Существует определенный тип помещений с высокой технологией работы, в которых необходимо обеспечивать с помощью специальных, так называемых прецизионных систем кондиционирования воздуха, круглогодично, круглосуточно с большой точностью микроклиматические параметры воздушной среды, такие как: температура, относительная влажность воздуха и его запыленность. К таким помещениям относятся: помещения телекоммуникационных узлов связи и цифровых АТС, в том числе мобильных; телевизионных и радиовещательных станций; компьютерных и серверных с источниками бесперебойного электропитания; хранилищ ACP на магнитных носителях информации (магнитные диски, ленты, магнитооптические носители); «чистые помещения» (операционные и сборочные производства электронной технологии); наземных станций спутниковой связи с электронным сетевым оборудованием; типографий с цветной, высокого типа печатной продукцией и т.д. Современное различного рода технологическое оборудование, устанавливаемое в этих помещениях, основывается на электронной цифровой технике, требования к эксплуатационным условиям работы которой включает в себя ограничения по микроклиматическим параметрам воздушной среды и точности их поддержания на постоянном уровне и требования по надежности: [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 10]. Все эти требования и ограничения для каждого типа оборудования имеют конкретное содержание и в настоящее время не стандартизированы на территории России и стран СНГ по отраслевому признаку, применительно к задачам создания микроклимата с помощью систем кондиционирования и вентиляции. Это вызывает трудности при сдаче объектов Заказчикам. Кроме того, возросли тепловые нагрузки на единицу площади высокотехнологических помещений, вследствие миниатюризации компоновочных решений конструкций электронного оборудования. Например, для телефонных узловых станций переход на цифровую технику увеличил удельную тепловую нагрузку от З0–40 Вт /м2 до 135–240 Вт/м2 при уменьшении общей потребляемой энергии станции [9]. Все это вызывает интерес к решениям и выбору систем кондиционирования и вентиляции, работающих на такие объекты. Основные особенности работы прецизионных систем кондиционирования воздуха (СКВ) Систему кондиционирования воздуха и вентиляции для вышеназванных помещений условно можно рассматривать как состоящую из двух подсистем: «комфортного» типа, предназначенную для жизнедеятельности людей и определяемую санитарно — гигиеническими требованиями (требованиями СНиП) и «прецизионного» типа, предназначенную для создания оптимальных, точно поддерживаемых на одном постоянном уровне климатических параметров воздушной среды, обеспечивающих высокую надежность работы цифровому электронному оборудованию [1, 2, 3, 4, 6]. Эти две подсистемы могут быть независимы друг от друга, дополнять друг друга или объединяться в единую систему кондиционирования воздуха и вентиляции. Особенно это можно проследить на примере типовых зданий АТС, где происходит замена устаревшего оборудования на цифровое, электронное и где развиты вспомогательные службы с большим числом персонала [7, 9]. Основное конструктивное исполнение базовой установки «прецизионной» системы кондиционирования воздуха — автономный шкафной кондиционер [8, 9]. Обычно он оборудован одним или двумя холодильными машинами, замкнутые контуры которых содержат теплообменник — испаритель, выносной или встроенный конденсатор воздушного или жидкостного охлаждения. А также герметичный компрессор со встроенной защитой от низкого и высокого давления, клапанами всасывания и нагнетания, резервуарами хладагента (R22, R134, R407-a) подогревом картера и другими комплектующими элементами стандартной системы охлаждения. Отличия от последней весьма существенны по точности регулирования параметров обрабатываемого воздуха в испарителе и конденсаторе и потому оснащен датчиками температуры, давления и относительной влажности обрабатываемого воздуха с высокой точностью регистрации. Блок вентиляторов представлен малошумными центробежными вентиляторами, позволяющими обеспечить необходимые напорные и расходные параметры создаваемому потоку воздуха. Имеется система аварийной сигнализации при потере напора воздуха вентилятором. Воздушные фильтры (U4–U7), из моющегося синтетического волокна, оборудованы системой аварийной сигнализации о степени их загрязненности, определяемой величиной их аэродинамического сопротивления. Паровой увлажнитель воздуха с погружными электродами оснащен электронными регулирующими и предохранительными устройствами (включая датчики температуры и влажности), обеспечивает регулировку относительной влажности воздуха с необходимой и заданной точностью. Регулировка температуры кондиционного воздуха осуществляется посредством изменения температуры кипения хладагента в теплообменнике — испарителе при помощи терморегулирующего вентиля ТРВ, а также системы регулирования мощности компрессора с клапаном впрыска горячего газа. Кондиционер может быть оснащен системой дополнительного подогрева воздуха с помощью электронагревателя с 2х ступенчатой мощностью нагрева или теплообменника с горячей водой. Вход воздуха в кондиционер из помещения осуществляется горизонтально, через решетку на нижней фасадной поверхности шкафа, а выход кондиционного воздуха в верхней его части. Другая конструкция кондиционера предусматривает вход воздуха в верхней части шкафа, а выход в нижней или вертикально вниз, под фальшпол. Микропроцессорная система управления режимами технологических процессов работы прецизионного кондиционера, с электронными блоками индикации и управляющих комплектующих, размещается (как правило) в отдельной секции , отделенной от потока обрабатываемого воздуха. В процессе работы кондиционер отводит избыточную теплоту в окружающую среду через отдельно стоящий ,например, охлаждаемый воздухом конденсатор. В практике проектирования систем кондиционирования очень часто имеет место ограничение на длину трассы хладагента от кондиционера до конденсатора. Поиски решения этой проблемы привели к использованию так называемых выносных вентиляторных теплообменников «сухого охлаждения» (dry coolers) и появлению дополнительного жидкостного контура отвода теплоты ,соединяющего встроенный жидкостный конденсатор кондиционера и выносной теплообменник. Это, в свою очередь, выявило необходимость осуществления в кондиционере специальных режимов работы с применением дополнительных аппаратных и программных средств управления. Отметим общие, основные особенности работы прецизионных систем кондиционирования воздуха, к которым относятся и системы производимые корпорациями TECNAIR LB, UNIFLAIR, MONTAIR, HIROSS, RC (Италия) CIAT, YORK, ALKO.

  • Во-первых, эти системы обладают высокой надежностью во время круглосуточной, круглогодичной работы, что обусловлено техническими решениями, заложенными в них, соответствующими требованиям, предъявляемых к надежности электронного и телекоммуникационного оборудования стандартами ISO 9001. Средняя наработка на отказ этих систем достигает 2 года непрерывной работы [8].
  • Во-вторых, эти системы способны обеспечить режим термостатирования и влагостатирования компьютерного и телекоммуникационного оборудования в течение круглого года (зимой и летом) при постоянных тепловыделениях от этого оборудования, что резко отличает их от обычных, например, стандартных «сплит систем» комфортного типа. Последние осуществляют совместно с процессом охлаждения процесс осушки воздуха, что нарушает оптимальные условия работы оборудования.
  • В-третьих , эти системы обеспечивают минимизацию энергопотребления в течение года, как за счет специальных встроенных устройств, потребляющих минимальное количество энергии, так и за счет своих специальных технологических режимов работы (называемых часто как «frее-cooling»). Экономия по эксплуатационным затратам при этом достигает 48%. Эти системы характеризуются высокими значениями соотношения скрытой и общей мощности охлаждения (холодопроизводительности) и работоспособностью при наружных температурах в диапазоне от -35°С до +45°С.
  • В-четвертых, компоновочные решения прецизионных шкафных кондиционеров раскрывают их широкие возможности по организации системной подачи и удаления воздуха из помещения «высокой технологии» и их изменения .что позволяют обеспечивать «гибкую» перепланировку этих помещений и оборудования в них размещенного, замену этого оборудования с учетом изменения его тепловыделений, без дополнительно возникающих строительных доработок, в связи с использованием фальшполов и потолков в качестве воздухораспределяющих элементов системы. Широкие возможности таких кондиционеров обеспечить различные технологические режимы обработки воздуха для зимних и летних условий, точная регулировка параметров позволяют считать их кондиционерами « с гибкой технологией работы».
  • В-пятых, эти системы характеризуются высокими способностями резервирования, в связи с многоконтурностью, многоступенчатостью в работе компрессоров в каждом замкнутом холодильном контуре.

В отличие от известных «комфортных» систем, прецизионные системы обеспечивают:

  • поддержание заданной температуры воздуха с точностью до 1°С, а не до 5°С;
  • поддержание относительной влажности воздуха с точностью до 5%;
  • поддержание заданной чистоты воздуха, обеспечиваемое специальными фильтрами с эффективностью до EU7 и более, оснащенными датчиками загрязнения, а не EU2 EU3 для комфортных;
  • большую производительность по воздуху, обеспечивающую максимальную скорость его обработки;
  • постоянную диагностику состояния микроклиматических параметров воздушной среды, обеспечиваемую встроенным микропроцессорным управлением, с выдачей всех параметров на дисплей;
  • осуществление мониторинга параметров нескольких установленных кондиционеров; возможности переключения работающего кондиционера на резервный; возможности осуществления подачи свежего воздуха до 5–10% от производительности кондиционера; низкий уровень шума.

Важным этапом применения прецизионных систем является выбор расчетных внутренних микроклиматических параметров воздуха, определяемых технологическими условиями эксплуатации электронного оборудования. Выбор оптимальных микроклиматических параметров воздуха для СКВ и режимов их работы Установлено [10], что в тех случаях, когда относительная влажность воздуха помещения падает до 20% и ниже, происходит накопление электростатических зарядов, вызывающих нарушения в работе электрических цепей приборов. коробление и слипание носителей информации, останов мониторов, печатающих устройств и т.д. Температура воздуха, другой микроклиматический параметр, также оказывает интенсивное влияние на надежность оборудования и сроки проведения профилактических работ. Поэтому различные изготовители компьютерного и телекоммуникационного оборудования и носителей информации устанавливают ограничения для микроклиматических параметров воздушной среды как при осуществлении рабочих режимов, так и в условиях длительного хранения и приводят данные по обеспечению оптимальных условий работы технических средств (см.табл.1 на стр. 61). Как видно из таблицы, несмотря на различие в оборудовании и материалах носителей информации, оптимальные температурно — влажностные параметры воздуха для большинства технических средств, обеспечивающих надежный технологический процесс обработки данных и управления в помещениях ВЦ и узлов связи и телерадиовещания и т.д. , находятся в достаточно узком диапазоне оптимальных значений: температура t=22±(1...2)°С, относительная влажность y=50±(5... 10)%. Как показывает мировая практика строительства и эксплуатации цифровых АТС с электронным оборудованием, существуют временные режимы работы этого оборудования, обусловливающие его высокие надежностные показатели в зависимости от климатических параметров окружающей воздушной среды [9]: [9]:

  • при температурах ниже t < 24°С — должно быть не менее 70% рабочего времени эксплуатации оборудования (р.вр.э-и.);
  • при температурах t= 24–26°С — должно быть не более 15% р.вр.э-и.;
  • при температурах t= 26–30°С — должно быть не более 10% р.вр.э-и.;
  • при температурах t= 30–34°С — должно быть не более 4% р.вр.э-и.; при
  • температурах t= 34–40°С — должно быть не более 1% р.вр.э-и.

Эти режимы работы следует принимать во внимание при оценке графиков гарантийного и послегарантийного обслуживания систем кондиционирования воздуха и при возникновении аварийного состояния систем. Для расчета подачи свежего воздуха предлагается использовать в качестве нормы подачи наружного воздуха кратность одного воздухообмена в час в помещениях электронных узлов связи (автоматных залов), кроссового оборудования. Для остальных помещений, где работают люди, следует применять нормы СНиП. Большое значение для обеспечения надежности электронного оборудования имеет не только уровень микроклиматических параметров, но и воздуха постоянство температурного режима воздушной среды. Известно, что при увеличении температуры на каждый 1°С, надежность накопителей на магнитных дисках ЭВМ уменьшается на 2,3%, а на 5°С — от 10 до 15% [5]. Температура воздуха подводимого к телефонным стойкам (стативам) или стойкам ЭВМ в случае их непосредственного охлаждения должна быть стабильна в диапазоне 20±2°С [6]. Таким образом, осуществление прецизионными кондиционерами микроклиматических параметров 22±(1°С...2°С) и y=50±(5...10)% обусловливает выполнение практически всех требований по климатике связного телекоммуникационного оборудования, средств вычислительной техники, телевизионного и другого электронного оборудования. Основная концепция интегрированных прецизионных СКВ модульного типа В связи с необходимостью выполнения всех вышеперечисленных микроклиматических требований в помещениях и зданиях высокой технологии, например цифровых АТС, системы вентиляции и кондиционирования воздуха становятся непосредственной составной технологической частью современного телекоммуникационного оборудования этих АТС и решают задачи эффективной эксплуатации этого оборудования. Проводимое в настоящее время строительство и реконструкция общественных и административно — офисных зданий и помещений, широкое внедрение электронного информационного оборудования в различных многофункциональных зданиях и применение нового электронного оборудования выявила необходимость разработки новых подходов к решению задач создания высокоэффективных СКВ. Опыт создания СКВ для многочисленных объектов связи показал, что наиболее эффективен способ интегрирования отдельных подсистем вентиляции ( например, реализованных для автоматных залов, кроссового оборудования, аккумуляторных помещений и помещений с источниками бесперебойного электропитания) и подсистем кондиционирования для операторских, диспетчерского управления, серверных, архивных помещений и т.д. в единую интегрированную систему СКВ с общим центром управления. Интегрированная система СКВ может включать в себя несколько подсистем с различным составом оборудования. Можно выделить несколько наиболее важных подсистем возможных к реализации: ядро всей системы — подсистема прецизионных кондиционеров для помещений, где требуется достаточно точно поддерживать климатические параметры воздуха для оборудования, с устанавливаемыми снаружи конденсаторами воздушного или жидкостного типа; подсистема приточно — вытяжной вентиляции для помещений, где находятся люди; подсистема «водоохладитель — вентиляторные доводчики» для помещений, имеющих повышенные уровни тепловыделений и обуславливающих создание комфортных условий. Использование пространства фальшпола и пространства потолка для организации воздухораспределяющей сети (рис. 1) является перспективной технологией в современных технологических и офисных зданиях оснащаемых электронным цифровым оборудованием и прецизионными шкафными кондиционерами. Тенденция развития этой технологии привела к созданию специальных воздухораспределяющих устройств ,размещаемых за подвесным потолком или в пространстве фальшпола. Особенно перспективно использование подачи воздуха из-под фальшпола. Обладая несомненным рядом преимуществ и организуя схему «вытесняющей вентиляции» в помещении такой способ подачи позволяет произвести улучшенный тепловой комфорт в зоне нахождения людей, уменьшить стоимость затрат на систему, улучшить эффективность вентиляции в рабочей зоне, использовать повышенные уровни воздухообмена в помещении (свыше 40–50 м.куб/час на 1м2 пола, например, до 150) и ассимилировать повышенные тепловые нагрузки — до 200 Вт/м.кв, и выше [11, 12]. На рис.1 представлены возможные схемы организации вентиляции помещений с применением шкафных прецизионных кондиционеров. Наиболее характерными представителями устройств подачи приточного воздуха из пространства фальшпола являются устройства германской фирмы «Trox» и аналогичные шведской фирмы «STIFAB FAREX» (Рис.2а). Основным элементом этих устройств являются механические закручиватели — рассеиватели воздушного потока 2, обеспечивающие быстрое падение скорости на выходе из устройств, что не вызывает дискомфорта у людей ,находящихся в зоне их расположения. Выходная решетка 1 защищает устройство от механических нагрузок и имеет дополнительный трап — сборник грязи 5, попадающей в пространство пола. В стандартную плиту фальшпола размером 600х600 мм таких устройств можно установить до 4 штук ( Рис.2б). Размещение этих устройств в пространстве фальшпола предусматривает подачу воздуха через них за счет статического давления воздуха создаваемого в этом пространстве или в камере, статического давления образованной подводящим расширительным патрубком, либо за счет динамического давления создаваемого в приточном воздуховоде подведенного к ним(Рис.3,а,в,с). Дальнейшее развитие этого способа распределения приточного воздуха привело к реализации требований необходимости зонального автоматического регулирования количеством и качеством приточного воздуха, поступающего из фальшпола. Для этого приточные устройства обеспечиваются регуляторами расхода и температуры воздуха , работающими по заданию термостата ,монтируемого в зоне помещения на стене. Наибольший интерес представляет система( Рис4), использующая принцип такого зонального регулирования и учитывающая тенденцию «гибкого» развития цифрового оборудования совместно со структурированной кабельной системой разводки информационных и силовых каналов и потому использующая конструкцию и пространство фальшпола или фальшпотолка в качестве воздухораспределяющего устройства в помещениях автоматных залов и вычислительных центров, архивов больших массивов данных на магнитных носителях(АСР), серверных помещениях Такая система состоит из трех основных устройств — модулей: чиллера, кондиционера — доводчика и воздухораспределяющих концевых устройств(КВУ). Каждый кондиционер — доводчик типа FLEXICLIM с воздушным потоком вверх (тип «О» ) или вниз (тип»U») представляет собой сложную систему, состоящую из : вентиляторов, жидкостного теплообменника, куда подается охлажденная вода от чиллера , воздушного фильтра класса U4, регулятора скорости вращения вентиляторов( по желанию заказчика), датчика температуры входящего воздуха, микропроцессорной системы управления режимом работы с индикацией параметров воздуха и аварийной сигнализации электросиловой автоматики. Доводчик может быть с двумя теплообменниками на «охлаждение» и « нагрев»,но он не содержит компрессор Основным узлом охлаждения системы служит чиллер. . Теплообменники оборудованы системой регулирования температуры жидкости с помощью 3х ходового вентиля пропорционального регулирования. По заказу, кондиционер-доводчик оборудуется паровым увлажнителем воздуха и датчиком влажности, а также воздушным нагревателем для осуществления процесса полного кондиционирования параметров воздуха (охлаждение, нагрев, увлажнение, осушение). Комплект для дистанционного управления позволяет осуществлять локальную сеть для нескольких кондиционеров с выходом на центр диспетчеризации объектом по последовательным портам связи RS485/RS232. Основные технические характеристики ряда кондиционеров FLEXICLIM представлены в Табл 2.[8] Производительность по холоду этих кондиционеров надежно перекрывает весь реальный диапазон тепловых нагрузок в АТС и др. центрах. На рис. 4 представлены структурные схемы двух вариантов СКВ с использованием этих кондиционеров и воздухораспределяющих фальшполов (7) и потолков (7а), как необходимых узлов системы. Кондиционер (1), имеющий встроенный вентилятор(8), воздушный фильтр(5), теплообменник (6), имеет на выходе из конструкции воздухораспределяющий пленум (9), содержащий от 6 до 16 штук круглых отводов, к которым могут присоединяться с помощью гибких воздуховодов (3) концевые воздухораспределяющие устройства (КВУ) типа FLEXIBOX (рис. 5).Теплообменник снабжается холодной водой от водоохладителя (чиллера),установленного в здании. Поддержание заданной температуры и относительной влажности в рабочей зоне помещения или в ее локальной зоне (см.табл.1 на стр. 61, рис. 6) осуществляется автоматически путем регулирования работы теплообменника и пароувлажнителя, установленных в кондиционере FLEXICLIM и пропорциональным регулированием расхода и температуры воздуха через КВУ-FLEXIBOX (Рис.5). Обработанный в кондиционере воздух поступает через гибкие воздуховоды на концевые устройства FLEXIBOX и раздается в помещениях в требуемом объеме. Отработанный, рециркуляционный воздух возвращается через пространство за фальшпотолком или фальшполом. На примере реализации системы кондиционирования воздуха в помещениях телецентра можно показать возможности организации воздухораспределения при помощи устройств типа FLEXIBOX (Рис.6). Два кондиционера — доводчика , снабжаемые охлажденной водой от чиллера имеют в своей верхней части пленум (своего рода камеру статического давления ) на верхней стенке которого размещены 8 коротких патрубков к которым присоединены гибкие воздуховоды подающие охлажденный воздух к 8 шт. КВУ FLEXIBOX размещенным в запотолочном пространстве , как это показано на Рис. 4,а. Такое решение позволяет обеспечить воздухом 8 отдельных помещений с индивидуальным регулированием параметров воздуха в каждом с помощью настенного термостата. Третий кондиционер, использующий распределительный воздуховод дает возможность обеспечить 12 помещений. Система типа FLEXICLIM особенно целесообразна для помещений, где одновременно присутствуют локальные и распределенные источники тепла и где возможны большие различия в интенсивности тепловыделений. Практика эксплуатации вычислительных центров, АТС и цифрового телекоммуникационного оборудования, а также телерадиовещательного и типографского оборудования с управляющими ЭВМ, как раз и являет собой такие объекты, в которых тепловыделяющее электронное оборудование сосредоточено локально. Количество КВУ определяется расходом приточного воздуха от кондиционера и количеством обслуживаемых КВУ зон помещения. Располагаемое давление вентилятора кондиционера должно согласовываться с падением давления воздушного напора на участке от кондиционера до блока КВУ ,если сеть заканчивается КВУ. Блоки КВУ FLEXIBOX имеют встроенный цилиндрический регулятор воздухопроизводительности пропорционального регулирования, управляемый комнатным термостатом. Один термостат может управлять четырьмя блоками. Кроме того, для точности поддержания температуры воздуха, выходящего из блока, в блоке размещен электрический подогреватель на 220 В с предохранительными реле и реле управления. Выбор прецизионного кондиционера FLEXICLIM определяется величиной тепловой нагрузки в помещениях, расчетными климатическими параметрами снаружи и внутри помещения и минимально возможной температурой воздуха на входе в КВУ FLEXIBOX. Последняя принимается в диапазоне 16–18°С и обусловливает выбор температуры охлаждающей жидкости, подаваемой от водоохладителя-чиллера в кондиционер в диапазоне 7–12°С. Оптимальны следующие ориентировочные размеры зоны помещения обслуживаемой одним кондиционером FLEXICLIM при выборе кондиционеров и при различной удельной тепловой нагрузке от оборудования в помещении*, рассчитанной по их полной и явной холодопроизводительности (см.табл.2 на стр. 66). При этом выборе следует принимать во внимание ,что кратность воздухообмена для стандартного помещения высотой 3 м будет находиться в диапазоне 4,2–15,7 обменов в час. Система с использованием доводчиков типа FLEXICLIM обладает следующими преимуществами:

  • Простой монтаж. Все принадлежности, необходимые для крепления и монтажа устройств, а также фальшпол могут входить в комплект поставки.
  • В помещение подается только чистый воздух, т.к. он не смешивается с воздухом за подвесным потолком или фальшполом, идущим на рециркуляцию.
  • Месторасположение КВУ FLEXIBOX в пространстве потолка или фальшпола можно менять в зависимости от условий эксплуатации технологического оборудования и его месторасположения, не затрагивая кондиционер. 4. Изменение тепловой нагрузки в помещении от оборудования можно приводить в соответствие с холодопроизводительностью системы на уровне терминальных КВУ FLEXIBOX.
  • Система применима для любого типа подвесного потолка или фальшпола. Это позволяет устанавливать ее в уже эксплуатируемых помещениях. Расход воздуха регулируется в широком диапазоне не только в центральном кондиционере, но и в каждом КВУ FLEXIBOX.
  • КВУ FLEXIBOX можно подключать к воздуховоду наружного воздуха, что обеспечивает определенный приток наружного, свежего воздуха независимо от регулирования других параметров системы в кондиционере.
  • Экономичность при сборке. Прокладка труб для транспортировки жидкости диаметром 3/4 «т-2» от водоохладителя до кондиционера проще, чем прокладка воздуховодов. Возможность постепенного ввода в эксплуатацию систем FLEXICLIM — одна за другой.
  • Водоохладители системы, подающие жидкий холодоноситель к кондиционеру, и работающие в режиме « free — cooling», позволяют экономить на годовых эксплуатационных затратах.
  • Используя комбинированную систему раздачи воздуха с КВУ типа FLEXIBOX типа «U» и типа «О», т.е. применяя схему воздухообмена комбинированного типа «сверху-снизу-вверх» можно обеспечить эффективный воздухообмен в рабочих помещениях объекта с высокими тепловыми нагрузками более 300 Вт/м2. Система FLEXIBOX реализованная на центральном диспетчерском пункте фирмы «Билайн» с участием автора показала высокую эффективность.