Bể Chứa Nước Lạnh Khẩn Cấp cho Trung Tâm Dữ Liệu: Tính Toán Kích Thước cho Trường Hợp Mất Điện
Tạo vào Hôm nay
Bồn chứa nước lạnh khẩn cấp cho trung tâm dữ liệu: Tính toán kích thước khi mất điện
Bể chứa nước lạnh khẩn cấp cho trung tâm dữ liệu được định cỡ cho khoảng thời gian giữa mất điện lưới và nguồn điện khẩn cấp ổn định, không phải cho việc làm mát IT cả ngày. Hãy định cỡ nó dựa trên thời gian chuyển đổi nguồn, cửa sổ ổn định máy phát, công suất bơm và quạt tiêu thụ khi ở chế độ chờ, và một thang cắt giảm tải xác định. Lượng lạnh khả dụng khoảng 1,163 kWh trên mét khối trên mỗi kelvin của dT khả dụng, giảm xuống còn 70 đến 90 phần trăm do trộn lẫn và tăng nhiệt, thường mang lại 10 đến 45 phút tải được bảo vệ.
Các đội vận hành sau khi mất điện lưới hiếm khi hết nước lạnh trước; họ hết biên thiết kế. Các máy làm lạnh ngắt, máy phát khởi động, và vòng tuần hoàn mất áp suất đủ lâu để bộ xử lý không khí phòng máy tính trả nước về trên điểm đặt của nó. Bể chứa nước lạnh khẩn cấp cho trung tâm dữ liệu thay đổi trình tự đó: bình chứa giữ lạnh trong khi nhà máy khởi động lại, nhờ đó dải cấp nước được giữ và tải trọng yếu không thấy dao động.
Phép tính đằng sau nó là số học không mấy hào nhoáng: thời gian chuyển đổi của bộ chuyển mạch, cửa sổ ổn định máy phát, công suất khởi động lại của bơm phân phối, và thang cắt tải ưu tiên cắt các tủ rack không thiết yếu trước. Bỏ qua những điều đó thì hệ thống sẽ quá lớn trên giấy tờ hoặc quá nhỏ để có ý nghĩa. Phần tiếp theo sẽ đề cập đến trình tự tính toán kích thước, thủy lực học hoạt động khi máy làm lạnh dừng, và các hạng mục thông số kỹ thuật giữ cho kho lạnh trong một hội trường không có người.
Thời gian thực sự được dùng ở đâu
Bất kỳ bài tính toán kích thước đáng tin cậy nào cũng bắt đầu bằng việc liệt kê các sự kiện giữa thời điểm lưới điện gặp sự cố và thời điểm nhà máy trở lại chế độ điều khiển tự động.
1. Phát hiện và ngắt kết nối. Một cơ sở có hai đường cấp điện có thể cắt nguồn cấp bình thường trong vòng vài giây; các sự cố ngoài kế hoạch phục hồi theo một tiến độ không ai kiểm soát được.
2. Khởi động máy phát và cấp điện cho thanh cái. Máy phát diesel cần thời gian để đạt tốc độ và điện áp định mức. Máy bơm phân phối và bơm nước ngưng chạy nhờ UPS hoặc khởi động tuần tự, làm tăng thêm hàng chục giây.
3. Khởi động lại máy làm lạnh và trình tự dẫn dắt. Ngay cả khi có điện, công suất của nhà máy vẫn tăng theo từng bước, vì vậy phải mất vài phút mới đạt công suất tối đa.
4. Xả bể chứa. Trong khoảng thời gian đó, lượng lạnh dự trữ là thứ duy nhất làm mát không gian.
Mục tiêu thiết kế là kho dự trữ bao phủ từ phát hiện đến khôi phục nhà máy, với biên độ cho một máy phát điện không khởi động được. Khi cả hai nguồn cấp đều bị ảnh hưởng, mục tiêu mở rộng đến máy phát điện thứ hai hoặc đội ngũ tiện ích.
Hai quy tắc định hình mọi thứ phía sau: bồn chứa bắc cầu thay vì thay thế nguồn điện khẩn cấp, giữ tải trong dải nhiệt độ của nó trong khi thiết bị khởi động, và chỉ lớp lạnh ở đáy bình mới được tính, không phải toàn bộ lượng chất lỏng.
Tính toán thời gian chạy, từng bước một
5. Tổng lượng lạnh lưu trữ. Q = V x rho x cp x dT. Đối với nước, rho x cp xấp xỉ 1,163 kWh trên mét khối trên kelvin, vì vậy dải 6 K cho khoảng 7,0 kWh trên mét khối.
6. Áp dụng phần khả dụng. Sự phân tầng, trộn bởi bộ khuếch tán và tổn thất nhiệt qua vỏ làm giảm lượng có thể rút ra. Các chuyên gia giảm định mức xuống 70 đến 90 phần trăm; lấy giá trị thấp hơn khi rút nước nhanh.
7. Xác định tải nhiệm vụ. Trong sự kiện, đó không phải là tải IT đỉnh. Đó là tải phải tồn tại: các tủ rack lõi cộng với công suất quạt và bơm cần thiết để đưa nước qua chúng.
8. Trừ phần đóng góp của trọng lực. Với bể khí quyển đặt trên tải, một phần dòng chảy đến từ cột áp đơn thuần khi bơm tắt, điều này làm giảm tải máy phát.
9. Chia. Thời gian chạy bằng kilowatt-giờ khả dụng chia cho kilowatt nhiệm vụ.
Ví dụ đã tính: 4.000 kW tải được bảo vệ, 6 K dT khả dụng, 0,8 phần khả dụng, mục tiêu 20 phút. Thể tích = 4.000 x (20/60) / (1,163 x 6 x 0,8) = 239 m3, trước khi tính đến lưu lượng bơm, tổn thất chờ và dự phòng cho sự cố thứ hai. Con số đó trông nhỏ so với một bồn cắt đỉnh, và đó chính là điểm mấu chốt: tính toán kích thước cho tình huống khẩn cấp rẻ hơn so với dịch chuyển tải vì cửa sổ thời gian chỉ là vài phút, không phải vài giờ.
Phân tầng cắt tải và sàn lạnh
Một bể chứa phải đảm bảo cho thời gian mất điện dài cần tải phía sau nó giảm xuống theo cách có kiểm soát, nếu không nguồn cung lạnh sẽ bị tiêu thụ nhanh chóng và nhiệt độ phòng sẽ tăng lên.
Khối tải | Hành động khi mất điện lưới | Tỷ lệ tải CNTT |
Tủ rack sản xuất chính | Vẫn được cấp điện và làm mát | 40 đến 60 phần trăm |
Dàn dựng, xử lý theo lô, báo cáo | Cắt giảm sau 5 phút | 15 đến 25 phần trăm |
Phân tích phi sản xuất | Cắt giảm ngay lập tức | 10 đến 20 phần trăm |
Không gian văn phòng và hỗ trợ | Tắt, hoặc trên một vòng lặp riêng biệt | 5 đến 15 phần trăm |
Sàn lạnh đặt nhiệt độ cấp thấp nhất mà nhà máy có thể tiếp cận, với biên độ đóng băng. Trong quá trình xả, nhiệt độ hồi tăng lên và dT hữu ích giảm xuống, vì vậy các nhà thiết kế cố định mức trần cấp, thường là 12 đến 15 °C cho điều kiện khẩn cấp, trên mức đó các khối tiếp theo sẽ bị ngắt.
Thủy lực giữ dòng chảy mà không cần máy làm lạnh hoạt động
Cách bể chứa nằm trong ranh giới áp suất quyết định lượng điện khẩn cấp cần thiết.
10. Bể chứa khí quyển, dòng chảy do cột áp. Nước lạnh rời đi dưới trọng lực và quay trở lại bằng trọng lực hoặc một máy bơm khẩn cấp nhỏ, vì vậy máy bơm chính của nhà máy không cần thiết để tuần hoàn. Đây là cách bố trí đằng sau hầu hết các sơ đồ trung tâm dữ liệu bể chứa nước lạnh khẩn cấp phải duy trì dòng chảy qua tổn thất hoàn toàn tại các máy làm lạnh.
11. Bồn chịu áp suất trong ranh giới nhà máy. Độ dày thành, gia cường ống nối, mặt bích và van xả áp được tính toán cho áp suất và nhiệt độ thiết kế; lưu lượng vẫn cần máy bơm trên thanh cái khẩn cấp.
12. Cách nhiệt và cầu lạnh. Len khoáng với lớp bọc nhôm hoặc thép màu, với các giá đỡ và xuyên thủng được thiết kế chi tiết để phá vỡ đường truyền nhiệt.
Trong cả hai cách bố trí, đầu vào và đầu ra cần bộ khuếch tán và vách ngăn, và vận tốc đầu vào duy trì ở mức bằng hoặc dưới 0,5 đến 1 m/s để đường nhiệt độ vẫn sắc nét.
Đặc tả kỹ thuật
Bảng dưới đây liệt kê các điểm đặt và mục lựa chọn cho bồn chứa nước lạnh khẩn cấp trong trung tâm dữ liệu.
Mục | Giá trị hoặc tùy chọn điển hình | Ghi chú |
Thể tích hình học | Được định cỡ từ mục tiêu thời gian chạy | 239 m3 trong ví dụ tính toán |
dT khả dụng | 5 đến 7 K, ví dụ 6 °C đến 12 °C | Điều khiển thể tích theo tuyến tính |
Phần khả dụng | 70 đến 90 phần trăm | Bao gồm trộn và tổn thất nhiệt |
Nhiệt độ cấp, bình thường | 5 đến 7 °C | Điểm đặt nước lạnh thông thường |
Nhiệt độ cấp, giới hạn khẩn cấp | 12 đến 15 °C | Trên mức này, tải sẽ được cắt giảm |
Cấp áp suất bồn | Áp suất khí quyển hoặc có áp | Xác định độ dày thành và gia cường |
Vận tốc đầu vào | 0,5 đến 1 m/s | Bảo vệ phân tầng |
Cách nhiệt | Bông khoáng, nhôm hoặc vỏ thép màu | Chi tiết cầu lạnh tại các gối đỡ |
Bảo vệ chống đóng băng | Dây gia nhiệt hoặc tuần hoàn dự phòng | Cần thiết cho các giai đoạn không sử dụng |
Mục tiêu thời gian chạy | 10 đến 45 phút | Kéo dài cho trường hợp hỏng máy phát thứ hai |
Trường hợp dự án
Trong khi các dự án tham chiếu đã bàn giao của chúng tôi trong lĩnh vực nước và nước thải bao gồm nước chữa cháy và lưu trữ nước uống được, phạm vi TES cho trung tâm dữ liệu được thiết kế theo cùng tiêu chuẩn. Một tham chiếu liên quan là hệ thống nước chữa cháy tại Tứ Xuyên, Trung Quốc.
Mục | Chi tiết |
Dự án | Tứ Xuyên, Trung Quốc — lưu trữ nước chữa cháy |
Sản phẩm | 01 GFS, bể lắp ghép bằng thép nung chảy thủy tinh |
Dung tích | 8.930 m3 trên hai bể |
Kích thước | phi 19,87 m x 14,4 m, 2 đơn vị |
Hoàn thành | 2023-11 |
Nhiệm vụ này có thể so sánh ở một khía cạnh quan trọng ở đây: bồn chứa chất lỏng khả dụng cho một sự kiện tần suất thấp, hậu quả cao với thời gian nhàn rỗi dài giữa các sự kiện. Kho lạnh khẩn cấp cũng có cùng đặc điểm đó, vì vậy hình học tấm, mối nối bu lông và lựa chọn lớp phủ tuân theo cùng logic kỹ thuật.
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.
Dự trữ thụ động ở mức thấp
· Kích thước khẩn cấp thường được thúc đẩy bởi thời gian chuyển đổi của đường dự phòng cộng với tải giảm được giữ sau khi cắt tải, và bồn chứa vẫn phải cung cấp lạnh khi mức của chính nó thấp.
· Bồn chứa khí quyển không cần khí dụng cụ, không cần kiểm soát không gian khí và không cần tăng áp chủ động để nhả phần lạnh còn lại, điều này giữ cho đường dẫn hỏng hóc đơn giản.
· Khu dự trữ nước chữa cháy Tứ Xuyên 8.930 m³ và các bồn nước đô thị UAE là những tương tự gần nhất trong hồ sơ của chúng tôi cho một kho dự trữ mà yêu cầu duy nhất là có mặt khi nguồn cung bình thường không có.
Câu hỏi thường gặp
Câu hỏi 1: Bể khẩn cấp nên được định cỡ cho toàn bộ tải CNTT hay tải được bảo vệ?
Trả lời 1: Chỉ tải được bảo vệ. Định cỡ cho toàn bộ đỉnh tải sẽ tạo ra một bình chứa lớn hơn cho một tình huống hiếm gặp, và sự khác biệt đó tốt hơn nên được dành cho một thang giảm tải để giảm bớt những gì bể phải chịu.
Câu hỏi 2: Bể có thay thế UPS hay máy phát điện không?
Trả lời 2: Không thay thế cả hai. Máy phát điện khởi động trong vài giây đến vài phút và UPS giữ nguồn điều khiển trước khi chúng nhận tải. Bể bổ sung biên độ cho máy phát điện không khởi động được trong lần thử đầu tiên.
Câu hỏi 3: Thời gian chạy bao lâu là đủ?
Trả lời 3: Nó phụ thuộc vào sơ đồ chuyển đổi. Một nhà máy khôi phục điện đáng tin cậy trong vòng dưới 15 phút cần một bể chứa nước lạnh khẩn cấp nhỏ hơn so với một nhà máy phải chịu đựng một lần khởi động thất bại. Mục tiêu thường là 20 đến 45 phút cộng thêm dự phòng.
Câu hỏi 4: Một bể có thể phục vụ cả khẩn cấp và cắt đỉnh không?
A4: Có, và điều này là phổ biến. Bể được định cỡ theo nhiệm vụ lớn hơn trong hai nhiệm vụ, và trường hợp khẩn cấp sau đó đặt thể tích tối thiểu và giới hạn nhiệt độ tối đa.
Q5: Hệ số giảm công suất nào nên được áp dụng cho năng lượng lưu trữ lý thuyết?
A5: 70 đến 90 phần trăm cho tổn thất phân tầng, trộn bởi bộ khuếch tán, và nhiệt tăng qua vỏ và lớp cách nhiệt. Lấy giới hạn dưới khi tốc độ xả nhanh so với thời gian luân chuyển bể.
Định cỡ bể chứa nước lạnh khẩn cấp cho trung tâm dữ liệu có nghĩa là đo một khoảng thời gian ngắn và kết hợp nó với lượng lạnh khả dụng. Khoảng thời gian này đến từ việc chuyển đổi nguồn, phản hồi của máy phát và khởi động lại nhà máy; lượng lạnh đến từ thể tích, dT và hệ số giảm công suất phản ánh sự phân tầng thực tế. Đặt cả hai lên cùng một trang và thể tích sẽ theo đó, với thang giảm tải giúp biên độ trở nên dễ dự đoán.
Giá trị không nằm ở thời gian chạy vô hạn. Mà là vòng lặp không bao giờ rời khỏi dải nhiệt độ của nó trong khi nhà máy điện khôi phục, biến việc khởi động lại thành một chuỗi được kiểm soát thay vì một loạt thiết bị bị ngắt.
Nói chuyện với Kỹ sư
Gửi mục tiêu ngắt của bạn, tải CNTT được bảo vệ trong sự kiện và nhiệt độ cấp mà bạn có thể chấp nhận trong khi nhà máy khởi động lại. Chúng tôi sẽ trả về tính toán thời gian chạy, thể tích cần thiết và dT khả dụng, cùng bảng thông số kỹ thuật bao gồm cấp áp suất, cách nhiệt và bố trí vòi phun.
WhatsApp