Прецизионные кондиционеры: их функции, классификация и принцип работы

Думаете, что в местах, таких как серверные и дата-центры, где сосредоточены высокопроизводительные компьютеры и прочая техника, активно выделяющая тепло, можно установить обычные бытовые кондиционеры для поддержания стабильного климата?

Однако в таких помещениях необходимо строго контролировать уровень температуры, влажности и многие другие параметры, и даже самые мощные бытовые кондиционеры не справляются с этими задачами. В связи с этим всё чаще используется оборудование, называемое прецизионными кондиционерами.

Прецизионные кондиционеры и их особенности заключаются в высокой точности поддержания температуры и влажности, а также в способности быстро реагировать на изменения в условиях окружающей среды. Они могут обеспечивать оптимальные климатические условия для работы серверов и другого оборудования, что критически важно для предотвращения перегрева и сбоев в работе.

Принцип работы прецизионных кондиционеров основывается на замкнутом цикле охлаждения, где используются фреоновые или водяные системы. В отличие от бытовых моделей, эти кондиционеры оснащены более сложными системами контроллера, которые позволяют точно регулировать параметры воздуха.

Существует несколько классификаций прецизионных кондиционеров, включая мобильные, настенные и центральные системы. Мобильные модели удобны для перемещения и установки в небольших помещениях, настенные модели занимают меньше места и могут быть прямоугольными или квадратными по форме, а центральные системы обеспечивают охлаждение на больших площадях и интегрированы с другими системами вентиляции.

Кроме того, прецизионные кондиционеры могут быть оснащены различными дополнительными функциями, такими как фильтрация воздуха, рециркуляция и резервные источники питания, что увеличивает их надежность и эффективность.

Таким образом, прецизионные кондиционеры — это оборудование, indispensable (незаменимое) для серверных и дата-центров, обеспечивающее надежное и эффективное охлаждение критически важных систем.

Ключевые характеристики прецизионных кондиционеров

Прецизионный кондиционер, также известный как автономный шкафной кондиционер, предназначен для поддержания в помещении строго определённых параметров, таких как температура, относительная влажность и движение воздуха.

• Температурный диапазон: ±1 °C, а в некоторых моделях возможно ограничение до ±0,5 °C;
• Влажностный диапазон допускает вариации в пределах +5%;
• Рабочая температура окружающей среды может колебаться от +50 °C до -60 °C;
• Номинальная производительность может варьироваться от 5 до 200 кВт, в зависимости от модели и требований;
• Интерфейсы для удалённого мониторинга и управления, что обеспечивает удобство эксплуатации.

При этом потери тепла могут превышать стандартные значения в 5-7 раз, что создает значительную нагрузку на кондиционеры.

Тем не менее, даже в таких условиях прецизионные устройства сохраняют заданные параметры. Помимо высокой точности, к таким системам предъявляются строгие требования по надежности.

Одна минутная задержка в обслуге кондиционирования может привести к серьёзным последствиям и финансовым потерям.

Прецизионные кондиционеры обеспечивают стабильную температуру и влажность (в узком диапазоне) даже в условиях непрерывного выделения горячего воздуха от работающей техники.

К тому же, эти устройства должны иметь возможность быстрого переключения на резервный блок в случае неисправности основного.

Это гарантирует сохранение климатических параметров даже в ситуациях, когда возникают непредвиденные обстоятельства. Проекты кондиционирования серверных часто разрабатываются с учётом возможности увеличения мощности.

Дополнительно, прецизионные кондиционеры часто оснащены фильтрами HEPA для обеспечения высокого качества воздуха и защиты от пыли и аллергенов, что особенно актуально в помещениях с чувствительным оборудованием.

При выборе системы необходимо учитывать специфику помещения, чтобы оптимально спроектировать систему кондиционирования, что может включать расчёт необходимого количества воздуховодов и распределение потоков воздуха.

Новые технологии, такие как инверторные компрессоры, позволяют значительно снизить энергозатраты и увеличить эффективность работы кондиционеров. Это также способствует уменьшению уровня шума, что может быть критически важным в серверных и иных помещениях.

Преимущества использования прецизионных кондиционеров

Использование прецизионных систем в технологических процессах объясняется необходимостью компенсировать значительные теплопотери от оборудования, которое чувствительно даже к минимальным изменениям температуры и влажности.

Чем сильнее температура в помещении отклоняется от оптимальных значений, тем быстрее изнашивается дорогостоящее оборудование.

Хотя прецизионные кондиционеры характеризуются высокой надежностью, для обеспечения стабильной среды используется несколько устройств, что сводит на нет риск отказа всей системы.

Необходимость незамедлительного устранения неисправности в климатической системе критична, иначе это может привести к выходу из строя техники, создающей высокие теплопотери.

Например, перегрев оборудования в АТС или нарушение оптимальных значений влажности может привести к частым поломкам.

Прецизионные кондиционеры успешно справляются с высокими теплопотерями и поддерживают необходимые параметры климатического контроля.

Сферы применения прецизионных кондиционеров

Необходимость в надежной и стабильной работе технологического оборудования делает применение прецизионных кондиционеров особенно актуальным в следующих областях:

1. Стационарные телефония — АТС и аппаратные;
2. Мобильная телефония — узлы связи, включая коммутаторы и шлюзы;
3. Базовые и мобильные станции, расположенные в различных зданиях или контейнерах;
4. Центры биллинга;
5. Сектор ИТ — серверные, аппаратные и компьютерные залы, а также дата-центры.

Также прецизионные кондиционеры используются в фармацевтике, в помещениях с дорогостоящим диагностическим оборудованием, а также в современных лабораториях, где проводятся исследования с высокочувствительными химическими реагентами и микроорганизмами.

Отрасти, требующие высокой точности и чистоты, такие как микроэлектроника и космическая промышленность, также не обходятся без прецизионных кондиционеров.

Разнообразие моделей позволяет подобрать наиболее подходящее устройство в соответствии с требованиями, установленными СН 512-78, а также особенностями помещения, где оно будет использоваться.

Кроме того, в музеях, библиотеках и других учреждениях культуры для хранения ценных экспонатов также применяются прецизионные кондиционеры.

В таких местах обычно используют более доступные модели, поскольку условия поддержания температуры и влажности не столь критичны, но всё равно они важны.

Структура прецизионного кондиционера

Надёжность и точность работы устройства обуславливается его сложной внутренней структурой, которая может изменяться в зависимости от модели.

Обязательные элементы включают:

1. Внутренний блок, в основном в шкафном исполнении;
2. Наружный блок или внешний компонент.

Во внутреннем блоке происходит предварительная обработка воздуха перед его подачей в пространство помещения.

Наружный блок может содержать конденсатор для воздуха или жидкостный охладитель, если кондиционер работает на хладоносителе, таком как chilled water, или для конденсатора жидкостей, расположенного во внутреннем блоке.

Принцип работы прецизионного кондиционера можно изобразить схематично, и даже если конкретная модель отличается по сложности, в ней присутствуют основные механизмы.

Схема, приведенная выше, очень упрощена и демонстрирует основные этапы работы системы.

Помимо упомянутых агрегатов, в состав внутреннего блока прецизионного кондиционера входят:

• компрессор;
• испаритель;
• дроссель;
• фильтры;
• дополнительные электрообогреватели при необходимости;
• увлажнители воздуха, если нужно;
• вентиляторы;
• арматура – как запорная, так и регулирующая.

Состав остальных компонентов зависит от конкретной модели и её требований, а также условий эксплуатации.

Принцип работы устройства

Основная работа прецизионного кондиционера строится на следующем принципе: сначала газообразный хладагент сжимается в компрессоре, после чего он попадает в конденсатор, где проходит процесс конденсации, обеспечивая, тем самым, отвод тепла.

Далее, холодный хладагент, находящийся в жидком состоянии, проходит через дроссельное устройство, что приводит к снижению его температуры и давления.

В этом состоянии жидкий хладагент попадает в испаритель, где он вновь превращается в газ и возвращается в компрессор.

Процесс вентиляции воздуха через испаритель позволяет забирать воздух из помещения, где необходимо поддерживать климат в узких пределах.

На приведенной схеме отображаются траектории горячего и холодного воздуха, которые циркулируют в прецизионном кондиционере.

Проходя через испаритель, воздух охлаждается и возвращается обратно в помещение. Схема работы кондиционера иллюстрируется выше.

Функции внутреннего блока

Определяются в зависимости от назначения конкретной модели. Очевидно, что разнообразие функций влияет на возможные области применения устройства:

• Только охлаждение;
• Охлаждение с подогревом и возможностью регулировки температуры;
• Охлаждение и поддержание влажности.

Наиболее продвинутыми являются модели, совмещающие все три функции: охлаждение, увлажнение и подогрев.

Иногда производители могут создавать модели по индивидуальным заказам с дополнительными функциями, которые не предусмотрены в стандартной комплектации.

Работа прецизионного кондиционера характеризуется постоянным удалением горячего воздуха и бесконечным притоком холодного воздуха, и существует множество способов подачи потоков воздуха.

Внутренние блоки могут иметь разные способы забора и подачи воздуха: к примеру, забор может происходить через переднюю панель, а подача сверху в помещение через воздуховоды между основным и ложным потолком.

Существуют и другие варианты:

1. Забор воздуха в лицевой части с последующей подачей в верхней части непосредственно в помещение.
• Забор воздуха осуществляется сверху через воздуховод, который расположен между основным и ложным потолком, в то время как подача ведется снизу.
• Воздух поступает из верхней части помещения, а забор осуществляется из нижней, под ложным полом.
• Забор воздуха происходит с задней стороны и снизу под ложным полом, тогда как подача осуществляется через воздуховод, находящийся между потолками — основным и ложным.

Иногда забор осуществляется под ложным потолком и с задней стороны, а подача воздуха производится непосредственно в помещениях сверху.

Сложная конструкция прецизионного кондиционера объясняется его высокой точностью и значимостью выполняемых функций. На представленном чертеже хорошо видны все эти характеристики.

Разнообразие функций прецизионных кондиционеров открывает широкие возможности их применения.

Структура и механизм конкретной модели могут быть индивидуально адаптированы к особенностям помещения, где она будет использоваться.

Типы прецизионных кондиционеров

В зависимости от конструкции внутренних блоков выделяются следующие виды прецизионных кондиционеров:

• потолочные;
• шкафные модели;
• межрядные устройства.

Конденсаторы могут быть воздушными или жидкостными, в зависимости от метода их охлаждения, основываясь на используемом теплоносителе — воде или этиленгликоле.

Каждая из перечисленных категорий обладает уникальными характеристиками, достоинствами и недостатками, которые необходимо учитывать при выборе системы контроля температурного и влажностного баланса в помещении.

Фреоновые прецизионные устройства

Для телекоммуникационных объектов предназначены фреоновые моноблоки и системы климат-контроля прецизионного типа.

Для больших стационарных объектов применяются шкафные внутренние блоки и межрядные кондиционеры.

Шкафные кондиционеры с испарителем непосредственного кипения, или фреоновые, считаются классическим и экономически эффективным решением для серверных.

На представленном изображении показаны фреоновые прецизионные кондиционеры в разрезе. Схема визуализирует одно и то же устройство с различных ракурсов.

Существуют различные варианты выполнения: с наружным конденсатором воздушного охлаждения, с встроенным жидкостным конденсатором, а также модели, оборудованные сухой градирней.

Межрядные кондиционеры, как и фреоновые, имеют аналогичные типы конденсаторов, а также относятся к категории с прямым испарением (обозначение — DX).

Жидкостные прецизионные системы

Шкафные прецизионные кондиционеры, имеющие жидкостный теплообменник, используются в системах охлаждения в комбинации с чиллерами.

Надежность и температура охлаждения данной схемы зависят от принятой принципиальной схемы холодоснабжения, которая включает чиллеры и насосные установки.

Начальные капитальные затраты на такие системы выше на 30-40% по сравнению с фреоновыми кондиционерами, хотя оптимизация схемы холодоснабжения может снизить эксплуатационные расходы.

Прецизионный кондиционер с фрикулингом

Данная модель кондиционера функционирует на основе использования пониженных наружных температур.

Свободное охлаждение (англ. фрикулинг) эффективно реализуется во фреоновом шкафном кондиционере с жидкостным конденсатором и сухой градирней.

Кондиционер с фрикулингом представляет собой схему с двумя контурами (жидкостной теплообменник обозначен красным, контур с этиленгликолем — синим).

Для этого потребуется второй жидкостный теплообменник и этиленгликоль, заполняющий контур сухой градирни. При снижении температуры окружающей среды до расчетного уровня охлаждение осуществляется через второй контур — теплообменник и градирню.

Несмотря на повышенные первоначальные расходы на приобретение дополнительного оборудования, срок окупаемости таких систем составляет менее двух лет, а более точные расчеты можно провести исходя из местных тарифов.

Особенности систем резервирования

Чтобы обеспечить резервирование функции охлаждения, прецизионные кондиционеры дополнительно комплектуются жидкостными и фреоновыми теплообменниками.

Принцип работы этой системы не заключается только в дублировании охладительных установок, а предполагает использование различных систем охлаждения с различными принципами функционирования.

Система резервирования значительно повышает функциональные характеристики кондиционирования, что позволяет устанавливать ее практически в любом помещении.

Грубо говоря, одно устройство объединяет агрегаты, работающие на основе различных источников охлаждения.

Степень необходимости в резервировании определяется нормативными требованиями в зависимости от класса отказоустойчивости объекта, который устанавливается по TIER.

Заключение и полезное видео по теме

На видео показан процесс обслуживания прецизионного кондиционера с поэтапным разбором всех тонкостей работы этого устройства и требований по его обслуживанию:

Прецизионный кондиционер обеспечивает поддержание температуры и влажности в узком диапазоне значений, что имеет критическое значение для помещений с чувствительным оборудованием, требующим стабильных условий. Именно поэтому прецизионные кондиционеры активно используются в серверных, дата-центрах и высокотехнологичных лабораториях.

Если у вас есть опыт работы с этой техникой или вопросы по установке, выбору или монтажу прецизионных кондиционеров, либо возникли проблемы с их функционированием, ждем ваши отзывы и комментарии ниже – ваше мнение обязательно будет учтено.