Dimensione un tanque de almacenamiento de energía térmica con agua fría en función del déficit de refrigeración que debe cubrir, la duración de ese déficit y el rango de temperaturas que los equipos conectados pueden utilizar realmente. La demanda total de refrigeración del edificio, por sí sola, no determina el volumen necesario del tanque.

Un diseño práctico debe cumplir dos requisitos distintos: disponer de suficiente energía de refrigeración almacenada para cubrir el periodo de máxima demanda y contar con suficiente capacidad de descarga para satisfacer el déficit instantáneo máximo. Un tanque puede cumplir uno de estos requisitos y no el otro. Determine ambos antes de comparar las dimensiones de los tanques o las ofertas.

Defina la carga de refrigeración que debe cubrir el tanque

Empiece con un perfil de carga de refrigeración para todo el periodo de descarga previsto. Compare la carga de cada intervalo con la capacidad de refrigeración que seguirá disponible según la estrategia operativa prevista. El almacenamiento aporta la diferencia cuando la demanda supera esa capacidad disponible.

Energía de almacenamiento necesaria = suma de cada déficit de refrigeración × su duración.

Utilice la demanda térmica de refrigeración, expresada en kW de refrigeración, en lugar del consumo eléctrico. Si el objetivo es limitar la demanda eléctrica, traduzca ese límite en un programa de funcionamiento del enfriador que sea viable, teniendo en cuenta la eficiencia de la planta y la potencia de los equipos auxiliares.

En los centros de datos, distinga entre la reducción rutinaria de los picos de demanda y la continuidad de la refrigeración durante una interrupción de la planta. La reducción de picos puede requerir que el almacenamiento cubra solo una parte de la carga durante varias horas. La continuidad del servicio puede exigir una tasa de descarga mucho más alta durante un periodo más corto mientras se reinician los equipos.

Si un tanque cumple ambas funciones, defina la reserva mínima que no se puede consumir para reducir los picos. De lo contrario, un tanque descargado para reducir costes podría no tener suficiente energía disponible cuando se produzca una interrupción. Determine también si el diseño debe cubrir eventos simultáneos o escenarios operativos separados.

Convierta los requisitos de refrigeración en volumen del tanque

Para un dimensionamiento preliminar con agua, se aplica la siguiente relación:

V = E ÷ (1.163 × ΔT × f)

• V: volumen de agua del tanque, en metros cúbicos.
• E: energía de refrigeración suministrada necesaria, en kWh de refrigeración.
• ΔT: diferencia de temperatura utilizable, en °C, entre el agua fría cargada y el agua de retorno caliente de diseño.
• f: factor de capacidad utilizable efectiva, que refleja la cantidad de almacenamiento teórico disponible antes de que la temperatura de descarga supere el límite permitido.

El coeficiente 1.163 aproxima la capacidad térmica de un metro cúbico de agua por grado Celsius. Las mezclas de glicol requieren utilizar la densidad y el calor específico correspondientes a su concentración y temperatura de funcionamiento.

El factor de capacidad utilizable debe reflejar la configuración propuesta del tanque y las condiciones de funcionamiento. Puede tener en cuenta la mezcla, el desarrollo de la termoclina y el volumen de agua inaccesible. Antes de añadir márgenes adicionales, determine si la capacidad indicada por el proveedor ya contempla estos efectos. También debe definirse cómo se tratarán las ganancias de calor durante el almacenamiento y las pérdidas de distribución para evitar omitirlas o contabilizarlas dos veces.

Cálculo ilustrativo

Supongamos que el almacenamiento debe suministrar un déficit constante de refrigeración de 600 kW durante tres horas. La energía suministrada necesaria es de 1,800 kWh. Con una diferencia de temperatura utilizable supuesta de 6°C y un factor de capacidad utilizable ilustrativo de 0.85:

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

Esta es una estimación preliminar del volumen de agua basada en esos supuestos. No determina las dimensiones exteriores del tanque ni incluye todos los márgenes del proyecto. El espacio libre superior, los componentes internos, el aislamiento, el acceso y las distancias necesarias para la instalación influyen en la configuración final.

Si la diferencia de temperatura utilizable baja a 4°C, el mismo cálculo da aproximadamente 455 m³. Esto explica por qué confirmar las temperaturas de funcionamiento con antelación puede evitar cambios importantes en la superficie ocupada más adelante.

Utilice temperaturas que el sistema de refrigeración pueda mantener

La diferencia de temperatura de diseño debe poder mantenerse durante la descarga del almacenamiento. Un par de temperaturas de suministro y retorno programado no es suficiente si el agua de retorno real está más fría, el caudal de derivación mezcla los circuitos o los equipos terminales requieren más caudal del previsto.

En un tanque estratificado de agua fría, el agua fría ocupa la zona inferior y el agua de retorno más caliente entra por la parte superior. Los difusores limitan la alteración de la separación entre ambas zonas. La capa de transición, o termoclina, ocupa espacio y cambia durante el funcionamiento; el tanque no suministra indefinidamente agua a su temperatura fría inicial.

Defina la temperatura máxima de salida aceptable del tanque, que marcará el punto en que se considera agotado el almacenamiento. Este límite debe ajustarse a los requisitos de los equipos de refrigeración conectados. El tanque puede seguir conteniendo agua más fría que la de retorno después de alcanzar ese límite, pero la energía restante quizá ya no sea útil para la aplicación.

Cuando un intercambiador de calor separa el circuito del tanque del circuito de las instalaciones, incluya su diferencia de aproximación en el balance de temperaturas. En el caso de equipos refrigerados por líquido que reciben servicio a través de CDU, siga las temperaturas necesarias a través de cada intercambiador. La temperatura del refrigerante admisible en los equipos no determina directamente una temperatura aceptable para el tanque de almacenamiento.

Compruebe el caudal de descarga antes de aceptar el volumen

La energía almacenada determina la duración; el caudal y la diferencia de temperatura determinan la potencia de refrigeración. Para el agua, el cálculo preliminar del caudal de descarga es:

Caudal en m³/h = potencia de refrigeración en kW ÷ (1.163 × ΔT).

En el caso ilustrativo de 600 kW con una diferencia de temperatura de 6°C, el caudal necesario es de aproximadamente 86 m³/h. Si el perfil de carga incluye un déficit mayor de corta duración, dimensione la vía de descarga para esa carga mayor, aunque el requisito total de energía no cambie.

Compruebe las condiciones de funcionamiento de las bombas, las pérdidas en las tuberías, la capacidad de las válvulas, el rendimiento del intercambiador de calor y los límites de funcionamiento de los difusores para el caudal requerido. Una velocidad excesiva de entrada puede alterar la estratificación y reducir la capacidad de almacenamiento utilizable. Por tanto, aumentar el tamaño de la bomba sin comprobar los componentes internos del tanque puede reducir el tiempo durante el cual el sistema puede suministrar refrigeración.

La configuración hidráulica también es importante. Un tanque atmosférico conectado a un circuito presurizado requiere una interfaz hidráulica y de presión adecuada. Confirme la presión estática, las medidas de expansión y las condiciones de aspiración de la bomba junto con la selección del tanque.

Asegúrese de que el tanque pueda recargarse antes del siguiente pico

Un tanque que cumple los requisitos de un evento de descarga puede no funcionar en un programa diario repetido. Durante la carga, la planta de refrigeración debe atender la carga en curso y reponer el almacenamiento dentro del periodo disponible.

Estime el tiempo de carga dividiendo la energía que debe reponerse, incluidas las pérdidas aplicables, entre la capacidad neta de refrigeración disponible para la carga. Esta capacidad puede estar limitada por la demanda nocturna, el rendimiento del enfriador a la temperatura de carga requerida o los límites del intercambiador de calor.

Compruebe la secuencia de funcionamiento durante varios días consecutivos de alta demanda. Incluya el estado de carga inicial, los requisitos de reserva y cualquier periodo en que no sea posible cargar el tanque. Un tanque más grande no resuelve una falta constante de capacidad de carga.

El almacenamiento térmico puede trasladar la producción de refrigeración a periodos con precios eléctricos favorables o disponibilidad de generación renovable. Que esto reduzca el consumo total de electricidad depende de las condiciones de carga, las ganancias de calor, la energía de bombeo y la eficiencia de la planta. Evalúe por separado la reducción de la demanda y el consumo de energía.

Especifique el rendimiento utilizable en el paquete de equipos

Solicite una capacidad de refrigeración suministrada garantizada en condiciones definidas, respaldada por un perfil de temperatura de descarga. El volumen nominal por sí solo deja demasiada incertidumbre sobre el rendimiento del tanque una vez conectado a la planta.

La especificación de compra debe establecer:

• La energía de refrigeración necesaria, la potencia máxima de descarga y la duración de la descarga.
• El estado de carga inicial, la temperatura de retorno, el rango de caudal y la temperatura máxima de salida aceptable.
• Cómo se contabilizan el volumen utilizable, las pérdidas térmicas y cualquier reserva de diseño.
• La capacidad de carga, el periodo disponible para la carga y el estado de carga final requerido.
• La geometría del tanque, las cargas estructurales, los requisitos de acceso y las interfaces hidráulicas.
• Las secuencias de control y los criterios de aceptación para la carga, la reducción de picos y la respuesta ante interrupciones.

Shandong Liangdi Energy Saving Technology Co., Ltd. suministra tanques de almacenamiento de agua fría para centros de datos, CDU, colectores de distribución de agua e intercambiadores de calor. Al coordinar estos componentes, utilice un único programa compartido de temperaturas y caudales para que la selección de cada equipo responda a las mismas condiciones de funcionamiento.

Durante la puesta en marcha, demuestre el rendimiento de descarga en las condiciones acordadas y verifique la transición entre la refrigeración de la planta y la refrigeración almacenada. Los sensores de temperatura situados a varias alturas del tanque pueden ayudar a supervisar la estratificación y estimar la capacidad restante, pero el sistema de control debe relacionar esas lecturas con la energía de refrigeración utilizable.

Antes de fijar el espacio que ocupará el tanque, determine el perfil de carga, la temperatura de suministro admisible, la temperatura de retorno realista y el programa de carga. Estos datos determinan si un volumen adicional aporta capacidad útil y si el sistema seleccionado puede suministrarla cuando se produzca el pico.