặp nhà máy bất cứ khi nào nhu cầu vượt quá mức mà các máy làm lạnh được đặt để cung cấp. Không có gì bên trong nó tạo ra làm lạnh.
· Lưu trữ, không phải phát điện. Nó giữ năng lượng mà các máy làm lạnh đã trả tiền, vì vậy so sánh nó với một nhà máy làm lạnh lớn hơn so sánh vốn với phí nhu cầu và hình phạt tải một phần.
· Được sạc tại điểm hiệu quả của nhà máy. Trong cửa sổ ngoài giờ cao điểm, máy làm lạnh chạy gần đầy tải và tạo nước ở 4-6 °C trong khi thể tích đầy lên, vì vậy máy làm lạnh không bao giờ theo đường cong IT buổi chiều.
· Được xả trong cùng dải. Nguồn cung cấp rời khỏi bể thường ở 6-8 °C, vì vậy việc pha trộn với dòng máy làm lạnh không bao giờ đẩy vòng lặp lên trên nhiệt độ mà thiết bị IT chấp nhận.
· Thời lượng hữu hạn, không phải tự chủ. Một bồn được thiết kế cho bốn giờ cao điểm cung cấp bốn giờ dưới tải giả định, và việc nêu rõ thời lượng đó là bước đầu tiên của bất kỳ nghiên cứu đáng tin cậy nào về bồn lưu trữ năng lượng nhiệt cho trung tâm dữ liệu.
Vị trí của bồn trong chuỗi làm mát
Bể lưu trữ năng lượng nhiệt cho trung tâm dữ liệu thường được kết nối trên đường ống chung giữa nhà máy chiller và ống góp phân phối, song song với các chiller thay vì phía sau chúng. Cách bố trí đó cố định logic điều khiển, danh mục van và hành vi của nhà máy tại thời điểm bàn giao.
· Vòng chiller và vòng phân phối. Mỗi vòng cấp vào đường ống chung thông qua van cách ly và van một chiều, và một bộ bơm phía phân phối hút từ bất kỳ tổ hợp nào mà hệ thống điều khiển đã chọn, giữ cho bể độc lập với áp suất thiết bị bay hơi. Bể lưu trữ cũng có thể nằm phía trước các chiller, hòa trộn dòng xả với dòng hồi trước thiết bị bay hơi với cái giá là toàn bộ lưu lượng hệ thống phải đi qua bể.
· Bàn giao, rẽ nhánh, làm đầy và xả. Logic nên thay đổi điểm đặt của chiller trước khi van cách ly mở, để nhiệt độ cấp không giảm xuống cũng không phục hồi. Nhà máy cũng cần một đường rẽ nhánh dịch vụ, một đường làm đầy và thông hơi, và một đường xả, vì một bồn không thể làm rỗng thì không thể kiểm tra.
Tính toán kích thước: Từ tải IT đến thể tích bồn
Thể tích không phải là một quyết định phán đoán; nó xuất phát từ tải, chênh lệch nhiệt độ và số giờ được đáp ứng.
1. Xác định công suất và lưu lượng. Chia tải nhiệt IT được gán cho lưu trữ cho ΔT của vòng lặp. Một hội trường 5 MW ở 7 K cần khoảng 615 m³/h.
2. Áp dụng phương trình năng lượng. Q = V × ρ × cp × ΔT, với nước có cp ≈ 4,186 kJ/kg·K và ρ ≈ 1000 kg/m³, khoảng 1,163 kWh trên một mét khối trên một kelvin, do đó lý thuyết khoảng 7 kWh trên mỗi m³ ở ΔT khả dụng 6 K.
3. Áp dụng tỷ lệ khả dụng. Việc trộn, tăng nhiệt môi trường và ngắn mạch loại bỏ một phần giá trị lý thuyết; các nhà thiết kế tính toán dựa trên 70-90%, con số thấp hơn dành cho vỏ cao với bộ khuếch tán được đặt không tốt.
4. Chuyển đổi thành bình chứa. Chia năng lượng khả dụng cho nhiệm vụ và số giờ, sau đó làm tròn đến đường kính và chiều cao vỏ thực tế.
Các chế độ vận hành biện minh cho bồn chứa
Lưu trữ đầy đủ sẽ sạc ngoài giờ cao điểm và tắt nhà máy trong giờ cao điểm, mang lại mức tiết kiệm nhu cầu lớn nhất và dung tích lớn nhất: bồn đầy vào đầu ngày, cạn vào cuối ngày. Chế độ duy trì hoạt động đáp ứng trường hợp Tier III hoặc Tier IV, nơi máy làm lạnh được đưa đi bảo trì nếu không sẽ là sự cố ngoài kế hoạch.
Thông số kỹ thuật
Các hạng mục giao diện tạo ra phần lớn thay đổi kỹ thuật trong một dự án lưu trữ.
Hạng mục | Giá trị hoặc lựa chọn điển hình | Truyền động |
Ranh giới bình chứa | Kiểu khí quyển lắp đặt tại hiện trường, hoặc bên trong ranh giới áp suất hệ thống | Độ dày vỏ, cấp áp suất vòi phun, van xả |
ΔT khả dụng | 4-7 K, thường là 6 K (5 °C đến 11 °C) | Năng lượng lưu trữ trên mỗi mét khối |
Nhiệt độ nạp và xả | Nạp 4-6 °C, xả 6-8 °C | Dải đầu vào IT và biên độ pha trộn |
Phần khả dụng | 70-90% lý thuyết | Thể tích tổng |
Vận tốc đầu vào | 0,5-1 m/s qua bộ khuếch tán | Chất lượng phân tầng |
Danh sách vòi phun và thiết bị | Nạp, xả, hồi lưu, làm đầy, thông hơi, xả cặn, mức, cửa người vào | Số lượng van và lối tiếp cận |
Cách nhiệt | Bông khoáng, màng chắn thời tiết, lớp bọc liên tục | Tổn thất nhiệt ổn định |
Móng | Dầm vòng hoặc bệ đỡ với chi tiết cầu nhiệt tại các gối đỡ | Chi tiết đăng ký vỏ bồn và chống đóng băng |
Dự án tiêu biểu
Các công trình tham chiếu đã bàn giao của chúng tôi trong lĩnh vực nước và nước thải bao gồm các bồn bể lắp ghép bằng bu lông đường kính lớn được dựng tại hiện trường, chẳng hạn như hệ thống lắp đặt bốn vỏ bồn dưới đây, và phạm vi TES cho trung tâm dữ liệu được thiết kế theo cùng tiêu chuẩn.
Tóm tắt dự án tiêu biểu
Dự án | Sản phẩm | Công suất | Kích thước | Hoàn thành |
Namibia - lưu trữ nước uống (P-A) | 01 Bể thép liên kết thủy tinh nung chảy GFS | Tổng 44.900 m³, 4 bể | 4 × φ41.260 mm × 8.400 mm | Tháng 9 năm 2022 |
Những tấm vỏ đó rời nhà máy dưới dạng tấm tráng men, được vận chuyển thành từng đợt riêng biệt và lắp dựng từng vòng tại công trường. Trình tự lắp dựng và kiểm tra độ kín đó là những gì bình chứa phía làm mát kế thừa.
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 được vận hành 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 được tham chiếu theo AWWA D103-09, AWWA C550 và NFPA khi ứng dụng yêu cầu.
Vỏ bồn chứa và chất lượng nước
· Vỏ thép tráng men nung chảy được tráng men ở 820-930 °C với lớp men dày 0,25-0,45 mm, độ bám dính 3450 N/cm², kiểm tra độ rỗ 1500 V DC và độ nhám Ra dưới 0,8 µm, giúp bề mặt bên trong đủ nhẵn để duy trì lớp nước phân tầng nhiệt ổn định với tổn thất áp suất ký sinh thấp.
· Dịch vụ nước lạnh khối lượng lớn kiểu khí quyển được bao phủ bởi tuyến thiết kế AWWA D103-09 và kiểm soát sản xuất tại nhà máy ISO 28765, với NSF/ANSI 61 và WRAS được áp dụng khi nước được phân loại là chất lỏng hệ thống cấp nước uống được.
· Hồ sơ tham chiếu của chúng tôi cho bể nước khí quyển đường kính lớn, dung tích cao bao gồm dự án nước uống Namibia gồm 4 bể φ41,26 m × 8,4 m, tổng cộng 44.900 m³, hoàn thành vào tháng 9 năm 2022.
Câu hỏi thường gặp
Q1: Bể lưu trữ năng lượng nhiệt của trung tâm dữ liệu có làm giảm số lượng máy làm lạnh cần mua không?
A1: Chỉ trong trường hợp lưu trữ đầy đủ. Nếu nhà máy tắt hoàn toàn máy làm lạnh vào giờ cao điểm, hệ thống có thể được thiết kế theo tải trung bình thay vì tải đỉnh. Trong thiết kế lưu trữ một phần hoặc vận hành xuyên qua đỉnh, máy làm lạnh giữ nguyên công suất và bồn chứa đáp ứng một phần tải đỉnh.
Q2: Bao nhiêu giờ lưu trữ là hợp lý về mặt kinh tế?
A2: Hầu hết các dự án nằm trong khoảng từ hai đến sáu giờ cao điểm. Dưới hai giờ, bồn chứa cạnh tranh với bình đệm đơn giản và chi phí đầu tư không tách biệt khỏi lợi ích; trên khoảng sáu giờ, thể tích và diện tích tăng trong khi mức tiết kiệm trên mỗi mét khối giảm.
Q3: Bồn chứa có thể nằm trong ranh giới áp suất của hệ thống nước lạnh không?
A3: Có thể, mặc dù bình chứa khí quyển được lắp dựng tại hiện trường là phổ biến đối với thể tích lớn vì độ dày thành và thiết kế vòi phun vẫn đơn giản và vỏ có thể được kiểm tra từ bên trong. Ở phía xả của bơm, nó kết nối với ranh giới áp suất, sau đó độ dày, các lỗ mở và van xả được tính toán theo áp suất và nhiệt độ thiết kế trong đặc tả kỹ thuật.
Q4: Điều gì xảy ra khi máy làm lạnh dừng và bơm dừng theo chúng?
A4: Một bình chứa cao được cách nhiệt mất ít nhiệt trong vài giờ; rủi ro thực sự là sự pha trộn. Nếu nước hồi lưu ấm vẫn chảy vào trong khi tuần hoàn đã dừng, lớp nhiệt sẽ di chuyển lên trên và lượng lạnh khả dụng co lại nhanh hơn so với cân bằng nhiệt đề xuất. Một bình chứa đầy giữ được lượng nạp lâu hơn so với bình đã xả một phần.
Q5: Nước lạnh đứng yên có cần xử lý đặc biệt không?
A5: Có. Nước lạnh tù đọng dễ bị vi sinh vật phát triển và ăn mòn các phụ kiện thép carbon khi có oxy, vì vậy chất diệt khuẩn, kiểm soát pH và kiểm tra định kỳ thuộc kế hoạch chạy thử nghiệm thu, và lớp lót phải phù hợp với chương trình xử lý nước mà nhà máy đang vận hành.
Bồn tích trữ năng lượng nhiệt của trung tâm dữ liệu tách rời hệ thống chiller khỏi nhu cầu thải nhiệt tức thời của tải IT. Hãy chọn chênh lệch nhiệt độ khả dụng, áp dụng phương trình năng lượng với tỷ lệ khả dụng thực tế, và kiểm tra lưu lượng xả so với công suất bơm vòng. Trường hợp phí công suất đỉnh chiếm ưu thế thì tính khả thi thương mại đã rõ; trường hợp sự cố chiller nếu không sẽ nằm ngoài kế hoạch thì lý do độ tin cậy sẽ quyết định.
Một bồn đạt được dung tích khả dụng và một bồn không đạt được phân biệt bởi các chi tiết: vận tốc đầu vào, vị trí đặt bộ khuếch tán, tính liên tục của lớp cách nhiệt tại các gối đỡ, và logic điều khiển khi bàn giao.
Nói chuyện với kỹ sư
Gửi cho chúng tôi đường cong phụ tải IT, nhiệt độ cấp và hồi, cấu trúc biểu giá và diện tích khu đất. Chúng tôi sẽ cùng bạn thực hiện tính toán kích thước bồn, nêu rõ tỷ lệ khả dụng mà chúng tôi sẽ đảm bảo cho hình học đề xuất, và gửi lại bảng thông số kỹ thuật bao gồm đường kính, chiều cao thân trụ, danh sách đầu nối, độ dày cách nhiệt và lựa chọn lớp phủ. Trong trường hợp đơn hàng chiller vẫn còn để ngỏ, hãy thảo luận về tích hợp TES trước khi đặt hàng, vì cách bố trí kết nối quyết định phần lớn logic điều khiển.
WhatsApp