Czym jest precyzyjny klimatyzator: klasyfikacja urządzeń i zasada działania agregatów

Czy nie sądzi Pan/Pani, że w serwerowniach i centrach danych, a także innych pomieszczeniach, gdzie skoncentrowana jest ogromna liczba komputerów i innego sprzętu intensywnie wydzielającego ciepło, do utrzymania stałej temperatury i wilgotności mogą być używane zwykłe domowe klimatyzatory?

W pomieszczeniach o takim przeznaczeniu musi być utrzymywana temperatura, wilgotność i wiele innych parametrów w bardzo wąskim zakresie, a zwykłe systemy klimatyzacji, nawet te najpotężniejsze, nie radzą sobie z tym zadaniem. Dlatego coraz bardziej aktualne staje się stosowanie precyzyjnych klimatyzatorów.

O tym, jakie cechy charakterystyczne ma precyzyjny klimatyzator, czym w ogóle jest, jak działa i jakie istnieją rodzaje tych urządzeń, będzie mowa w artykule.

Cechy precyzyjnych klimatyzatorów

Precyzyjny klimatyzator lub autonomiczny klimatyzator szafowy – to urządzenie, którego stosowanie pozwala utrzymać w pomieszczeniu szereg parametrów: temperaturę, wilgotność względną i ruchomość powietrza w wąskim zakresie.

A mianowicie:

• zakres dopuszczalnej zmienności temperatury: ±1°C. A poszczególne modele precyzyjnych klimatyzatorów pozwalają jeszcze bardziej zawęzić zmienność wartości, do ±0,5°C);
• zakres zmienności wartości wilgotności +5%;
• dopuszczalna jest praca precyzyjnego klimatyzatora przy temperaturze otoczenia w zakresie od +50°C do -60°C.

Przy tym wydzielany dopływ ciepła przekracza wartości charakterystyczne dla głównego pomieszczenia 5÷10 razy. W związku z tym powstaje bardzo duże obciążenie dla klimatyzatorów.

Ale mimo to zakres wartości jest utrzymywany. Przecież oprócz tego, że ten typ systemów kontroli klimatu charakteryzuje się podwyższoną dokładnością, do sprzętu stawiane są również pewne wymagania dotyczące niezawodności.

Nawet minuta bez klimatyzacji może być przyczyną katastrofalnych skutków. A zatem także strat materialnych.

Precyzyjne klimatyzatory zapewniają stabilną wilgotność i temperaturę (w wąskim zakresie), pomimo stałego wydzielania dużej ilości ciepła przez urządzenia pracujące przez całą dobę.

Tak, istnieje jeszcze jeden wymóg, o którym nie można nie wspomnieć – precyzyjne klimatyzatory muszą umożliwiać szybkie uruchomienie jednostki rezerwowej w przypadku awarii głównej.

Oznacza to, że nawet w przypadku wystąpienia sytuacji siły wyższej zapewniona będzie stałość warunków temperatury i wilgotności. Projekt klimatyzacji serwerowni zazwyczaj uwzględnia dodatkowe moce.

Zalety stosowania urządzeń

Stosowanie precyzyjnych systemów w różnych obiektach technologicznych wynika z konieczności kompensacji znacznych nadwyżek ciepła jednostkowego, które są emitowane przez urządzenia technologiczne, wrażliwe nawet na najmniejsze zmiany temperatury i wilgotności.

Oznacza to, że im większe odchylenie temperatury pomieszczenia od wartości optymalnych, tym bardziej skraca się okres eksploatacji drogiego sprzętu.

Pomimo tego, że precyzyjne klimatyzatory wyróżnia podwyższona niezawodność, do zapewnienia stałości środowiska stosuje się kilka urządzeń – niweluje to ryzyko awarii całego systemu.

Nieusunięcie awarii systemu kontroli klimatu w krótkim czasie może spowodować uszkodzenie sprzętu generującego znaczny dopływ ciepła.

Na przykład w przypadku przegrzania urządzeń technologicznych w hali centrali telefonicznej, a także przy niedopuszczalnym odchyleniu od optymalnej wartości wilgotności względnej, prawdopodobieństwo awarii sprzętu jest dość wysokie.

Precyzyjne klimatyzatory skutecznie kompensują znaczne nadwyżki ciepła jednostkowego i umożliwiają utrzymanie wymaganych parametrów temperatury i wilgotności w pomieszczeniu.

Zakres zastosowania sprzętu

Zastosowanie tych urządzeń do zapewnienia niezawodnej i bezawaryjnej pracy sprzętu technologicznego staje się istotne w następujących obszarach:

1. Telefonia stacjonarna – centrale telefoniczne, a także pomieszczenia aparaturowe.
2. Telefonia komórkowa – węzły telekomunikacyjne, czyli centrale i bramy.
3. Stacje bazowe i zdalne, znajdujące się w budynkach lub kontenerach.
4. Centra billingowe.
5. Sektor IT – serwerownie i pomieszczenia aparaturowe, a także sale komputerowe i centra danych.

W ostatnim czasie precyzyjne klimatyzatory są stosowane również przez firmy farmaceutyczne – w pomieszczeniach, w których zainstalowany jest drogi sprzęt diagnostyczny. A także w nowoczesnych laboratoriach przeznaczonych do badań z użyciem odczynników, szczególnie wrażliwych na warunki zewnętrzne. Lub też – z koloniami mikroorganizmów.

Wysokoprecyzyjna, czysta produkcja – branża obejmuje mikroelektronikę, farmację i przemysł kosmiczny, nie może obyć się bez precyzyjnych klimatyzatorów.

Różnorodność modeli precyzyjnych klimatyzatorów pozwala wybrać optymalną opcję – w zależności od wymagań SN 512-78 i przeznaczenia pomieszczenia, w którym ma być utrzymywany klimat.

Ale to nie wszystko – w niektórych muzeach, bibliotekach i innych miejscach kulturalnego wypoczynku, gdzie przechowywane są szczególnie cenne eksponaty, również stosuje się precyzyjne klimatyzatory.

Oczywiście, stosuje się tam bardziej budżetowe modele, ponieważ nie ma potrzeby tak rygorystycznego przestrzegania reżimu temperatury i wilgotności, ale jednak.

Budowa precyzyjnego klimatyzatora

Dokładność i niezawodność urządzenia tłumaczy jego złożoną budowę. Co więcej, w zależności od modelu, może się ona różnić.

Obowiązkowa jest obecność:

1. Wewnętrznego bloku, zazwyczaj szafowego.
2. Zewnętrznego bloku.

W pierwszym odbywa się wstępne przygotowanie powietrza bezpośrednio przed wprowadzeniem go do pomieszczenia.

W drugim może znajdować się: skraplacz powietrza lub chłodnica cieczy, w przypadku gdy klimatyzator działa na zimnej wodzie z chillera lub dla skraplacza cieczy umieszczonego w bloku wewnętrznym.

Budowa precyzyjnego klimatyzatora i schematyczne przedstawienie jego mechanizmu działania. Niezależnie od złożoności modelu, mechanizm ten występuje.

Przedstawiony powyżej schemat jest maksymalnie uproszczony. Odzwierciedla zasadę działania w ogólnym zarysie.

Należy pamiętać, że oprócz wszystkich wymienionych elementów, wewnętrzny blok precyzyjnego klimatyzatora zawiera następujące urządzenia:

• kompresor;
• parownik;
• dławik;
• elementy filtrujące;
• dodatkowe urządzenia wykorzystujące do ogrzewania energię elektryczną;
• nawilżacze powietrza, w razie potrzeby;
• wentylatory powietrza;
• armatura – zarówno odcinająca, jak i regulacyjna.

Obecność wszystkich pozostałych elementów zależy od konkretnego modelu i wymagań stawianych jemu oraz pomieszczeniu, w którym urządzenie będzie działać. Innymi słowy, stanowią one zmienną część.

Mechanizm działania urządzenia

Podstawową zasadę działania tego urządzenia można wyjaśnić następująco: najpierw następuje sprężanie gazowego czynnika chłodniczego w sprężarce. Następnie czynnik chłodniczy trafia do skraplacza. Tam następuje jego skroplenie – proces umożliwia odprowadzenie ciepła od chłodziwa.

Kolejnym etapem jest przejście czynnika chłodniczego w stanie ciekłym przez urządzenie dławiące. Prowadzi to do obniżenia temperatury i ciśnienia ciekłego chłodziwa.

I już w tym stanie dochodzi do przedostania się czynnika chłodniczego do parownika. Tam przechodzi on w stan gazowy i ponownie wraca do sprężarki.

Otóż to, powietrze przepuszczane przez parownik jest pobierane z pomieszczenia, w którym należy utrzymywać temperaturę i wilgotność w wąskim zakresie wartości.

Na schemacie przedstawione są strumienie gorącego i zimnego powietrza, które stale przepływają przez klimatyzator precyzyjny. Przedstawiony schemat obowiązuje we wszystkich modelach.

Przechodząc przez parownik, powietrze ochładza się i w takiej postaci ponownie trafia do pomieszczenia. Schemat działania klimatyzatora precyzyjnego w formie ilustracyjnej pokazano powyżej.

Funkcje jednostki wewnętrznej

Są one określone przez przeznaczenie konkretnego modelu. Logiczne jest przypuszczenie, że liczba funkcji określa zakres możliwego zastosowania urządzenia:

• wyłącznie chłodzenie;
• chłodzenie i dogrzewanie elektryczne z możliwością regulacji temperatury;
• chłodzenie i zwiększanie wilgotności.

Najbardziej zaawansowaną opcją jest połączenie funkcji chłodzenia, zwiększania wilgotności i dogrzewania elektrycznego.

Zdarza się również, że dany model jest produkowany na specjalne zamówienie fabryczne i montowane są w nim funkcje, które nie były przewidziane w pierwotnym wyposażeniu.

Ciągłe odprowadzanie gorącego powietrza i nieprzerwane zapewnianie dopływu zimnego – tak charakteryzuje się działanie klimatyzatora precyzyjnego. Przy tym istnieje bardzo wiele wariantów dostarczania mas powietrza.

Jednostki wewnętrzne mogą różnić się sposobami poboru i dostarczania powietrza do pomieszczenia. Na przykład pobór może odbywać się w części przedniej, a dostarczanie w górnej. Odbywa się to przez kanał wentylacyjny znajdujący się między sufitami – podwieszanym a głównym.

Istnieją również inne warianty:

1. Pobór odbywający się w części przedniej łączy się z dostarczaniem w górnej części, bezpośrednio do pomieszczenia.
2. W górnej części pobór odbywa się przez kanał wentylacyjny umieszczony między sufitami (podwieszanym a głównym). Dostarczanie następuje odpowiednio w dolnej części.
3. Pobór odbywa się w górnej części bezpośrednio z pomieszczenia, a dostarczanie pod podłogę podwieszaną następuje z dolnej części.
4. Pobór odbywa się z tyłu i pod podłogą podwieszaną w dolnej części, a dostarczanie następuje w górnej części przez kanał wentylacyjny umieszczony między sufitami – podwieszanym a głównym.

Zdarza się również, że pobór odbywa się pod sufitem podwieszanym w dolnej części i z tyłu. Dostarczanie następuje bezpośrednio do pomieszczenia, w górnej części.

Skomplikowana budowa klimatyzatora precyzyjnego tłumaczy się precyzją i znaczeniem funkcji, które pełni. Na przedstawionym schemacie dobrze widoczne są wszystkie te cechy.

Taka różnorodność funkcji tłumaczy szeroki zakres możliwości klimatyzatorów precyzyjnych.

Struktura i mechanizm wybranego modelu mogą być indywidualnie dostosowane do specyfiki pomieszczenia, w którym ma być użytkowany.

Klasyfikacja precyzyjnych klimatyzatorów

W zależności od konstrukcji jednostek wewnętrznych, klimatyzatory precyzyjne dzielą się na następujące typy:

• sufitowe;
• klimatyzatory precyzyjne typu szafowego;
• międzyrzędowe.

W zależności od sposobu chłodzenia skraplaczy, dzielą się one na powietrzne i cieczowe. Podstawą klasyfikacji jest używany czynnik chłodzący – woda lub glikol etylenowy.

Każda z wyżej wymienionych kategorii ma swoje cechy charakterystyczne, zalety i wady, które należy koniecznie uwzględnić podczas wyboru systemu kontroli temperatury i wilgotności w pomieszczeniu.

Precyzyjne klimatyzatory freonowe

Dla obiektów telekomunikacyjnych przewidziano freonowe monobloki oraz systemy klimatyzacji precyzyjnej.

Dla większych obiektów stacjonarnych stosuje się szafowe jednostki wewnętrzne oraz klimatyzatory międzyrzędowe.

Za klasyczne i najbardziej ekonomiczne pod względem nakładów kapitałowych rozwiązanie dla serwerowni uznaje się szafowe klimatyzatory wyposażone w parownik bezpośredniego odparowania, czyli freonowe.

Tak wyglądają freonowe klimatyzatory precyzyjne w przekroju. Na schemacie przedstawiono to samo urządzenie, tylko z różnych stron.

Możliwe są różne warianty ich wykonania: z zewnętrznym skraplaczem z chłodzeniem powietrznym, ze wbudowanym skraplaczem z chłodzeniem cieczowym, a także wyposażone w suchą chłodnię.

Podobnymi rodzajami skraplaczy charakteryzują się również klimatyzatory międzyrzędowe z bezpośrednim odparowaniem (kategoria oznaczana jako DX).

Precyzyjne urządzenia cieczowe

Szafowe klimatyzatory precyzyjne wyposażone w cieczowy wymiennik ciepła są stosowane w układzie chłodzenia z chillerem jako elementy doskładające.

W tym przypadku niezawodność eksploatacji i reżim temperaturowy chłodzenia są określane przez przyjęty schemat zasadniczy zasilania chłodniczego obiektu – schemat obejmuje obecność chillerów i grup pompowych.

Początkowe nakłady kapitałowe są o 30-40% wyższe niż nakłady związane z klimatyzatorami freonowymi. Nie można nie zauważyć, że przeprowadzenie optymalizacji schematu zasilania chłodniczego umożliwia obniżenie kosztów eksploatacji.

Precyzyjny klimatyzator z free coolingiem

Mechanizm działania tego typu klimatyzatora opiera się na wykorzystaniu obniżonych temperatur zewnętrznych.

Chłodzenie swobodne (po angielsku – free cooling) łatwo i prosto realizuje się w freonowym klimatyzatorze precyzyjnym typu szafowego ze skraplaczem (cieczowym) i suchą chłodnią.

Precyzyjny klimatyzator wyposażony w freecooling – schemat urządzenia z 2 obiegami (kolorem czerwonym oznaczono wymiennik ciepła cieczy, niebieskim – zawierający glikol etylenowy)

Będzie potrzebny drugi wymiennik ciepła (cieczowy) i glikol etylenowy, który wypełnia obieg suchej chłodni kominowej. Gdy temperatura otoczenia spadnie do obliczonego poziomu, chłodzenie będzie odbywać się dzięki działaniu drugiego obiegu – wymiennika ciepła i chłodni kominowej.

Pomimo wzrostu początkowych nakładów na zakup dodatkowego wyposażenia, okres zwrotu tych urządzeń będzie krótszy niż 2 lata, a bardziej dokładne obliczenie można przeprowadzić, znając wysokość lokalnych taryf.

Cechy systemów rezerwowania

Precyzyjne klimatyzatory w celu umożliwienia realizacji rezerwowania funkcji chłodzenia są wyposażone w dodatkowe wymienniki ciepła – cieczowe i freonowe.

Podstawowa zasada działania tego systemu polega nie tylko na prostym powieleniu systemów chłodzenia, ale na zastosowaniu systemów chłodzenia o różnych zasadach działania.

System rezerwowania pozwala znacznie zwiększyć parametry funkcjonalne systemu klimatyzacji, a więc będzie można go zamontować praktycznie w każdym pomieszczeniu.

Innymi słowy, w jednym urządzeniu łączone są agregaty wyposażone w różne źródła chłodzenia.

Konieczność rezerwowania i jego stopień są ustalane przez wymagania normatywne zgodnie z klasą niezawodności obiektu – określa się według TIER.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Na filmie – proces serwisowania precyzyjnego klimatyzatora przez technika z krok po kroku omówieniem wszystkich cech działania tego urządzenia oraz wymagań dotyczących jego konserwacji:

Precyzyjny klimatyzator pozwala utrzymywać temperaturę i wilgotność pomieszczeń w wąskim zakresie wartości. Ta funkcja ma istotne znaczenie w pomieszczeniach, w których znajduje się i działa wrażliwe na najmniejsze wahania warunków klimatycznych. Dlatego właśnie precyzyjne klimatyzatory są używane w serwerowniach, data center i wysokotechnologicznych laboratoriach.

Czy mają Państwo doświadczenie w pracy z tym sprzętem, pytania dotyczące instalacji, wyboru lub montażu precyzyjnych klimatyzatorów? Czy pojawiły się problemy z działaniem precyzyjnych klimatyzatorów, zastrzeżenia do producentów lub firm serwisowych? W takim przypadku, proszę koniecznie podzielić się komentarzem poniżej – mogą być Państwo pewni, że Państwa opinia nie pozostanie bez uwagi.