حدّد حجم خزان تخزين الطاقة الحرارية بالمياه المبردة بما يتناسب مع عجز التبريد الذي يجب أن يغطيه، ومدة هذا العجز، ونطاق درجات الحرارة الذي يمكن للمعدات المتصلة استخدامه فعليًا. ولا يكفي إجمالي طلب التبريد للمبنى وحده لتحديد الحجم المطلوب للخزان.

يجب أن يستوفي التصميم العملي متطلبين منفصلين: تخزين طاقة تبريد كافية لتغطية فترة الذروة، وتوفير قدرة تفريغ كافية لتلبية أعلى عجز لحظي. فقد يستوفي الخزان أحد المتطلبين دون الآخر. حدّد كليهما قبل مقارنة أبعاد الخزانات أو عروض الأسعار.

حدّد حمل التبريد الذي يجب أن يغطيه الخزان

ابدأ بمنحنى حمل التبريد خلال فترة التفريغ المستهدفة. قارن الحمل في كل فترة زمنية بسعة محطة التبريد التي ستظل متاحة وفق استراتيجية التشغيل المخطط لها. ويوفر التخزين الفرق كلما تجاوز الطلب هذه السعة المتاحة.

طاقة التخزين المطلوبة = مجموع كل عجز في التبريد × مدته.

استخدم طلب التبريد الحراري، معبّرًا عنه بالكيلوواط من التبريد، بدلًا من استهلاك الكهرباء. وإذا كان الهدف هو الحد من الطلب الكهربائي، فحوّل هذا الحد إلى جدول تشغيل قابل للتنفيذ للمبرّدات، مع مراعاة كفاءة المحطة والطاقة المساعدة.

في مراكز البيانات، ميّز بين خفض أحمال الذروة الاعتيادية واستمرارية التبريد أثناء انقطاع إحدى وحدات المحطة. قد يتطلب خفض الذروة أن يغطي التخزين جزءًا فقط من الحمل لعدة ساعات. أما متطلبات الاستمرارية فقد تستلزم معدل تفريغ أعلى بكثير لفترة أقصر أثناء إعادة تشغيل المعدات.

إذا كان خزان واحد يخدم الغرضين، فحدّد الحد الأدنى للاحتياطي الذي لا يجوز استهلاكه في خفض الذروة. وإلا فقد لا تتوفر طاقة كافية في الخزان عند حدوث انقطاع إذا كان قد فُرّغ للتحكم في التكاليف. وحدّد أيضًا ما إذا كان التصميم يجب أن يغطي أحداثًا متزامنة أم سيناريوهات تشغيل منفصلة.

حوّل متطلبات التبريد إلى حجم للخزان

لإجراء تقدير أولي باستخدام الماء، تُستخدم العلاقة التالية:

V = E ÷ (1.163 × ΔT × f)

• V: حجم ماء الخزان بالمتر المكعب.
• E: طاقة التبريد المطلوب توفيرها، بالكيلوواط ساعة من التبريد.
• ΔT: فرق درجة الحرارة القابل للاستخدام، بالدرجة المئوية، بين الماء البارد المشحون وماء الرجوع الدافئ التصميمي.
• f: معامل السعة الفعلية القابلة للاستخدام، ويعكس مقدار التخزين النظري المتاح قبل تجاوز درجة حرارة التفريغ الحد المسموح به.

يمثل المعامل 1.163 تقريبًا السعة الحرارية لمتر مكعب واحد من الماء لكل درجة مئوية. وتتطلب مخاليط الجلايكول استخدام الكثافة والسعة الحرارية النوعية المناسبتين لتركيزها ودرجة حرارة تشغيلها.

ينبغي أن يعكس معامل السعة القابلة للاستخدام ترتيب الخزان المقترح وظروف التشغيل. ويمكن أن يأخذ في الحسبان الاختلاط وتكوّن الطبقة الحرارية الانتقالية وحجم الماء الذي يتعذر الوصول إليه. تحقّق مما إذا كانت السعة التي يذكرها المورد تشمل هذه التأثيرات بالفعل قبل إضافة هوامش أخرى. كما ينبغي تحديد كيفية التعامل مع اكتساب الحرارة أثناء التخزين وفواقد التوزيع، لتجنب إغفالها أو احتسابها مرتين.

مثال توضيحي للحساب

افترض أن التخزين يجب أن يوفر عجزًا ثابتًا في التبريد قدره 600 kW لمدة ثلاث ساعات. تكون الطاقة المطلوب توفيرها 1,800 kWh. وبافتراض فرق درجة حرارة قابل للاستخدام قدره 6°C ومعامل توضيحي للسعة القابلة للاستخدام قدره 0.85:

V = 1,800 ÷ (1.163 × 6 × 0.85) ≈ 304 m³.

هذا تقدير أولي لحجم الماء وفق هذه الافتراضات. ولا يحدد الأبعاد الخارجية للخزان، كما لا يشمل جميع الهوامش الخاصة بالمشروع. فالمساحة الحرة أعلى الماء والمكونات الداخلية والعزل ومتطلبات الوصول وخلوص التركيب تؤثر في الترتيب النهائي.

إذا انخفض فرق درجة الحرارة القابل للاستخدام إلى 4°C، يعطي الحساب نفسه حجمًا يقارب 455 m³. وهذا يوضح كيف يمكن لتأكيد درجات حرارة التشغيل مبكرًا أن يمنع تغييرًا كبيرًا في المساحة المطلوبة لاحقًا.

استخدم درجات حرارة يمكن لنظام التبريد الحفاظ عليها

يجب أن يظل فرق درجة الحرارة التصميمي قابلًا للتحقيق أثناء تفريغ التخزين. ولا يكفي تحديد زوج درجات حرارة الإمداد والرجوع في جدول التشغيل إذا كانت درجة حرارة ماء الرجوع الفعلية أقل، أو كان تدفق التجاوز يخلط الدوائر، أو كانت المعدات الطرفية تتطلب تدفقًا أعلى من المتوقع.

في خزان المياه المبردة ذي الطبقات، يشغل الماء البارد الجزء السفلي، بينما يدخل ماء الرجوع الأدفأ من الأعلى. وتحدّ الموزّعات من الاضطراب بين هاتين المنطقتين. وتشغل الطبقة الانتقالية، أو الترمُوكلين، حيزًا ويتغير موضعها أثناء التشغيل؛ لذلك لا يحافظ الخزان على درجة حرارة الماء البارد الأولية إلى أجل غير مسمى.

حدّد أقصى درجة حرارة مقبولة لمخرج الخزان عند النقطة التي يُعد فيها التخزين مستنفدًا. وينبغي أن يستند هذا الحد إلى متطلبات معدات التبريد المتصلة. فقد يظل في الخزان ماء أبرد من ماء الرجوع بعد بلوغ هذا الحد، إلا أن الطاقة المتبقية قد لا تعود مفيدة للتطبيق.

عندما يفصل مبادل حراري بين دائرة الخزان ودائرة المنشأة، أدرج فرق الاقتراب الحراري الخاص به ضمن ميزانية درجات الحرارة. وبالنسبة إلى المعدات المبردة بالسوائل التي تُخدَم عبر وحدات CDU، تتبّع درجات الحرارة المطلوبة عبر كل مبادل. فدرجة حرارة سائل التبريد المسموح بها عند المعدات لا تحدد مباشرةً درجة الحرارة المقبولة لخزان التخزين.

تحقّق من تدفق التفريغ قبل اعتماد الحجم

تحدد الطاقة المخزنة مدة التزويد، بينما يحدد التدفق وفرق درجة الحرارة قدرة التبريد. وللماء، يمكن إجراء حساب أولي لتدفق التفريغ كما يلي:

التدفق بالمتر المكعب/ساعة = قدرة التبريد بالكيلوواط ÷ (1.163 × ΔT).

في مثال 600 kW التوضيحي، ومع فرق درجة حرارة قدره 6°C، يبلغ التدفق المطلوب نحو 86 m³/h. وإذا تضمن منحنى الحمل عجزًا أعلى قصير المدة، فصمّم مسار التفريغ ليستوعب ذلك الحمل الأعلى حتى إن ظل إجمالي متطلبات الطاقة كما هو.

تحقّق من قدرة المضخة وفواقد الأنابيب وسعة الصمامات وأداء المبادل الحراري وحدود تشغيل الموزّعات عند التدفق المطلوب. فقد تؤدي سرعة الدخول المفرطة إلى اضطراب الطبقات الحرارية وتقليل التخزين القابل للاستخدام. لذلك، قد تؤدي زيادة حجم المضخة دون التحقق من المكونات الداخلية للخزان إلى تقليل مدة التزويد التي يستطيع النظام توفيرها.

كما أن الترتيب الهيدروليكي مهم. فالخزان المفتوح المتصل بدائرة مضغوطة يتطلب واجهة ضغط وهيدروليك مناسبة. تحقّق من الضغط الساكن ومتطلبات التمدد وظروف سحب المضخة إلى جانب اختيار الخزان.

تأكّد من قدرة الخزان على إعادة الشحن قبل الذروة التالية

قد يعجز خزان يلبي متطلبات دورة تفريغ واحدة عن تلبية جدول تشغيل يومي متكرر. أثناء الشحن، يجب أن تخدم محطة التبريد الحمل الفعلي وأن تعيد شحن التخزين ضمن الفترة الزمنية المتاحة.

قدّر زمن الشحن بقسمة الطاقة المطلوب استعادتها، بما في ذلك الفواقد ذات الصلة، على صافي سعة التبريد المتاحة للشحن. وقد يحدّ من هذه السعة الطلب الليلي أو أداء المبرّد عند درجة حرارة الشحن المطلوبة أو حدود المبادل الحراري.

اختبر تسلسل التشغيل على مدار أيام متتالية ذات أحمال مرتفعة. وأدرج حالة الشحن عند البداية ومتطلبات الاحتياطي وأي فترة يتعذر فيها الشحن. فزيادة حجم الخزان لا تعالج نقصًا مستمرًا في سعة الشحن.

يمكن للتخزين الحراري نقل إنتاج التبريد إلى فترات تكون فيها أسعار الكهرباء مواتية أو تتوفر فيها الطاقة المتجددة. ويتوقف خفض إجمالي استهلاك الكهرباء على ظروف الشحن واكتساب الحرارة وطاقة الضخ وكفاءة المحطة. قيّم خفض الطلب واستهلاك الطاقة كلًّا على حدة.

حدّد الأداء القابل للاستخدام ضمن حزمة المعدات

اطلب ضمانًا لقدرة تبريد موفّرة في ظل ظروف محددة، مدعومًا بمنحنى لدرجة حرارة التفريغ. فالحجم الاسمي وحده يترك قدرًا كبيرًا من عدم اليقين بشأن أداء الخزان عند توصيله بمحطة التبريد.

ينبغي أن تحدد مواصفات الشراء ما يلي:

• طاقة التبريد المطلوبة، وأقصى قدرة تفريغ، ومدة التفريغ.
• حالة الشحن الأولية، ودرجة حرارة الرجوع، ونطاق التدفق، وأقصى درجة حرارة مقبولة للمخرج.
• كيفية احتساب الحجم القابل للاستخدام والفواقد الحرارية وأي احتياطي تصميمي.
• حمل الشحن وفترة الشحن المتاحة وحالة نهاية الشحن المطلوبة.
• هندسة الخزان والأحمال الإنشائية ومتطلبات الوصول والواجهات الهيدروليكية.
• تسلسلات التحكم ومعايير القبول للشحن وخفض الذروة والاستجابة للانقطاع.

تورد Shandong Liangdi Energy Saving Technology Co., Ltd. خزانات تخزين التبريد لمراكز البيانات ووحدات CDU وموزّعات المياه ووحدات المبادلات الحرارية. وعند تنسيق هذه المكونات، استخدم جدولًا موحدًا لدرجات الحرارة والتدفق لضمان أن يدعم اختيار كل معدة متطلبات التشغيل نفسها.

عند التشغيل الأولي، أثبت أداء التفريغ في الظروف المتفق عليها وتحقّق من الانتقال بين تبريد المحطة والتبريد المخزن. ويمكن لحساسات درجة الحرارة على ارتفاعات متعددة في الخزان أن تساعد على تتبع الطبقات الحرارية وتقدير السعة المتبقية، لكن يجب أن تربط أنظمة التحكم هذه القراءات بطاقة التبريد القابلة للاستخدام.

قبل تثبيت المساحة التي سيشغلها الخزان، احسم منحنى الحمل ودرجة حرارة الإمداد المسموح بها ودرجة حرارة الرجوع الواقعية وجدول الشحن. فهذه المدخلات تحدد ما إذا كانت زيادة الحجم ستوفر سعة مفيدة، وما إذا كان النظام المختار قادرًا على توفيرها عند حلول الذروة.