В рубрику "Техническое обозрение" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Прецизионные кондиционеры для оборудования связи

В.Н. Гаврилов, инженер технической поддержки московского представительства Liebert-Hiross
Д.М. Якубович, руководитель департамента климатического оборудования московского представительства Liebert-Hiross

В настоящее время в Европейском содружестве создан и успешно действует международный сертификационный центр климатического оборудования "Евровент". Главной целью создания международного европейского сертификационного центра явилась необходимость разработки единых правил и сертификационных программ для климатического оборудования различных производителей. Создание такого сертификационного центра позволило резко повысить качество и надежность климатической техники, поступающей на европейский рынок. "Евровент" обладает рядом хорошо оснащенных испытательных лабораторий и центров, расположенных в различных европейских странах. Каждая лаборатория отвечает за сертификацию определенных классов климатического оборудования, предназначенного для создания искусственного микроклимата как в жилых, общественных, так и в производственных зданиях и сооружениях.

Центром "Евровент" определены 12 основных классификационных групп.

Воздушные кондиционеры

Первая группа - оборудование класса АС (Comfort Air Conditioners), автономные кондиционеры комфортной серии, предназначенные для поддержания параметров микроклимата, которые установлены на основе требований санитарно-гигиенических норм.

Вторая группа - оборудование класса СС (Close Control Air Conditioners), прецизионные кондиционеры для точного поддержания параметров микроклимата в производственных, технологических помещениях, в чистых комнатах и на объектах телекоммуникаций.

Принципиальное различие этих двух классов кондиционеров заключается в их целевом назначении (поддержании микроклимата в жилых, общественных, офисных зданиях и производственных помещениях соответственно), а также в технических характеристиках (организации обработки воздуха внутри кондиционеров).

Микроклимат помещения

Микроклимат помещения - это совокупность факторов, определяющих метеорологическую обстановку в нем. К числу этих факторов относятся: температура и влажность воздуха, потоки лучистого тепла, определяющие радиационную температуру помещений, газовый состав атмосферы, наличие твердых примесей в атмосфере, подвижность воздуха и фактор стабильности вышеуказанных параметров.

Температура воздуха

Температура воздуха является одним из основных факторов, характеризующих климатические условия помещений.

Большинство производителей электронной техники регламентируют температурные условия ее эксплуатации в пределах 18...25 °С (СН512-78 "Инструкция по проектированию зданий и помещений для электронно-вычислительных машин"). Гигиенические нормы допустимых и оптимальных параметров микроклимата производственных помещений зависят от периода года, категории (тяжести) выполняемой работы и т.д. Для легкой категории работ допустимые нормы температуры составляют 19...23 °С (ГОСТ 12.005-88 "Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиенические требования"). Казалось бы, оба диапазона температуры перекрываются и можно поддерживать температуру в помещении на уровне 22 °С, что будет соответствовать требованиям технологического оборудования и потребностям людей. Однако при выборе климатического оборудования следует принимать во внимание изложенные ниже соображения.

Холодопроизводительность

В любом производственном помещении всегда можно разместить техники больше, чем людей. Компьютерный зал или производственное помещение с электронным оборудованием имеют удельную тепловую нагрузку существенно большую, чем офисное помещение. Следовательно, такие помещения требуют и значительно большей охлаждающей способности оборудования в расчете на квадратный метр площади пола (или объема помещения). Оборудование для комфортного кондиционирования воздуха (класс АС) обычно разрабатывается с учетом потребной холодопроизводи-тельности в 1 кВт на 8-10 м2 площади помещения, тогда как оборудование класса СС (прецизионное оборудование) проектируется из расчета 2,5 кВт на 1 м2 помещения.

В общем случае холодопроизводи-тельность любого кондиционера определяется следующим соотношением
Q = C_p*G*(T_пост - T_ух),
где Q - холодопроизводительность, кВт; С_p - теплоемкость воздуха, кДж/кг*г (в нашем случае может рассматриваться как постоянная величина); G - секундный расход воздуха через кондиционер, кг/с; (T_пост - T_ух) - разность между температурой воздуха, поступающего на кондиционер и уходящего с кондиционера, г.

Кондиционеры класса СС (при одной и той же холодопроизводительности) имеют пониженный перепад температур и большой расход воздуха.

Прецизионные (технологические) системы кондиционирования воздуха (класс С С), в отличие от комфортных, за счет специальных технических средств имеют значительно более высокий коэффициент охлаждающей способности (ощутимой), равный 0,90-0,95. Примерно 85-95% общей хо-лодопроизводительности прецизионной системы воздушного кондиционирования уходит на охлаждение воздуха и лишь 5-10% - на удаление влаги.

Стабильность заданных параметров микроклимата

Еще одной важной характеристикой является стабильность заданных параметров температурного режима помещения. Прецизионные системы кондиционирования воздуха легко справляются с такими трудностями. Точность поддержания температуры обычно составляет до 1 °С, в отдельных случаях до 0,3 °С. Максимально ожидаемая температура от комфортных систем всего 5 °С.

Влажностный режим

Во многих производственных помещениях наряду с жесткими требованиями к тепловому режиму существует необходимость точно выдерживать и влажностный режим. При высокой относительной влажности, например в компьютерном зале или узле связи, могут возникнуть проблемы с конденсацией атмосферной влаги на частях оборудования, что неизбежно приводит к коррозии различных узлов электронного оборудования и последующему выходу его из строя. Наоборот, при низкой относительной влажности из-за эффекта электризации и возникновении статического электричества (потенциала) могут возникнуть нарушения в работе оборудования, потери части информации вплоть до выхода из строя отдельных элементов электронных плат и иных элементов электронного оборудования.

Практически все производители современного электронного оборудования в графу технического паспорта "условия эксплуатации" заносят сведения о влажностном режиме помещения, причем диапазон рекомендуемых значений относительной влажности обычно лежит в пределах 45-55%.

В отличие от комфортного прецизионный кондиционер предназначен для поддержания заданных параметров микроклимата исходя из требований к технологическому оборудованию, для которого не существует жестких условий по скорости распространения воздушных масс в объеме помещения. Прецизионный кондиционер при хо-лодопроизводительности такой же, как и у комфортного, обрабатывает существенно большие массы воздуха, что позволяет поднять температуру теплопередающих поверхностей выше температур конденсации атмосферной влаги (выше точки росы), исключив (или снизив до минимума) процесс осушения воздуха. Кроме того, при необходимости существует возможность понизить температуру поверхности испарителя и осуществить процесс осушения воздуха.

В состав оборудования прецизионного кондиционера входит специальный блок генератора пара (увлажнителя), который бывает различного типа: бойлерного, ультразвукового, с инфракрасными излучателями и т.д. Совокупность этих двух функций обеспечивает возможность поддержания в кондиционируемом помещении требуемых условий по влажностному режиму.

Практика эксплуатации систем кондиционирования

В практике эксплуатации комфортных систем кондиционирования в промышленных помещениях (особенно в зимнее время) проблемы с сухим воздухом становятся настолько острыми, что службы эксплуатации решаются на приобретение дополнительных автономных увлажнителей воздуха и размещение их в кондиционируемом помещении. Помимо экономически невыгодных аспектов данного решения проблемы есть много и других негативных последствий, главным из которых является несогласованность систем управления пароувлажнителя и кондиционера. Наступает такой момент, когда пароувлажнитель начинает "работать" на кондиционер. Комфортная система функционирует на рециркуляционном воздухе, который неизбежно поступает на вход кондиционера, где интенсивно осушается, и цикл замыкается. Мы достигаем только частичного результата.

На осушение воздуха может расходоваться до 40% холодопроизводительности кондиционера. В этом случае мощности кондиционера для покрытия тепловыделений в помещении уже не хватает, что приводит к нарушению теплового режима помещения. Комфортная система с большей холо-допроизводительностью, оснащенная дополнительным пароувлажнителем, будет стоить дороже прецизионной системы, и расходы на потребление электроэнергии увеличатся.

В заключение этого раздела следует еще раз обратить внимание на тот факт, что если в помещении, где размещено электронное оборудование, отказаться от поддержания требуемой влажности воздуха, то вследствие необратимых процессов (разрушения лака на электронных печатных платах, окисления контактов, высыхания изоляции силовой и коммутационной проводки и т.д.) сроки службы оборудования значительно снижаются, а эксплуатационные затраты (ремонт, обслуживание) на основное оборудование резко возрастают.

Объемы перемещаемого воздуха

Одним из важных параметров для прецизионных кондиционеров являются объем перемещаемого воздуха и скорость его движения в кондиционируемом помещении. Как правило, комфортная система обрабатывает 300-800 м3/ч на один киловатт холодо-производительности. Прецизионная система имеет производительность почти втрое выше (900-2500 м3/ч), что позволяет обеспечивать высокий коэффициент ощутимого охлаждения. В комфортных системах объемы перемещаемого воздуха ограничиваются предельными значениями скорости движения воздушных масс в рабочей зоне (не более 0,3 м/с); при технологическом кондиционировании таких ограничений нет, кроме того, перемещение больших объемов воздуха способствует лучшей его фильтрации.

Благодаря большому объему обрабатываемого воздуха происходит лучшее его распределение по внутреннему пространству помещения. Уменьшается неравномерность температурного поля, исключается возможность образования зон локального перегрева.

Как известно, одним из самых опасных врагов электронного оборудования является наличие грязи в воздухе. Она накапливается на электронном оборудовании, разрушая его составляющие и отдельные компоненты. Комфортные системы снабжены фильтрами, но эти фильтры защищают лишь сами кондиционеры от повреждения.

Фильтры, применяемые в прецизионных кондиционерах, являются фильтрами класса EU4 (стандартная комплектация). Благодаря большей кратности воздухообмена воздух чаще проходит через фильтр и полностью очищается от пыли и грязи. При необходимости кондиционеры класса С С могут быть укомплектованы более высокоэффективными фильтрами (вплоть до класса EU12).

Внешние климатические условия работы кондиционера

Внешние климатические условия, при которых обеспечивается работоспособность наружных (конденсаторных) блоков, являются еще одним принципиально важным параметром для систем.

Работа при высоких температурах

Повышенные температуры окружающей среды приводят к уменьшению тепла, отводимого в окружающее пространство в конденсаторе, что в свою очередь уменьшает общую холодопро-изводительность системы. Обычно для предотвращения аварийных режимов работы комфортное оборудование комплектуется датчиками температуры конденсации, которые отключают компрессорную установку при достижении наперед заданного значения температуры конденсации. Обычно это соответствует температуре окружающей среды порядка +35...+40 °С. Для комфортных систем это предел.

Прецизионные системы кондиционирования воздуха по желанию заказчика могут комплектоваться конденсаторами воздушного охлаждения с повышенными площадями поверхностей теплообмена и с повышенной производительностью вентиляторов, что обеспечивает верхнюю границу рабочих температур до 55 °С.

Работа при низких температурах

Снижение температуры воздуха, охлаждающего конденсатор, приводит к переохлаждению фреона и снижению давления конденсации, что также нарушает режим работы кондиционера.

В прецизионных системах кондиционирования компрессорный агрегат располагается внутри обслуживаемого помещения, а снаружи размещается только конденсатор воздушного охлаждения. Поэтому у прецизионных систем кондиционирования при очень низких отрицательных температурах не происходит поломки подвижных частей или выхода из строя электродвигателя.

Прецизионные системы кондиционирования уверенно работают до температур порядка -45 °С. В общем случае для прецизионных систем кондиционирования не существует нижней границы по рабочей температуре. Так, для работы исключительно в холодное время года разработана система свободного охлаждения. Когда температура наружного воздуха падает ниже +15 °С, система автоматически перестраивается на режим использования холодного наружного воздуха в качестве источника охлаждения, полностью или частично заменяя компрессор.

Работа без компрессора при низких температурах окружающей среды значительно снижает эксплуатационные затраты и увеличивает срок службы компрессора. Эти системы могут работать практически при любых температурах окружающей среды.

Эксплуатация систем кондиционирования

Прецизионная система кондиционирования воздуха рассчитана на работу исходя из условий эксплуатации основного технологического оборудования (например, телефонная станция работает круглосуточно). На большинстве объектов это 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, 52 недели в году, 365 дней в году, то есть 8760 часов в год.

Итак, вентилятор работает в течение всех 8760 часов, а другие части системы включаются и выключаются под контролем датчиков температуры и влажности, установленных на требуемые значения.

В отличие от прецизионных систем, оборудование комфортных серий включается, когда в помещении находятся люди. Обычно это 8 часов в день и пять дней в неделю, и только в жаркое время года. Среднегодовая эксплуатация составляет в среднем 1200 часов. По сравнению с расчетом рабочего времени по отношению к прецизионному кондиционеру это составляет лишь 14%.

От редакции

Сводная таблица характеристик прецизионных кондиционеров составлена редакцией по данным, полученным непосредственно от компаний-производителей и поставщиков. В число обязательных вошли параметры, принципиально важные, по мнению авторов статьи, для сравнения разных решений прецизионного климатического оборудования для телекоммуникаций.

Сводная таблица

Опубликовано: Журнал "Технологии и средства связи" #2, 2006
Посещений: 16004

В рубрику "Техническое обозрение" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций