Что такое прецизионный кондиционер и где он применяется

Коротко

Что такое прецизионные кондиционеры, проще объяснить от задачи. Они готовят воздух не для людей, а для техники, и ставят их в серверных, ЦОД (центрах обработки данных), лабораториях и на узлах связи, где отказ охлаждения оборачивается перегревом и потерей данных. В таких помещениях кондиционер держит температуру в пределах ±0,5 °C, не дает влажности уходить за рабочий коридор и работает круглосуточно, без сезонных пауз. Теплопритоки там кратно выше, чем в жилом помещении той же площади.

Как устроен прецизионный кондиционер

Внешне это те же два корпуса и магистраль между ними, а различия начинаются внутри. Такой кондиционер прогоняет многократно больший объем воздуха, чем бытовая сплит-система той же мощности, и такой расход выравнивает температурный градиент, убирая зоны застоя горячего воздуха. Побочный эффект — вентиляторы шумят заметно громче, и это учитывают при монтаже.

Внутренний блок шкафного типа и его узлы

Корпус шкафного исполнения делают из оцинкованной стали с антикоррозийным покрытием. Оно нужно из-за постоянной влаги внутри блока: незащищенный металл коррозирует, а продукты коррозии попадают в воздушный поток и оседают на оборудовании. Поддон с датчиком протечки и ежегодный осмотр уплотнений обходятся дешевле замены оборудования, тем более что замена означает еще и остановку охлаждения.

Внутри собраны:

• компрессор, испаритель и дросселирующее устройство, обычно ТРВ (терморегулирующий вентиль);
• фильтры, задерживающие пыль до теплообменника и до стоек;
• электронагреватели догрева и увлажнитель;
• вентиляторы, запорная и регулирующая арматура.

Исполнения различаются набором функций: охлаждение, электроподогрев, увлажнение или все сразу.

Наружный блок с воздушным конденсатором или сухой градирней

Снаружи монтируют либо воздушный конденсатор, либо охладитель жидкости.

Первый вариант проще: он стоит на кровле, а до шкафа идет трасса. Во втором случае конденсатор водяного охлаждения стоит внутри кондиционера, а тепло отводит чиллер или сухая градирня, она же драйкулер.

Водяную схему выбирают при большой мощности, длинной трассе или нескольких шкафах на общий контур. Она требует насосов и гликоля, зато наружную часть можно вынести дальше от здания.

Встроенный увлажнитель и требования к качеству воды

Увлажнитель электродного типа кипятит воду в цилиндре, пропуская через нее ток, поэтому жесткость и электропроводность для него рабочие параметры.

Водопроводная вода несет соли и примеси, а при распылении они оседают на всех поверхностях, включая платы и разъемы. Воду готовят заранее: механическая очистка, умягчение, контроль проводимости по паспорту прибора. Иначе цилиндр зарастает накипью за считаные месяцы.

Принцип работы и холодильный цикл

В основе лежит парокомпрессионный цикл, тот же, что у любой холодильной машины. Компрессор сжимает газообразный хладагент и подает его в конденсатор, где тот остывает и переходит в жидкость. Дальше жидкость идет через дросселирующее устройство, теряя давление и температуру, и попадает в испаритель.

Там хладагент вскипает и забирает тепло у воздуха, который гонят вентиляторы. Воздух возвращается охлажденным и осушенным. В такой технике чаще всего работают хладагенты R410A и R407C.

Инверторное регулирование позволяет менять производительность вслед за нагрузкой в широком диапазоне. Такой кондиционер не работает циклами пуска и остановки, а держит уставку в узких пределах.

Виды прецизионных кондиционеров по размещению внутреннего блока

Делят такие системы по месту установки внутреннего блока: напольные, настенные и межстоечные.

От размещения зависит путь воздуха, а он, в свою очередь, зависит от устройства зала. Если есть фальшпол, подачу уводят под него. Без фальшпола воздух подают вверх, через воздуховод между ложным и основным потолком. Когда стойки стоят плотным рядом, кондиционер ставят между ними.

Напольные блоки с нижней или верхней подачей воздуха

Самое распространенное исполнение: напольный шкаф, который стоит прямо в зале рядом со стойками. При нижней подаче холодный воздух уходит под фальшпол и выходит через перфорированные плитки перед серверами. При верхней воздух идет в межпотолочный воздуховод либо прямо в зал.

Такой шкаф занимает место в самом зале, и рядом с ним нужен проход для обслуживания. Зато он подходит и для зала с фальшполом, и для зала без него, а дублируется вторым таким же.

Настенные модели для небольших помещений

Настенный кондиционер вешают на стену, как бытовой, но начинка у него прецизионная. Холодопроизводительность ниже напольной, увлажнение есть не во всех моделях.

Зато кондиционер не занимает места на полу и не требует фальшпола. Отсюда и область применения: аппаратные и кроссовые на одну-две стойки, узлы связи, небольшие серверные офисов и госучреждений.

Межстоечные in-row системы между серверными стойками

Межстоечная система in-row (от английского «в ряду») встраивается в сам ряд. Кондиционер забирает нагретый воздух из горячего коридора прямо от задних стенок серверов и отдает охлажденный в холодный коридор напротив. Путь воздуха сокращается до пары метров вместо всей комнаты.

Такое решение выигрывает в плотности нагрузки на стойку и проигрывает в гибкости планировки: при перестановке ряда контур пересобирают вместе с ним.

Где применяют прецизионное кондиционирование

Чаще всего речь идет о серверных вычислительных центров. ЦОД остается главным заказчиком класса, но не единственным.

Точный климат нужен и там, где воздух влияет на результат или на сохранность фондов:

• научно-исследовательские центры и медицинские лаборатории;
• помещения АТС и узлы связи;
• хранилища музеев и библиотек;
• майнинговые фермы.

У майнинговой фермы требования те же. Плотность тепловыделения на квадратный метр там выше, чем в серверной, а разогретые платы одинаково плохо переносят и перегрев, и влажный воздух.

Отдельная категория — малые серверные на две-три стойки в офисах и госучреждениях. Оборудование там дешевле, чем в ЦОД, а простой узла связи стоит организации тех же денег.

Зачем нужны резервирование и ротация блоков

Если единственный кондиционер в аппаратной встанет, температура пойдет вверх за минуты. Дальше по порядку: срабатывает тепловая защита процессоров, сервисы зависают, часть оборудования выходит из строя, данные теряются.

К основному кондиционеру ставят дублер, а параметры выводят на удаленный мониторинг по SNMP и Modbus. Резервирование бывает частичным, когда дублируются только критичные компоненты, и полным. Общую схему обозначают как N+1: на N рабочих кондиционеров ставится один запасной.

Считают ее так. Серверная на пять стоек по 3 кВт дает 15 кВт тепла, освещение и люди добавляют еще 10–15%, и расчетная нагрузка выходит около 17 кВт. По схеме N+1 это два кондиционера, каждый из которых рассчитан на всю нагрузку целиком, а не на ее половину.

Переключение основного и резервного кондиционеров для равной наработки ресурса называют ротацией. Настраивают ее таймером контроллера, а период переключения задает заказчик при пусконаладке.

Чем прецизионный кондиционер отличается от бытовой сплит-системы

Разница не в качестве сборки, а в задаче. Сплит-система создает комфорт человеку и нужна, пока человек в помещении. Прецизионный кондиционер держит технологический режим и не выключается вовсе.

Влажность в этой таблице не второстепенный параметр. В серверной ее держат в коридоре 40–60%: во влажном воздухе растет коррозия контактов, а при дальнейшем росте на платах выпадает конденсат и возникают короткие замыкания. Бытовой кондиционер в этот коридор не попадает — он сушит воздух только на охлаждении и не останавливается у нижнего порога.

Фрикулинг и работа при низких наружных температурах

Фрикулинг (free cooling, свободное охлаждение) использует холод улицы напрямую. Когда наружный воздух холоднее внутреннего, тепло отводится без участия компрессора, и энергопотребление кондиционера заметно снижается.

Чаще применяют два варианта: в простом два теплообменника связаны контуром с незамерзающей жидкостью, в смешанном к фреоновому контуру добавлено естественное охлаждение.

Для регионов с долгой зимой это ключевой пункт проекта. Пока на улице держатся отрицательные температуры, кондиционер с фрикулингом охлаждает серверную почти без компрессора. Летом преимущество исчезает, и в жару работает холодильная машина.

Работать на охлаждение зимой кондиционер сможет только с зимним комплектом: подогрев картера компрессора, регулятор давления конденсации, подогрев дренажа. Нижнюю границу наружной температуры для конкретной модели смотрят в данных изготовителя.

Чего прецизионный кондиционер не может и когда он избыточен

Главное ограничение класса заложено в конструкции. Кондиционер берет воздух оттуда же, куда его и возвращает, то есть работает на рециркуляцию и свежего воздуха не подает. Приток обеспечивает отдельная приточная вентиляция, а без нее при постоянном дежурстве накапливается углекислый газ.

Точный климат не заменяет и остальную инженерию. Технику при отключении электричества держат ИБП и дизель-генератор. Не компенсирует кондиционер и ошибку в расчете, когда теплопритоки посчитаны без запаса на будущие стойки.

Избыточным кондиционер становится там, где нет ни жестких требований к параметрам, ни цены простоя. Кроссовая с одним коммутатором или щитовая обходятся настенной сплит-системой с зимним комплектом, а небольшой серверный шкаф без требований по влажности закрывает полупромышленная модель, например канальная. Она дешевле и в покупке, и в обслуживании, а держать влажность там незачем.

Чек-лист: что выяснить перед выбором системы

Прежде чем сравнивать модели и цены, соберите факты об объекте:

• суммарные теплопритоки: оборудование по паспортам, освещение, люди;
• фальшпол, его наличие и высота;
• требуемая точность по температуре и влажности, допустимое время простоя;
• нужен ли дублер и по какой схеме;
• место под выносной блок, длина трассы, доступ для обслуживания;
• качество воды при паровом увлажнении.

Переделка при неверном подборе выходит дороже первичного монтажа: добавятся демонтаж, новая магистраль и простой техники.

Частые вопросы

Что делать, если температура в серверной растет, а кондиционер работает? Сначала проверьте фильтры и решетки наружного блока: забитый фильтр режет расход воздуха и мощность. Затем сверьте фактическую нагрузку с расчетной. Если все в порядке, вызывайте сервис на замер давлений.

Сколько прецизионных кондиционеров ставят в одну серверную? Как минимум два, рабочий и резервный по схеме N+1. Производительность берут по сумме теплопритоков с запасом, причем каждый блок рассчитывают на полную нагрузку, а не на ее часть.

Откуда серверная получает свежий воздух? От приточной вентиляции. Кондиционер гоняет один и тот же объем по кругу, поэтому приток проектируют отдельно: приточная установка либо бризер, если людей в помещении почти не бывает.

Как часто обслуживают прецизионный кондиционер? Плановое обслуживание проводят дважды в год, при высокой запыленности чаще. В регламент входят чистка фильтров, промывка теплообменников, проверка давлений и дренажа, осмотр цилиндра увлажнителя и тест переключения на резерв.