Bồn TES quan trọng để làm mát trung tâm dữ liệu: Độ tin cậy trong điều kiện hỏng hóc
Tạo vào Hôm nay
Bể TES quan trọng đối với trung tâm dữ liệu làm mát: Độ tin cậy trong điều kiện hỏng hóc
Bể TES rất quan trọng để làm mát trung tâm dữ liệu hoạt động như một nguồn dự trữ thụ động. Lượng lạnh dự trữ bao phủ nhà máy qua sự cố máy làm lạnh hoặc mất điện lưới trong khi máy phát và bộ UPS khởi động, vì bể nước áp suất khí quyển không cần nguồn điện bên ngoài để giữ áp suất và chỉ cần điện để tuần hoàn. Hãy tính toán lượng dự trữ dựa trên phụ tải phải duy trì, nhiệt độ đầu ra mà phụ tải chấp nhận và số giờ tự chủ, sau khi áp dụng hệ số khả dụng 70 đến 90 phần trăm. Các chế độ hỏng hóc chấm dứt nguồn dự trữ đó là sự sụp đổ phân tầng, đóng băng tại các vòi phun và giá đỡ, cách nhiệt bị ẩm ướt và bộ khuếch tán bị kẹt, chứ không phải bản thân vỏ bể.
Thiết kế độ tin cậy bắt đầu bằng những câu hỏi mà không ai muốn bị hỏi trong lúc mất điện: nhà máy phải duy trì lạnh trong bao lâu khi hệ thống làm lạnh ngừng hoạt động, và cái gì sẽ gánh tải cho đến khi máy phát đạt tần số? Đối với một nhà máy thông thường, câu trả lời mang tính cơ học: bánh đà, UPS, nước lạnh khẩn cấp hoặc nguồn điện tiện ích thứ hai. Việc bổ sung tích trữ nhiệt làm thay đổi bài toán, vì dự trữ làm mát đã nằm trong tòa nhà dưới dạng nước trong bồn.
Sự thay đổi đó hữu ích và không miễn phí. Tích trữ tạo ra các chế độ hỏng hóc riêng: một bồn bị phân tầng thành hỗn hợp âm ấm, các vòi phun bị đóng băng ở vỏ, lớp bọc che giấu bức tường ẩm ướt, một bộ khuếch tán bị kẹt ở vị trí sai.
Bài viết này đề cập đến các điều kiện hỏng hóc mà một bồn làm mát nhiệm vụ trọng yếu phải chịu đựng, cách tính thời gian chạy tự chủ, những chế độ hỏng hóc nào làm giảm nó, và những gì đặc tả kỹ thuật nên yêu cầu.
Những gì Bồn được Yêu cầu Làm
Duy trì nhà máy hoạt động qua cửa sổ chuyển đổi. Sự cố tiện ích không phải là mất điện trong vài giây; khởi động máy phát, trình tự ATS, cắt giảm tải và sự trở lại của nguồn cấp thứ hai mất vài phút, và tải quan trọng không được thấy sự dao động nhiệt độ trong cửa sổ đó. Lạnh lưu trữ bù đắp khoảng trống mà không có bộ phận chuyển động nào tham gia.
Hỗ trợ trình tự khởi động máy phát. Nguồn điện khẩn cấp đến theo từng giai đoạn. Bơm nước lạnh, quạt tháp giải nhiệt và nguồn điện điều khiển khởi động khi máy phát ổn định, và trong quá trình tăng tốc, bồn chứa là nguồn duy nhất cấp cho nhánh quan trọng.
Hấp thụ sự cố máy làm lạnh. Một máy làm lạnh ngừng hoạt động do áp suất môi chất lạnh thấp hoặc lỗi VSD là chuyện thường ngày, và dung tích lưu trữ chỉ dành cho việc chuyển đổi máy phát nhỏ hơn bình chứa cần thiết cho sự cố hai máy làm lạnh vào một buổi chiều nóng.
Giữ nhiệt độ, không chỉ thể tích. Một bồn chỉ cung cấp năng lượng khi đầu ra vẫn nằm trong dải thiết kế; một khi đầu ra hỗn hợp vượt giới hạn trên thì phần dự trữ đã cạn trong khi nước lạnh vẫn còn ở đáy.
Đối với các bồn TES quan trọng để làm mát trung tâm dữ liệu, các nhiệm vụ này đặt ra bốn thông số đầu vào để tính toán kích thước: tải duy trì, khoảng thời gian tự chủ, hệ số khả dụng và dải nhiệt độ đầu ra chấp nhận được. Tải duy trì là lượng làm mát mà các phòng quan trọng cần, ít hơn tổng tải IT sau khi các phòng được cắt giảm. Thời gian tự chủ là số phút để chuyển đổi hoặc số giờ nếu hệ thống lưu trữ cũng duy trì hoạt động khi nhà máy chiller gặp sự cố. Hệ số khả dụng là số kilowatt-giờ lưu trữ nhân với hệ số từ 70 đến 90 phần trăm, không bao giờ là công suất danh định. Dải nhiệt độ đầu ra là nhiệt độ mà tải có thể chịu được, xác định thời điểm nguồn dự trữ được coi là đã cạn.
Tính toán thời gian chạy tự chủ
Bắt đầu từ phụ tải, không phải từ bồn chứa. Nhân phụ tải duy trì sự sống tính bằng kilowatt với thời gian tự chủ tính bằng giờ để có kilowatt-giờ khả dụng, chia cho hệ số khả dụng và cho mật độ trung bình để ra thể tích. Ở chênh lệch 6 K, nước giữ khoảng 7 kWh mỗi mét khối trước khi áp dụng hệ số, vì vậy phụ tải duy trì sự sống 2 MW trong ba giờ cần khoảng 850 m3 dung tích hữu dụng, tương đương khoảng 1.100 m3 bồn chứa.
Sau đó xác nhận tốc độ xả. Ở các quy mô này, dung tích hiếm khi là ràng buộc giới hạn. Đường kính vòi phun, diện tích bộ khuếch tán và nhiệm vụ của bơm quyết định tốc độ nước lạnh rời khỏi bình chứa; một bồn xả quá chậm sẽ đạt đến cuối thời gian tự chủ mà nước lạnh vẫn còn bên trong.
Kiểm tra điều kiện hồi lưu. Việc sạc đầy cần nhà máy chiller đưa dòng hồi lưu xuống dải cấp trong khoảng thời gian khả dụng. Nếu việc sạc chỉ đạt một phần vào lúc bình minh, nhà máy không nên được hứa hẹn cùng số giờ xả.
Ghi nhận bể chứa một cách trung thực trong mô hình độ tin cậy. Các nhà thiết kế thường gán cho hệ thống lưu trữ một đóng góp tự chủ xác định trong câu chuyện về khả năng bảo trì đồng thời, cùng với đường UPS và máy phát, thay vì thời gian chạy không giới hạn.
Điều kiện | Vai trò lưu trữ | Thời lượng dự kiến | Đầu vào thiết kế |
Sụt nguồn tiện ích, chuyển máy phát | Nguồn lạnh sơ cấp | Phút | Thời gian chuyển đổi cộng biên an toàn |
Khởi động và tăng tải máy phát | Nguồn lạnh sơ cấp | Số phút sau khi tăng tải | Khả dụng nguồn điện bơm |
Một chiller gặp sự cố | Hấp thụ quá độ của nhà máy | Phút | Nghiên cứu trùng hợp sự cố |
Mất điện nhà máy chiller | Làm mát dự phòng | Giờ | Hệ số khả dụng và dải đầu ra |
Hỏng bơm hoặc điều khiển | Không được bao phủ | Không được tính | Cô lập và chẩn đoán |
Các chế độ hỏng làm rút ngắn dự trữ
Sự phân tầng sụp đổ là vấn đề âm thầm. Đối với bể TES quan trọng để làm mát trung tâm dữ liệu, bộ khuếch tán đầu vào phải được định cỡ và đặt đúng vị trí; khi nó quá nhỏ hoặc bị kẹt mở, dòng hồi lưu ấm sẽ hòa trộn vào lớp lạnh và đầu ra ấm lên sớm. Thiết kế vận tốc đầu vào từ 0,5 đến 1 m/s, định cỡ bộ khuếch tán cho lưu lượng đỉnh và giữ bể không có vật cản bên trong gây ra sự hòa trộn.
Đóng băng tại các gối đỡ và vòi phun sẽ kết thúc một bể nhanh chóng. Cầu lạnh tại yên đỡ hoặc vòi phun không được cách nhiệt làm nhiệt độ bề mặt cục bộ xuống dưới 0, nước xung quanh đóng băng và sự giãn nở làm nứt kết nối hoặc đường ống. Ngắt nhiệt dưới yên đỡ, ống bọc vòi phun cách nhiệt và niêm phong hơi liên tục là cách xử lý tiêu chuẩn.
Lớp cách nhiệt ẩm ướt che giấu ăn mòn. Hơi nước ngưng tụ xâm nhập vào khe hở lớp phủ làm ướt bông khoáng, bông bị nén chặt, tổn thất chờ tăng lên và một điểm khuyết lớp phủ bị ăn mòn phía sau bề mặt vẫn trông bình thường. Niêm phong hơi nước và lớp phủ có lỗ thông gió giữ cho vỏ bọc khô ráo.
Phụ kiện phụ thuộc điện năng hỏng trước khi vỏ bọc hỏng. Bộ truyền mức, van xả có động cơ, cơ cấu chấp hành khuếch tán và máy trộn đều cần điện, vì vậy mọi phụ kiện được cấp điện đều nằm trên bus khẩn cấp với vị trí xác định khi mất điện. Một van xả bị đóng băng hoặc một dây gia nhiệt bị mất nguồn sẽ đưa bình ra khỏi vận hành vào thời điểm tồi tệ nhất.
Đặc tính kỹ thuật
Thông số | Giá trị hoặc tùy chọn điển hình |
Nhiệm vụ | Dự phòng chuyển máy phát, hấp thụ sự cố máy làm lạnh, thời gian tự hành ngắn |
Tải duy trì | Công suất thiết kế làm mát chỉ cho các phòng quan trọng |
Thời gian tự hành | Phút để chuyển đổi, giờ nếu được tính với sự cố nhà máy |
Hệ số khả dụng | 70-90 phần trăm năng lượng lưu trữ lý thuyết |
Dải cấp / hồi | Cấp 5-7 độ C, hồi 12-14 độ C |
Loại bồn | Gần áp suất khí quyển, hoặc có áp suất nếu thiết kế quy định |
Vận tốc đầu vào | 0,5-1 m/s tại bộ khuếch tán |
Kiểm soát cầu lạnh | Đệm cách nhiệt yên đỡ, ống bọc vòi phun cách nhiệt, niêm phong hơi |
Phụ kiện được cấp nguồn | Bộ truyền mức, van động cơ, cơ cấu chấp hành trên bus khẩn cấp |
Cách ly | Van cách ly cấp và hồi cộng với đường vòng bồn |
Nghiệm thu | Kilowatt-giờ được cung cấp và nhiệt độ đầu ra trong một lần truyền thực tế |
Bồn TES quan trọng đối với trung tâm dữ liệu làm mát được chỉ định theo bảng này trước khi nhà cung cấp được yêu cầu báo giá, để thời gian tự chủ, khả năng sử dụng và bài kiểm tra nghiệm thu đều được xác định trong cùng một tài liệu.
Trường hợp dự án
Trường | Giá trị |
Dự án | Bồn chứa nước chữa cháy Tứ Xuyên Trung Quốc (P-C) |
Sản phẩm | 01 Bồn thép nung chảy thủy tinh |
Dung tích | Tổng cộng 8.930 m3 |
Kích thước | 2 bồn, đường kính 19,87 m, chiều cao 14,4 m |
Hoàn thành | Tháng 11 năm 2023 |
Trong khi các dự án tham chiếu đã bàn giao của chúng tôi trong lĩnh vực nước và nước thải bao gồm phạm vi nước chữa cháy này, phạm vi TES của trung tâm dữ liệu được thiết kế theo cùng tiêu chuẩn. Hai bồn bắt bu lông có đường kính 19,87 m được chế tạo để chứa nước một cách đáng tin cậy mà không cần hệ thống tạo áp có điện là cùng một lập luận về độ tin cậy mà một bể chứa nước lạnh đưa ra: một bình chứa lớn gần áp suất khí quyển mà nội dung của nó được giữ bởi môi trường và lớp cách nhiệt thay vì bởi một thiết bị hoạt động.
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 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.
Hành vi dự trữ thụ động
· Bể chứa khí quyển không có bơm, không kiểm soát không gian khí hay ranh giới áp suất riêng; khi nhà máy mất điện, lượng lạnh dự trữ vẫn còn đó, đúng đặc tính độ tin cậy mà một hội trường tối quan trọng đang tìm kiếm.
· Vỏ thép carbon tráng men hoặc hàn với lớp cách nhiệt tiêu chuẩn duy trì đặc tính đó trên toàn bộ thể tích lưu trữ, và vỏ bắt vít có thể được kiểm tra từng khoang trong khi phần còn lại vẫn hoạt động.
· Bể nước chữa cháy và nước khẩn cấp trong hồ sơ của chúng tôi, chẳng hạn như cặp bể ở Tứ Xuyên chứa 8.930 m³, tồn tại vì lý do tương tự: lượng dự trữ phải luôn sẵn có trong khi các hệ thống con khác ngừng hoạt động.
Câu hỏi thường gặp
Q1: Liệu một bể chứa có thể thực sự giữ lạnh cho trung tâm dữ liệu mà không cần điện lưới không?
A1: Có, trong một khoảng thời gian xác định. Bể chứa khí quyển giữ lạnh mà không cần bất kỳ thiết bị chủ động nào; chỉ cần tuần hoàn cần điện, và nó chạy trên bus khẩn cấp. Hãy tính theo thời gian tự chủ mà nghiên cứu tính toán kích thước đưa ra, không phải thời gian chạy vô hạn.
Q2: Làm thế nào để tôi tính toán thời gian tự chủ cho việc chuyển đổi máy phát?
A2: Nhân tải làm mát duy trì với thời gian chuyển đổi tính bằng giờ cộng với biên dự phòng, chia cho hệ số khả dụng và mật độ môi trường. Với vài phút chuyển đổi, bình chứa nhỏ; với hàng giờ, nó trở thành một cụm bể chứa.
Q3: Bể chứa có áp suất hay bể chứa khí quyển tốt hơn cho nhiệm vụ dự phòng?
A3: Bể chứa khí quyển là dự phòng đơn giản hơn vì nó giữ nội dung mà không cần hệ thống tạo áp suất. Bình chứa có áp suất thêm sự phụ thuộc vào hệ thống đó trong đúng điều kiện mà bạn cần bể chứa.
Q4: Lý do phổ biến nhất khiến bể chứa không đáp ứng đủ trong sự cố mất điện là gì?
A4: Trộn lẫn. Khi cách bố trí đầu vào hoặc đầu ra không giữ các lớp nhiệt tách biệt, đầu ra hỗn hợp sẽ ấm lên sớm và phần dự trữ bị tiêu hao trong khi nước lạnh vẫn còn ở đáy.
Câu hỏi 5: Các thiết bị đo của bồn có cần dùng nguồn điện khẩn cấp không?
Trả lời 5: Những thiết bị quan trọng cho việc chuyển đổi dự phòng thì nên dùng. Chỉ báo mức, bộ truyền động van xả và bất kỳ bộ truyền động bộ khuếch tán nào cũng phải hoạt động trên đường điện khẩn cấp, với vị trí an toàn được xác định khi mất điện.
Câu hỏi 6: Hiệu suất của bồn được xác minh như thế nào trước khi bàn giao?
Trả lời 6: Chạy thử quá trình chuyển tải trên nhà máy thực tế: cô lập một máy làm lạnh hoặc nguồn cấp chính, chuyển tải sang bồn, và ghi lại số kilowatt-giờ đã cấp, nhiệt độ đầu ra và thời gian đạt đến giới hạn. Chỉ riêng dung tích trên bảng tên không phải là bằng chứng.
Câu hỏi 7: Lớp vỏ cách nhiệt có bị hỏng trong thời gian dừng dài không?
Trả lời 7: Nó suy giảm dần do ngưng tụ. Lớp vỏ có lỗ thông hơi, lớp niêm phong hơi ẩm và tính toán điểm sương cho độ dày sẽ giữ bông khoáng khô ráo giữa các chu kỳ.
Một bồn chỉ xứng đáng có mặt trong một nghiên cứu độ tin cậy nếu phân tích hư hỏng bao quát được nó. Tích trữ đủ lạnh cho tải còn sống sót trong suốt cửa sổ chuyển giao, áp dụng hệ số khả dụng một cách trung thực, định cỡ đường xả để lạnh có thể thoát ra, và loại bỏ các chế độ hư hỏng làm suy giảm dự trữ, đó là trộn lẫn, đóng băng tại các cầu lạnh và cách nhiệt ẩm ướt. Các bồn TES tới hạn cho việc làm mát trung tâm dữ liệu khi đó hoạt động đúng như thiết kế: một dự trữ thụ động mua lại số phút mà nhà máy cần để khởi động máy móc của chính mình.
Liên hệ với Kỹ sư
Gửi tải lượng tồn tại tính bằng kilowatt, cửa sổ chuyển giao tính bằng phút hoặc giờ, nhiệt độ đầu ra chấp nhận được và phương án nguồn điện khẩn cấp, và chúng tôi sẽ trả về tính toán thời gian tự chủ, thể tích bồn với hệ số khả dụng được áp dụng, cùng thông số kỹ thuật của vòi phun, bộ khuếch tán và cầu lạnh. Đối với nhà máy hiện hữu, hãy yêu cầu đánh giá chuyển đổi dự phòng đối với kích thước lưu trữ hiện tại và trình tự điều khiển trước cửa sổ chạy thử nghiệm tiếp theo.
WhatsApp