Прецизионные кондиционеры: что это, их классификация и принципы работы

Существует ли мнение, что в серверных, дата-центрах и других помещениях с высокой концентрацией вычислительной техники, которая выделяет значительное количество тепла, можно обойтись обычными бытовыми кондиционерами для поддержания нужной температуры и влажности?

В таких помещениях необходима строгая регуляция температуры, уровня влажности и других параметров в весьма узких пределах. Обычные системы кондиционирования, даже самые мощные, не способны справиться с этой задачей. Поэтому все более востребованными становятся прецизионные кондиционеры.

Прецизионные кондиционеры разработаны специально для поддержания оптимальных условий работы чувствительного оборудования. Они обеспечивают высокую точность контроля температуры и влажности, что критично для серверов, сетевого оборудования и других устройств, чувствительных к климатическим условиям. Эти системы способны поддерживать температуру в пределах 20-25 градусов Цельсия и влажность от 45% до 55%, что значительно снижает риск перегрева и поломок.

Классификация прецизионных кондиционеров может основываться на их конструкции, способе установки, а также характеристиках самого охлаждения. Существуют напольные, настенные и потолочные модели. В зависимости от типа хладагента выделяют устройства с фреоновыми и водяными системами охлаждения.

Принцип работы прецизионного кондиционера схож с обычными кондиционерами, но отличается более сложным управлением. Они используют высокоэффективные компрессоры, специальные системы фильтрации и автоматизацию, позволяющую контролировать параметры воздуха в реальном времени. Некоторые модели интегрируются в системы «умного здания», что позволяет удаленно управлять климатическими условиями.

Важно также отметить, что прецизионные кондиционеры могут включать в себя дополнительные функции, такие как рекуперация тепла и фильтрация воздуха, что улучшает микроклимат в помещениях. Это особенно актуально для крупных дата-центров и серверных, где требуется высокое качество воздуха, что в свою очередь способствует надежной работе оборудования и продлевает его срок службы.

В данной статье мы рассмотрим, что собой представляют прецизионные кондиционеры, их ключевые характеристики, принципы работы и доступные виды устройств.

Характерistics прецизионных кондиционеров

Прецизионный кондиционер, или автономная система кондиционирования шкафного типа, представляет собой устройство, которое нацелено на поддержание в помещении таких параметров, как температура, относительная влажность и подвижность воздуха в строго заданных пределах.

• Диапазон допустимого изменения температуры составляет ±1 °С. Некоторые модели могут уменьшить этот диапазон до ±0,5 °С;
• Влажность может варьироваться в пределах ±5%;
• Прецизионные кондиционеры могут функционировать в условиях окружающей температуры от +50 °С до -60 °С.
• Энергоэффективность — многие современные модели имеют высокий класс энергоэффективности, что позволяет сократить затраты на электроэнергию;
• Шумовой уровень — прецизионные кондиционеры часто разрабатываются с учетом минимизации шумового фона, что особенно важно в офисных и исследовательских помещениях;
• Интеллектуальные системы управления — многие устройства оснащены современными системами управления, позволяющими удаленно отслеживать и настраивать параметры работы кондиционера;

Теплоприток в таких помещениях значительно превышает обычные значения, в 5–10 раз, что создает высокую нагрузку на кондиционирующее оборудование.

Тем не менее, прецизионные кондиционеры способны поддерживать заданные параметры. Помимо этого, эти системы отличаются высокой надежностью и прочностью.

Даже кратковременное отсутствие кондиционирования может привести к серьезным последствиям, включая материальные убытки.

Данные устройства гарантируют стабильность как температуры, так и влажности (в пределах строгих категорий), несмотря на постоянное выделение большого объема тепла от функционирующих около суток устройств.

Также важным аспектом является возможность быстрого запуска резервного блока в случае поломки основного устройства. Это позволяет поддерживать стабильный микроклимат даже в условиях аварийных ситуаций, и проектирование кондиционирования серверных обычно включает мощности для резервных единиц.

К тому же, многие прецизионные кондиционеры имеют функцию мониторинга и самодиагностики, что позволяет заранее обнаруживать потенциальные неисправности и своевременно проводить обслуживание. Это значительно повышает общую надежность работы системы и снижает риск возникновения серьезных проблем в будущем.

Преимущества применения прецизионных кондиционеров

Актуальность использования прецизионных систем в различных технологических областях связана с необходимостью устранения значительных теплоизбытков, образующихся от оборудования, которое чувствительно к небольшим колебаниям температурного и влажностного режимов.

С увеличением отклонения температуры от нормы, сокращается срок службы дорогостоящей техники.

Несмотря на высокую надежность прецизионных кондиционеров, для обеспечения стабильности климата часто используются несколько единиц устройств, что минимизирует риск выхода системы из строя.

Задержка с ремонтом системы климат-контроля может привести к поломке оборудования, которое производит значительное количество тепла.

Например, переохлаждение оборудования в зале АТС или существенные отклонения влажности могут повысить вероятность его повреждения.

Прецизионные кондиционеры эффективно компенсируют серьезные теплоизбытки и поддерживают необходимые температурные и влажностные параметры в помещении.

Области применения прецизионных кондиционеров

Эти устройства используются для гарантирования бесперебойной работы технологического оборудования в следующих сферах:

1. Стационарная телефония — системы АТС и технические помещения;
2. Мобильная телефония — узлы телекоммуникаций, включая коммутаторы и шлюзы;
3. Базовые и выносные станции, находящиеся в зданиях или контейнерах;
4. Центры биллинга;
5. IT-сектор — серверные и технические комнаты, компьютерные залы и дата-центры.

Недавно прецизионные кондиционеры начали применять и в фармацевтической индустрии, в помещениях с дорогостоящим диагностическим оборудованием, а также в современных лабораториях для работы с реактивами, чувствительными к условиям окружающей среды, или с колониями микроорганизмов.

Отрасли, требующие высокой точности и чистоты производства, такие как микроэлектроника, фармацевтика и космическая отрасль, также используют прецизионные кондиционеры.

Широкий ассортимент моделей дает возможность выбрать подходящий вариант в соответствии с требованиями СН 512-78 и назначением помещения, для которого планируется поддержание климатических условий.

Кроме этого, прецизионные кондиционеры применяются в музеях, библиотеках и других культурных учреждениях, где хранятся ценные экспонаты. Здесь, как правило, выбираются более экономичные модели, поскольку требования к температуре и влажности менее строгие.

Конструкция прецизионного кондиционера

Точные характеристики и надежность устройства объясняются его сложной конструкцией, которая может варьироваться в зависимости от конкретной модели.

В обязательном порядке присутствуют:

1. Внутренний блок, обычно в шкафном исполнении;
2. Наружный блок.

Внутренний блок осуществляет первичную обработку воздуха перед его подачей в закрытое пространство.

Наружный блок может включать конденсатор воздуха или технологию водяного охлаждения, если кондиционер функционирует с холодной водой от чиллера или для конденсаторов, размещенных во внутреннем блоке.

Структура прецизионного кондиционера и основные принципы работы схематично представлены ниже.

Представленная схема является очень упрощенным вариантом. Она демонстрирует основные концепции функционирования системы.

Также стоит учесть, что помимо всех перечисленных компонентов, внутренний блок прецизионного кондиционера содержит:

• компрессор;
• испаритель;
• дроссель;
• фильтры;
• дополнительные устройства для электрического нагрева при необходимости;
• увлажнители воздуха;
• вентиляторы;
• арматуру — как запорную, так и регулирующую.

Присутствие остальных элементов зависит от конкретной модели и требований, которые к ней предъявляются, а также от особенностей помещения, в котором устройство будет эксплуатироваться.

Принципы работы устройства

Основная суть работы этого оборудования заключается в следующем: сначала происходит сжатие газообразного хладагента в компрессоре, после чего он поступает в конденсатор. Там осуществляется его конденсация, что позволяет удалить тепло из хладагента.

На следующем этапе жидкий хладагент проходит через дросселирующее устройство, что приводит к снижению температуры и давления его агрегатного состояния.

И уже в этом состоянии хладагент поступает в испаритель, где он снова превращается в газообразное состояние и возвращается в компрессор.

Процесс заключается в том, что воздух, продуваемый через испаритель, забирается из помещения, где необходимо поддерживать строгие температурные и влажностные параметры.

На схеме показаны постоянные потоки горячего и холодного воздуха в системе прецизионного кондиционера.

Воздух, проходящий через испаритель, охлаждается и затем возвращается обратно в помещение. Схема функционирования прецизионного кондиционера изображена выше.

Функции внутреннего блока

Конкретные функции определяются задачами, для которых предназначена модель. Можно предположить, что разнообразие функций влияет на области применения устройства:

• только охлаждение;
• охлаждение и подогрев с возможностью регулирования температуры;
• охлаждение и увеличение уровня влажности.

Наиболее универсальным вариантом является наличие всех перечисленных функций, включая подогрев.

Иногда определенные модели разрабатываются по индивидуальным запросам и могут быть оснащены функциями, не предусмотренными базовой комплектацией.

Основной принцип работы прецизионного кондиционера характеризуется постоянным удалением горячего воздуха и обеспечением притока холодного. При этом способы подачи воздушных масс могут варьироваться.

Внутренние блоки могут обладать различными способами забора и подачи воздуха в помещение. К примеру, забор может происходить через переднюю панель, а подача — сверху, через воздуховоды, расположенные между основным и подвесным потолком.

Имеются и другие варианты:

1. Забор воздуха через переднюю панель в сочетании с подачей его сверху прямо в помещение.
2. Забор воздуха осуществляется в верхней части через воздуховод, который расположен между основным и ложным потолками, тогда как подача осуществляется с нижней зоны.
3. Забор происходит из верхней части помещения, в то время как подача осуществляется под ложным полом с нижних направлений.
4. Подача происходит в верхней части воздуховода, который расположен между ложным и основным потолком, тогда как забор осуществляется сзади и снизу, под ложным полом.

Также существует вариант, при котором забор осуществляется из области под ложным потолком и сзади, а подача — в верхней части прямо в помещение.

Сложная структура прецизионного кондиционера обусловлена необходимостью точно выполнять важные функции. На схеме можно четко увидеть все ключевые аспекты этого устройства.

Такая гибкость в функциональности объясняет обширные возможности, которые предлагают прецизионные кондиционеры.

Конструкция и механизм функционирования выбранной модели могут быть индивидуально адаптированы в зависимости от специфики помещения, где она будет установлена.

Типы прецизионных кондиционеров

Прецизионные кондиционеры можно классифицировать в зависимости от внутренней конструкции блоков на несколько типов:

• потолочного типа;
• шкафного исполнения;
• межрядного типа.

В зависимости от метода охлаждения конденсаторов они могут быть воздушными или жидкостными, в зависимости от используемого теплоносителя — воды или этиленгликоля.

Каждая из этих категорий имеет свои уникальные характеристики и особенности, которые следует учитывать при выборе системы для контроля температуры и влажности в помещении.

Фреоновые прецизионные кондиционеры

Для телекоммуникационных объектов рекомендуется использовать фреоновые моноблоки и системы прецизионного климат-контроля.

На крупных стационарных объектах применяются шкафные внутренние блоки и межрядные кондиционеры.

Шкафные кондиционеры, оснащенные испарителем непосредственного кипения, являются наиболее экономически выгодным решением для серверных.

На представленной схеме показаны срезы фреоновых прецизионных кондиционеров, отображая одно и то же устройство с различных ракурсов.

Существуют различные варианты исполнения кондиционеров: с наружным воздушным конденсатором, с внутренним конденсатором жидкостного охлаждения, а также модели с сухой градирней.

Межрядные кондиционеры также имеют подобные варианты конденсаторов с прямым испарением (обозначаются как DX).

Жидкостные прецизионные устройства

Шкафные прецизионные кондиционеры с жидкостным теплообменником используются в составе охладительных чиллерных систем как дополнительные устройства для поддержания нужной температуры.

Здесь надежность работы и режим охлаждения зависят от принятой схемы холодоснабжения, включающей чиллеры и насосные группы.

Первоначальные капитальные затраты на такие системы превышают затрат на фреоновые кондиционеры на 30-40%, однако оптимизация схемы холодоснабжения может значительно снизить эксплуатационные расходы.

Прецизионный кондиционер с фрикулингом

Работа этого типа кондиционеров основана на использовании низких наружных температур.

Свободное охлаждение, или фрикулинг, успешно реализуется в шкафном фреоновом кондиционере с жидкостным конденсатором и градирней.

Кондиционеры с фрикулингом имеют схему с двумя контурами: один из них — жидкостной теплообменник (показан красным), другой — контур с этиленгликолем (показан синим).

Для функционирования потребуется второй теплообменник и этиленгликоль, который будет заполнять контур сухой градирни. При снижении температуры окружающей среды до расчетного уровня охлаждение будет происходить через второй контур — теплообменник и градирню.

Несмотря на более высокие первоначальные вложения в дополнительное оборудование, период окупаемости таких агрегатов обычно не превышает 2-х лет, а точные расчеты можно выполнить, основываясь на местных тарифах.

Резервирование систем охлаждения

Для реализации функции резервирования в прецизионных кондиционерах устанавливаются дополнительные теплообменники, как жидкостные, так и фреоновые.

Главная идея работы этой системы заключается не просто в дублировании охладительных установок, а в использовании систем, функционирующих на различных принципах.

Система резервирования значительно повышает эффективность работы кондиционирования, что позволяет устанавливать ее практически в любых помещениях.

Иными словами, в одном устройстве комбинируются агрегаты с разными источниками охлаждения.

Необходимость в резервировании и его уровень определяются нормами, в зависимости от класса отказоустойчивости объекта — по TIER.

Заключение и полезное видео

На видео представлен процесс обслуживания прецизионного кондиционера, где подробно разбираются все особенности его работы и требования к уходу за ним:

Прецизионные кондиционеры поддерживают заданную температуру и влажность в узком диапазоне. Эта функция критически важна в помещениях, где расположено чувствительное к климатическим изменениям оборудование, поэтому они активно используются в серверных, дата-центрах и высокотехнологичных лабораториях.

Если у вас есть опыт в работе с этой техникой или возникли вопросы по установке, выбору или эксплуатации прецизионных кондиционеров, пожалуйста, оставьте комментарий ниже — ваше мнение будет учтено!

Видео:

Принцип работы кондиционера, что такое сплит-система?