Естественное охлаждение и прецизионные кондиционеры
В былые годы, когда компьютеры были размером с дом, возникла очень явная необходимость в точных системах кондиционирования воздуха.
Прецизионное кондиционирование воздуха разработано для поддержания постоянной температуры в пределах 1°c в помещениях с чувствительным компьютерным оборудованием. В начале-середине 70-х подавляющее количество компаний начали использовать компьютеры в своей повседневной деятельности. Огромные блоки компьютерного оборудования были вмонтированы в специальные ИТ-помещения, которые требовали прецизионные кондиционеры воздуха для точного поддержания параметров температуры воздуха и влажности.
ИТ-рынок оказался прибыльной сферой для многих производителей прецизионных кондиционеров, так как все больше компаний инвестировали деньги в сделанные на заказ ИТ-помещения. Так продолжалось до появления ПК в конце 80-х. Современные технологии позволяют каждому иметь собственный настольный компьютер в офисе.
Такие современные компьютеры больше не требовали точного управления температурой, как в случае с их предшественниками. Для контроля температуры офисного пространства использовались комфортные кондиционеры воздуха. Это стало, конечно, главной причиной существенного спада продаж прецизионного оборудования и подъема установки агрегатированного оборудования - настенных и потолочных кассетных кондиционеров.
В середине 90-х, с быстрым ростом сети Интернет, для прецизионного оборудования открылся новый рынок. Начали появляться огромные специальные помещения с большими серверами, необходимые для удовлетворения требований доступа в интернет, и эта среда нуждалась в прецизионном кондиционировании воздуха. Еще одна сфера, которая развивалась параллельно с ИТ-рынком – это сфере телекоммуникаций. Фрагментация телекоммуникационной индустрии создала огромный спрос из-за растущего количества цифровых АТС на прецизионные кондиционеры.
Возрождение прецизионного кондиционирования воздуха повлекло за собой появление новых требований к заказчикам, которые обязаны осознавать необходимость бережного отношения к природе и ее энергетическим ресурсам. С введением этого нового, более сложного рынка, прецизионные системы должны были представить больше преимуществ своей продукции, чем когда-либо ранее.
Естественное охлаждение использует атмосферный воздух достаточно низкой температуры для охлаждения следующих компонентов:
- Приточного воздуха для кондиционируемого помещения, прямо впуская необходимое количество свежего наружного воздуха в помещение, как правило, через прецизионный кондиционер.
- Смеси воды/гликоля, которая пропускается через установленный снаружи сухой воздухоохладитель для удаления тепловой энергии. Затем охлажденная жидкость рециркулирует через змеевик естественного охлаждения, установленный в прецизионный кондиционер.
Такие технологии могут либо исключить надобность в механическом охлаждении, при котором требуется один или более компрессор системы с непосредственным охлаждением, или, по крайней мере, сократить время работы и нагрузку на систему охлаждения. Их преимущества будут изложены ниже.
Благодаря минимальному механическому охлаждению радикально снижается электропотребление системы кондиционирования воздуха, что также уменьшает эксплуатационные расходы и сводит к минимуму воздействие на окружающую среду. Если капитальная стоимость такой системы оказывается выше, эти дополнительные расходы часто окупаются в течение короткого промежутка времени, после чего экономия становится колоссальной.
На рис. 1 показано количество годовых часов в Лондоне относительно наружной температуры по сухому термометру. На схеме также показано количество годовых часов, доступных для применения естественного охлаждения, поэтапного охлаждения и механического охлаждения. Анализ этих данных выглядит следующим образом:
часов / год %
Естественное охлаждение: 17011 9.4
Поэтапное охлаждение: 4838 55.4
Механическое охлаждение: 2197 25.2
-----------
8736
Полное естественное охлаждение для удовлетворения нагрузки охлаждения всегда доступно при атмосферной температуре 5°C и ниже. Также возможно достигнуть эффекта полного естественного охлаждения при атмосферной температуре выше 5°C при частичной нагрузке, например, в зимний период. В режиме полного естественного охлаждения жидкостный циркуляционный насос создает циркуляцию холодной воды/раствора гликоля по змеевику естественного охлаждения, где происходит отвод и возврат тепла из помещения в сухие воздухоохладители для выпуска в атмосферу. В этом рабочем режиме не используется ни один компрессор.
При средней атмосферной температуре доступно частичное естественное охлаждение. В таких условиях насос создает циркуляцию холодной воды/раствора гликоля по змеевику естественного охлаждения, после чего один или больше механических холодильных контуров обеспечивают необходимое дополнительное охлаждение.
На рис. 4 подробно показан принцип работы весной/осенью, основная суть которого представлена на рис. 3.
Если температура возвратного воздуха поднимается выше заданной температуры во время работы полного естественного охлаждения, очевидно, что необходима более высокая холодопроизводительность.
В таком случае достигается часть естественного охлаждения и выполняется первый этап механического охлаждения с непосредственным испарением. Существует несколько этапов механического охлаждения системы.
На рис. 4, когда выполняется этап механического охлаждения с непосредственным испарением, активируется соответствующий регулирующий клапан водяного напора (WRV), чтобы пропустить необходимый объем водно-гликолевой жидкости через один из пластинчатых теплообменников (PHE).
Функция пластинчатого теплообменника – произвести теплообмен между относительно холодной возвратной водно-гликолевой жидкостью из змеевика естественного охлаждения и горячим отработанным хладагентом из холодильного контура с непосредственным испарением, чтобы обеспечить конденсацию и частичное охлаждение.
Прямое механическое охлаждение
Когда наружная атмосферная температура поднимается до того уровня, когда невозможно использовать естественное охлаждение, система работает как обычный кондиционер воздуха с гликолевым охлаждением, который использует механические контуры охлаждения для обеспечения полной холодопроизводительности.
На рис. 6 показана работа системы в летний период. В этом режиме работы система естественного охлаждения полностью прекращена, активация происходит с помощью байпасного клапана естественного охлаждения (BV).
Вся нагрузка по охлаждению теперь полностью лежит на механическом охлаждении с непосредственным испарением.Доступны несколько этапов механического охлаждения, которые включаются для работы с мгновенной нагрузкой.
Соответствующие регулирующие компрессорные клапаны водяного напора (WRV) активируются, чтобы пропустить необходимый объем водно-гликолевой жидкости через один или несколько пластинчатых теплообменников (PHE) для выполнения конденсации и частичного охлаждения.
Свежий воздух с вспомогательным охлаждением с непосредственным испарением
Этот подход прецизионных систем, разработанный специально для телефонных станций и аппаратных связи, использует свежий воздух для естественного охлаждения вместо водно-гликолевого раствора, как было описано раньше.
Это сочетается с обозначенным выше механическим охлаждением с непосредственным испарением.
Есть три режима работы:
- полный ввод свежего воздуха в кондиционируемое помещение через установку кондиционирования воздуха.
- частичное естественное охлаждение через ввод свежего воздуха вместе со смешанным рециркуляционным воздухом.
- полное механическое охлаждение.
Полный ввод свежего воздуха в кондиционируемое помещение через установку кондиционирования воздуха.
Система заслонок, встроенная в кондиционер воздуха, переходит в модулированную позицию, чтобы позволить ввод свежего воздуха на кондиционируемую область. Свежий воздух является главным источником охлаждения в этой системе, допуская некоторую степень естественного охлаждения в течение большей части года. Особо важно индивидуально подойти к высокой эффективности фильтрации свежего воздуха, чтобы защитить кондиционируемое пространство и находящееся в нем оборудование.
Частичное естественное охлаждение через ввод свежего воздуха вместе со смешанным рециркуляционным воздухом.
С помощью системы заслонок, встроенной в кондиционер воздуха, можно регулировать температуру воздуха в кондиционируемом помещении, модулируя и смешивая теплый возвратный воздух из помещения со свежим наружным воздухом охладителя, полученным снаружи.
Свежий воздух является главным источником охлаждения в этой системе, допуская некоторую степень естественного охлаждения в течение большей части года. В теплое время года, когда температура снаружи высокая, система автоматически закрывает заслонки и запускает механическое охлаждение, что обеспечивает охлаждение через змеевик
Полное механическое охлаждение
В этом режиме заслонки закрыты, чтобы обеспечить работу полной рециркуляции воздуха. Естественное охлаждение через заслонку свежего воздуха неактивно в данном режиме. Используется несколько этапов механического охлаждения, чтобы поддерживать температуру в помещении в соответствии с датчиком возвратного воздуха/встроенным комнатным датчиком и заданным значением контроллера.