Прецизионное кондиционирование

Для понимания как самого понятия “прецизионный кондиционер“, так и причин его появления, а также особенностей его работы и конструкции начнем с определения кондиционирования.

Введение

Кондиционирование воздуха - комплекс мер, направленный на автоматическое поддержание в закрытых помещениях всех или отдельных параметров воздуха (температуры, относительной влажности, чистоты, скорости движения) с целью обеспечения главным образом оптимальных метеорологических условий, наиболее благоприятных для самочувствия людей, ведения технологического процесса, работы оборудования, обеспечения сохранности ценностей и др.

Итак, из данного многосложного определения можно выделить следующую пару однозначных понятий:

• необходимо именно автоматическое поддержание,
• обеспечиваем именно оптимальные условия,

и ещё одну пару понятий, требующих выбора:

• поддерживаемые параметры:
  • температура,
  • относительная влажность,
  • чистота,
  • скорость движения;
• потребители создаваемых условий:
  • люди,
  • технологические процессы,
  • оборудование,
  • сохраняемые ценности и др.

Вот в зависимости от выбора поддерживаемых параметров и потребителя создаваемых условий и выбирается конкретный тип оборудования. Типы в свою очередь классифицируются и сертифицируются. Ведущей сертификационной организацией является EUROVENT, имеющая на данный момент в общей сложности 20 сертификационных программ. Наиболее распространены, естественно, кондиционеры, предназначенные для создания условий для людей. Они, как правило, поддерживают температуру и чистоту воздуха. Это серия комфортных кондиционеров (Air Conditioning, AC).

Однако немаловажны и кондиционеры, обеспечивающие условия для работы оборудования, часто требующего более точного поддержания параметров - температуры, влажности и чистоты. Такие кондиционеры относятся к классу прецизионных (Close Control Air Conditioning, CC). Часто в области кондиционирования ЦОДов приходится видеть соперничество двух обозначенных видов оборудования (т.к. прецизионники заметно дороже, появляется желание установить комфортные кондиционеры), поэтому проведём их сравнение.

Охлаждение, а не осушение

Люди выделяют не только тепло, но и влагу (через кожу и дыхание), поэтому комфортные кондиционеры должны не только охлаждать воздух, но и осушать его. Оборудование же обычно только греет, а потому прецизионные кондиционеры должны только охлаждать, без осушения. На практике это означает следующее. Температура хладагента в испарителе, а, значит, и температура металла трубок испарителя, как правило, ниже точки росы, вследствие чего из воздуха, обдувающего испаритель, выпадает конденсат.

Избежать этого в прецизионных кондиционерах можно, например, повысив температуру хладагента в испарителе (желательно выше точки росы). К чему это приведет?

• Во-первых, к увеличению холодопроизводительности кондиционера, т.к. становится необходимым получать холод на более высоком температурном уровне, а это менее затратно. Рассмотрим это на примере цикла Карно.
  

  ---

  Пример. Примем изначально температуру конденсации 40С (313К), а испарения - 8С (281К), эффективность составит 281/(313-281)=8.8. Повысим температуру испарения до 12С (285К), тогда эффективность равна 285/(313-285)=10.2, т.е. повысив температуру на 4С мы добились увеличения эффективности на 16%.

  ---

  На практике увеличение составляет около 10%.
• Во-вторых, при повышении температуры в испарителе увеличится расход воздуха, который его обдувает, т.к. уменьшается разность температур на входе и выходе из испарителя, следовательно, для поддержания той же холодопроизводительности необходимо обратно пропорционально изменить расход. Покажем это на примере.
  

  ---

  Пример. Допустим, в помещении поддерживается 24С. Воздух с такой же температурой поступает на вход испарителя, первоначальную температуру которого, как и прежде, примем 8С, т.е. воздух на выходе из испарителя, с учетом недорекуперации (примем её равной 10С), будет иметь температуру 8+10=18С, а разность температур составит 24-18=6С. Увеличивая температуру испарения до 12С, получим температуру воздуха на выходе из испарителя 12+10=22С, разность составит 24-22=2С. Таким образом, разность температур снизилась в 3 раза, поэтому расход воздуха необходимо увеличить в три раза, что приведет к необходимости комплектации более мощным вентилятором, а также увеличению габаритов блока испарителя.

  ---

  В действительности, если сравнивать обычный кассетный кондиционер с аналогичным прецизионным, то имеем следующее: расход воздуха увеличивается в 1.5 раза, мощность вентилятора - в 1.3 раза, а габариты с 850×850x280 вырастают до 900×900x380.
  Ещё более очевидна разница при сравнении со шкафным прецизионным кондиционером: расход воздуха увеличивается в 2.4 раза, мощность вентилятора - в 3 раза. Габариты сравнивать бессмысленно ввиду принципиально другого форм-фактора.

Вывод из сказанного прост: желание получить от кондиционера только холод без осушения наталкивается на дилемму: с одной стороны, увеличивается эффективность, с другой - габариты и расход воздуха. Необходим компромисс: свести осушение к минимуму. Это и реализовано в прецизионниках:

• SHR (коэффициент ощутимого охлаждения) вместо 0.6-0.7 составляет 0.8-1,
• расход воздуха в пересчете на 1кВт холодопроизводительности увеличен с 80-100м³/(ч*кВт) до 180-300м³/(ч*кВт).

Плотность тепловыделений

Плотность тепловыделений от людей и техники составляет в среднем 100Вт/м2, максимум 150Вт/м2. Оборудование же может выделять на порядок больше тепла - до 4000Вт/м2 - в 30-40 раз больше! Каковы последствия?

• Во-первых, это влияет на мощность одного внутреннего блока кондиционера (у комфортных она обычно не превышает 15кВт, у прецизионных доходит до 200кВт).
• Во-вторых, это означает, что охлаждение в помещении требуется как летом, так и зимой.

Следовательно, необходимой является возможность работы наружного блока при отрицательных температурах, а поэтому важные элементы холодильного цикла - компрессор, автоматику, ТРВ, ресивер и др. стремятся перенести во внутренний блок, оставив снаружи только лишь конденсатор, и вдобавок важнейшее значение получает функция свободного охлаждения, когда теплоноситель зимой охлаждается непосредственно за счет уличного воздуха без работы холодильного цикла (компрессора) (это достигается уже при уличных -5С). Напомним, что кондиционер на фреоне не может работать без компрессора, поэтому фрикулинг может быть реализован только в чиллерах, где вода, точнее незамерзающий раствор, охлаждается в драйкулере. В последнее время фрикулинг появляется и во фреоновых системах и представляет собой, грубо говоря, обычную вентиляцию помещения наружным воздухом.

Надежность

Жизнь человека является высшей ценностью, видимо, лишь в демократической конституции. На практике к оборудованию (в частности к прецизионным кондиционерам), обслуживающему другое очень важное технологическое оборудование, предъявляются более высокие критерии по надежности, чем к оборудованию, обслуживающему людей (к комфортным кондиционерам). Срок в 3-5 лет заменяется 10-15 годами и это - ещё одна особенность прецизионников.

Увлажнение

В пункте 1 мы рассмотрели процесс осушения воздуха кондиционером, но, т.к. влажность необходимо поддерживать в определенном диапазоне, то иногда требуется увлажнение. Для комфортных кондиционеров такая функция отсутствует как класс ввиду своей ненужности - увлажнение требуется, как правило, зимой - тогда, когда кондиционер не работает. Иначе обстоит дело с прецизионными кондиционерами. Они опционально могут быть снабжены пароувлажнителями для поддержания автоматического относительной влажности в любое время года.

Фильтрация

Наконец, немаловажным является вопрос чистоты воздуха. И снова техника для людей проигрывает в оснащенности своим аналогам, предназначенным для оборудования. Комфортные кондиционеры снабжены фильтром класса очистки EU2-EU3, прецизионные кондиционеры обычно имеют на борту фильтр класса EU4. В случае же кондиционирования медицинских учреждений и чистых комнат применяются фильтра не ниже EU9.

Различия бытовых и прецизионных кондиционеров: всё вместе

Подытоживая сказанное, сведем всё в единую таблицу:

Сертификация: бытовые и прецизионные кондиционеры

А теперь обратимся к программам сертификации комфортных и прецизионных кондиционеров - к условиям испытаний и контролируемым параметрам. Для комфортных кондиционеров существует три программы в зависимости от холодопроизводительности - до 12кВт (AC1), от 12 до 100кВт (AC2) и выше 100кВт (AC3) - с едиными стандартными температурами наружного и внутреннего воздуха. Прецизионное оборудование целиком входит в программу CC. Сравнение этих программ сведено в следующую таблицу:

В заключение отметим, что в связи с использованием различных температур внутренней и наружной среды в прямую сравнивать характеристики двух типов кондиционеров категорически нельзя - сначала их следует привести “к общему знаменателю” - к единым условиям.