Для обеспечения долгой и безотказной работы электронных устройств, установленных в аппаратных помещениях с высокой концентрацией оборудования, требуется строгое соблюдение условий их эксплуатации. Наиболее важными из них являются стабильное электропитание и поддержание необходимого микроклимата, т. е. температурно-влажностного режима в аппаратном помещении.
Любая аппаратура, состоящая из сложных электронных схем, предъявляет повышенные требования к параметрам окружающей среды. К ней относится любое современное высокотехнологичное оборудование, в том числе вычислительные машины, телекоммуникационные системы, контрольно-измерительные приборы, агрегаты бесперебойного электропитания и другие подобные устройства.
Основные элементы двухконтурной системы прецизионного кондиционирования с нижним выдувом охлажденного воздуха
Большинство систем рассчитано на работу при температуре воздуха +22 ±2°С и относительной влажности 50 ±10%. Отклонение температуры от указанных параметров приводит к сокращению срока службы оборудования (например, аккумуляторных батарей), ухудшению его характеристик, снижению надежности, сбоям в работе или даже выходу из строя (например, при перегреве из-за высокой температуры окружающей среды).
Низкая влажность в помещении ведет к накоплению статического электричества, разряд которого способен вывести из строя любые электронные элементы. Следствием высокой влажности, в свою очередь, может стать образование конденсата, вызывающего коррозию и даже короткое замыкание печатных проводников и, как следствие, выход из строя отдельных узлов аппаратуры.
Также существует ряд промышленных объектов и учреждений, предъявляющих повышенные требования не только к параметрам микроклимата, но и чистоте воздуха, т. е. количеству содержащейся в нем пыли. К ним относятся, например, музеи, библиотеки, архивы, типографии, медицинские учреждения (операционные комнаты, отделения интенсивной терапии, ожоговые, кардиологические и пульмонологические центры), лаборатории фармацевтического производства, предприятия микроэлектронной промышленности (гермозоны) и др.
Основные отличия прецизионных систем кондиционирования от комфортных
Для поддержания необходимых параметров микроклимата и обеспечения требуемой чистоты воздуха необходимо применять системы кондиционирования воздуха. Самой простой их разновидностью являются комфортные системы, предназначенные для создания нормальных климатических условий в помещениях, где работают люди.
Однако более надежными и совершенными устройствами являются системы прецизионного кондиционирования. Они применяются для работы в аппаратных помещениях, где эксплуатируется высокотехнологичное электронное оборудование и содержатся все необходимые средства для охлаждения, подогрева, очистки, увлажнения, осушения и перемещения воздуха, а также для автоматической регулировки его температуры, влажности, давления, состава и скорости движения.
|
Прецизионные системы
|
Комфортные системы
|
|
1. Предназначены для работы в аппаратных помещениях с высокой концентрацией оборудования
|
1. Предназначены для создания комфортных условий в помещениях, где работают люди
|
|
2. Круглосуточный режим работы
|
2. Работа в течение 8 часов в сутки
|
|
3. Круглогодичный режим работы
|
3. Работа только в теплое время года
|
|
4. Возможность работы при низких температурах внешней среды (до −40°C)
|
4. Невозможность работы при низких температурах внешней среды (ниже −5°C)
|
|
5. Расчетный срок эксплуатации 10 … 15 лет
|
5. Расчетный срок эксплуатации 3 … 5 лет в щадящем режиме (см. п. 2 и 3)
|
|
6. Высокий коэффициент охлаждающей способности: 0.85 … 0.95
|
6. Коэффициент охлаждающей способности: 0.6 … 0.7
|
|
7. Точность поддержания температуры: ±1°C
|
7. Точность поддержания температуры: ±5°C
|
|
8. Точность поддержания влажности: ±5%
|
8. Режим увлажнения: отсутствует
|
|
9. Большая воздухопроизводительность
|
9. Малый объем подачи воздуха
|
|
10. Возможность установки промышленных фильтров в соответствии с заданным стандартом
|
10. Фильтрация воздуха осуществляется простыми бытовыми фильтрами
|
|
11. Относительно высокая стоимость системы
|
11. Относительно низкая стоимость системы
|
Выводы
Для эффективного поддержания параметров микроклимата аппаратных помещений с высокой концентрацией оборудования необходимо использовать только специально предназначенные для этого системы прецизионного кондиционирования воздуха.
Применение комфортных систем недопускается по следующим основным причинам:
-
Комфортные системы не рассчитаны на круглосуточную работу. Их принудительная эксплуатация в жестком режиме приводит к быстрому износу.
-
Невозможность работы комфортных систем при низких температурах окружающей среды (ниже −5°C).
-
Отсутствие в комфортных системах функции регулирования влажности, что приводит к сильному осушению воздуха.
-
Недостаточная воздухопроизводительность комфортных систем зачастую не позволяет эффективно «разогнать» охлажденный воздух в аппаратном помещении, что может привести к перегреву отдельных устройств, расположенных в его «мертвых» зонах.
Несмотря на относительно более высокую стоимость системы прецизионного кондиционирования в сравнении с комфортной, в конечном итоге расходы на ее эксплуатацию оказываются ниже за счет существенно большего срока службы.
Основные исходные данные для расчета мощности системы прецизионного кондиционирования
При расчете мощности системы прецизионного кондиционирования необходимо принимать во внимание следующие исходные данные:
-
Рекомендованный температурно-влажностный режим для электронных систем, компьютерного и телекоммуникационного оборудования, систем бесперебойного электропитания, а также применяемых совместно с ними аккумуляторных батарей составляет: температура +22 ±2°С, влажность 50 ±10% (в некоторых случаях ±20%).
-
Суммарное тепловыделение всей электронной аппаратуры, расположенной в охлаждаемом помещении, обычно указывается в паспортных данных устройств и составляет примерно 10% … 90% от их потребляемой мощности.
-
Каждое помещение обладает своими определенными геометрическими параметрами: площадь, объем, высота потолка, наличие окон и др. нюансы, которые также необходимо принимать в расчет.
Сферы применения систем прецизионного кондиционирования
-
Вычислительные залы с компьютерным оборудованием: файловыми серверами, дисковыми накопителями большого объема, высокопроизводительными суперкомпьютерами (Sun Microsystems, IBM, HP и др.).
-
Залы с телекоммуникационным оборудованием.
-
Вычислительные залы провайдеров интернет-услуг и хостинг-провайдеров (интернет-отели).
-
Телекоммуникационные контейнеры базовых станций мобильной связи, спутниковой связи и радиоретрансляторов.
-
Телефонные станции, коммуникационные залы провайдеров телекоммуникационных услуг.
-
Любые другие аппаратные помещения с ответственным оборудованием, сбой в работе которого может привести к вынужденному простою в работе предприятия.
-
Медицинские учреждения, в том числе операционные помещения, отделения интенсивной терапии (реанимации), ожоговые, кардиологические и пульмонологические центры.
-
Научно-исследовательские лаборатории, предъявляющие повышенные требования к параметрам микроклимата и чистоте воздуха.
-
Отдельные технологические зоны промышленных предприятий, например гермозоны в микроэлектронной индустрии.
-
Музеи, библиотеки, архивы.
Принцип работы прецизионных кондиционеров
При работе в режиме непосредственного охлаждения системы прецизионного кондиционирования используют стандартный цикл холодильной машины. Внешнюю работу по переносу тепла совершает специальный компрессор, являющийся обязательной частью практически любого кондиционера. Избыток тепла переносится с помощью рабочего вещества (хладагента), находящегося в паро- или газообразном состоянии. Обычно в качестве него используются специальные низкокипящие жидкости. Непосредственно к объекту охлаждения холод передается с помощью промежуточного теплоносителя (воздуха или жидкости).
Рассмотренный выше режим работы системы охлаждения называют режимом прямого расширения, или компрессорным (рефрижераторным) режимом. Наряду с ним во многих системах кондиционирования используют дополнительный режим естественного свободного охлаждения (фрикулинг). Принцип его работы заключается в непосредственном использовании холодного наружного воздуха в осенне-зимний период года для охлаждения рабочего помещения. Для этого система кондиционирования оснащается дополнительным контуром охлаждения с незамерзающей жидкостью (водным раствором этиленгликоля) либо внешний воздух подмешивается к рециркулирующему воздуху и после фильтрации подается в рабочее помещение.
Режим свободного охлаждения позволяет сократить время работы компрессора, являющегося главным потребителем электроэнергии системы кондиционирования, и тем самым существенно повысить ее экономичность.
1 — компрессор
2 — испаритель
3 — конденсатор
4 — дроссель
5 — вентилятор
6 — фильтр
Чиллер (холодильная машина)
Существуют так называемые бескомпрессорные системы кондиционирования, в которых охлаждение воздуха, подаваемого в рабочее помещение, осуществляется с помощью холодной воды, текущей по специальному змеевику кондиционера. Для получения охлажденной воды (с температурой +5 … +7°С) используют специальные холодильные машины (чиллеры), устанавливаемые на крыше зданий или на отдельных площадках вне зданий. Они, как правило, содержат обычные контуры охлаждения, свойственные всем холодильным установкам.
Холодопроизводительность выпускаемых в настоящее время модификаций чиллеров составляет от нескольких десятков до нескольких тысяч кВт.