CC BY
21
МАШИНОСТРОЕНИЕ И ИНЖЕНЕРНАЯ МЕХАНИКА
УДК 004.3424:621.175:644.1
В.А. Ардашев, A.B. Лянная, К.В. Луияка ВЫБОР СИСТЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ СЕРВЕРНОЙ ХНТУ
Розглядаються р1зномантн1 системи кондицюнувания повжря у серверных ктнатах.
Проведено оцтку ефективностг рЬномантних систем i запропоновано централъну СКП зг
змтною витратою повйпря для кондицюнувания примщення центрального сервера ХНТУ.
Введение. На сегодняшний день существует несколько видов систем охлаждения, которые в разной степени используются для кондиционирования воздуха в серверных. Это прецизионные кондиционеры, сплит-системы, канальные кондиционеры, многозональные системы кондиционирования воздуха (СКВ).
Среди преимуществ прецизионных кондиционеров можно назвать надежность; точность поддержания температурно-влажностного режима (ТВР); установка такого кондиционера исключает наличие застойных зон внутри помещения за счет оснащенности мощным вентилятором; способность не только кондиционировать, но и очищать воздух; возможность бесперебойной работы кондиционера даже при низких наружных температурах.
Сплит-система является более дорогой, но малогабаритной системой, предназначенной для круглогодичной бесперебойной работы. Такая система несколько отлична по конструкции и при низких температурах наружного воздуха требует установки дополнительного низкотемпературного комплекта.
Канальные кондиционеры за счет своей конструкции обеспечивают более эффективный отвод теплоты непосредственно от греющихся частей сервера, но являются более дорогим вариантом, нежели прецизионный, кроме того, среди недостатков можно назвать неудобство расположения в помещении, где необходим постоянный доступ к блокам, установленным внутри стойки.
Многозональные СКВ также являются круглогодично работающими системами. Среди недостатков - большая площадь, необходимая под установку данных систем, но он компенсируется за счет выноса некоторых отдельных элементов системы на крышу здания. Среди достоинств можно выделить простоту конструкции; удобство проектирования; относительно невысокую стоимость как компонентов, так и всей системы; обеспечение высокой точности поддержания ТВР в помещении; возможность размещения я кондиционирования не только серверной, а и всего здания в целом.
Постановка задачи. Целью данного исследования является выбор и проектирование системы кондиционирования воздуха в помещении, где находится центральный сервер ХНТУ, которая соответствовала бы требованиям, предъявляемым к серверным помещениям данного типа и имеющимся условиям эксплуатации.
Решение задачи. В настоящее время в серверной ХНТУ установлена сплит-система DAIKIN с низкотемпературным комплектом. При существующей мощности сервера система функционирует полноценно, однако, яри запланированных расширениях и увеличении мощности в ближайшее время данная система не обеспечит достаточного теплоотвода от греющихся частей, что опасно выходом из строя центрального сервера. Поэтому необходима модернизация или замена существующей системы более надежной.
Помещение серверной небольшое по площади, насыщенное аппаратурой, поэтому необходимо применять наиболее компактные СКВ. Учитывая эти особенности работы центрального сервера ХНТУ, выбираем три наиболее доступные по конструкции схемы охлаждения.
Центральная СКВ с зональными воздухонагревателями (рис. 1) может работать полностью на наружном воздухе, с первой рециркуляцией или с двумя рециркуляциями. Наружный воздух обрабатывается в центральном кондиционере 2 и поступает в зональные воздухонагреватели 5, устанавливаемые на ответвлениях к каждому помещению 1 от общей сети воздуховодов. Система подходит для помещений с высокими нагрузками по скрытой теплоте, для существующих зданий с водяными системами отопления.
В зональных воздухонагревателях воздух нагревается до необходимой температуры приточного воздуха, значение которой определяется нагрузкой на СКВ для данного помещения. Температура воздуха внутри помещения поддерживается автоматически с помощью клапана 8 (рис. 1) на обратном трубопроводе теплоносителя зонального воздухонагревателя 7 с исполнительным механизмом, который соединен с датчиком температуры в помещении. Для каждого помещения может быть задано и точно поддерживаться свое значение температуры воздуха, при этом величина относительной влажности в
помещениях будет определяется влагопоступяениями в помещении и не может поддерживаться на заданном уровне.
В центральных системах с зональными воздухонагревателями неизбежен перерасход приточного воздуха в центральном кондиционере, и как следствие повышенные технологические показатели за годовой цикл (расходы теплоты, холода, воды на увлажнение) по сравнению с другими системами.
Рис. 1. Принципиальная схема центральной системы кондиционирования воздуха с зональными
подогревателями:
1 - помещения; 2 - центральный кондиционер; 3 - вытяжной вентилятор; 4 - циркуляционный воздуховод; 5 - воздухозабор; 6 - вытяжной воздуховод; 7 - зональный воздухонагреватель;
8 - регулирующий клапан
Обработка воздуха в центральной двухканальной системе кондиционирования воздуха (рис. 2) осуществляется в два этапа: первоначально воздух обрабатывается в центральной установке кондиционирования воздуха 2, затем поток воздуха делится на два канала б и 8, в которых устанавливается соответственно воздухонагреватель 7 и воздухоохладитель 9. Поддержание заданной температуры воздуха в помещении обеспечивается смешением подогретого и охлажденного потока воздуха в необходимом соотношении так, чтобы получить необходимую температуру приточного воздуха, при этом расход воздуха, поступающего в помещение, остается неизменным. В помещениях устанавливаются датчики температуры, соединенные с исполнительным механизмом регулирующего клапана смесительного устройства 10.
Применение двухканальных систем кондиционирования воздуха дает возможность снизить расходы теплоты и холода по сравнению с центральными системами, но они все равно превышают минимально неизбежные значения. Из-за отсутствия производства двухканальных смесителей эта схема не получила широкого распространения в Украине. Такие системы очень популярны в последнее время в Соединенных Штатах, особенно для зданий гостиниц.
э
Рис. 2. Принципиальная схема двухканальной системы кондиционирования воздуха:
1 - помещения; 2 - центральный кондиционер; 3 - вытяжной вентилятор; 4 — рециркуляционный воздуховод; 5 - воздухозабор; 6 - канал нагревания воздуха; 7 - воздухонагреватель; 8 - канал охлаждения воздуха; 9 - воздухоохладитель; 10 - смесительное устройство с исполнительным
механизмом
В многозональных СКВ с переменным расходом воздуха (рис. 3) каждая зона или помещение оснащены воздушным регулирующим клапаном 5, плавно изменяющим расход приточного воздуха в зависимости от изменений температуры воздуха в помещении. При уменьшении количества теплоты, поступающей в помещение, сокращается подача в него воздуха. Регуляторы избыточного давления воздуха б, установленные в помещениях, должны сократить производительность вытяжных вентиляторов, чтобы сохранить в помещениях необходимое там повышенное давление. Надежность работы системы обеспечивается с помощью блока управления 8.
Системы с переменным расходом могут работать с постоянной и переменной производительностью вентилятора. В системе с постоянной производительностью вентилятора осуществляется перепуск воздуха из приточного воздуховода в рециркуляционный, при этом производительность системы не изменяется и не снижается потребление электроэнергии вентилятором. В системе предусмотрен клапан 7 на обводной линии, который рассчитывается на пропуск 80 % подачи вентилятора за вычетом суммы минимальных расходов воздуха для каждой зоны, определяемых по санитарной норме. В системе с переменной производительностью вентилятора производительность приточных и вытяжных вентиляторов регулируется путем изменения числа оборотов электродвигателя. Эта система в энергетическом отношении более эффективна по сравнению с системами постоянной производительности.
Рис. 3. Принципиальная схема системы кондиционирования воздуха с переменным расходом:
1 - помещения; 2 - центральный кондиционер; 3 - вытяжной вентилятор; 4 - вытяжной воздуховод; 5 - воздухозабор; 6 - регулирующий клапан на приточном воздуховоде с исполнительным механизмом и датчиком температуры; 7 - клапан на обводной линии вентилятора; 8 - клапан избыточного давления;
9 - микропроцессорный блок управления
Кроме вышеуказанных существует также много других различных вариантов систем кондиционирования, которые являются комбинированными вариантами уже предложенных.
Учитывая условия работы центрального сервера ХНТУ, а также необходимость установки дополнительного охлаждения в помещении серверной, небольших размеров помещения, наиболее приемлемой будет схема охлаждения, которая показана на рис. 3.
Анализ результатов проведенных исследований позволил выбрать принципиальную схему кондиционирования воздуха с переменным расходом, т.к. при работе сервера наличествует изменение температуры воздуха в помещении не только в зимний/летний период, айв течение суточной работы. Поэтому есть необходимость автоматизированного регулирования процесса подачи воздуха в серверную с изменением расхода воздуха в зависимости от температуры внешней поверхности модуля Блейд (рис. 4).
Рис. 4. Схема установки чюшеров и фанкойлов в системы кондиционирования воздуха с переменным
расходом (привязка к корпусу № 1 ХНТУ)
Выводы. На основании анализа литературных источников и проведенных исследований предлагается центральная система кондиционирования с переменным расходом воздуха для помещения центрального сервера ХНТУ и дает возможность обеспечить эффективный теплоотвод от греющихся частей сервера как в зимнее, так и в летнее время. Разработанная система позволяет повысить уровень надежности работы серверной, кроме того, появляется возможность кондиционирования не только помещения серверной, но и нескольких соседних помещений, повышается экономичность системы. СКВ с переменным расходом воздуха позволяет регулировать уровень тепло- и влагопоступлений в несколько помещений одновременно независимо друг от друга, что дает ей значительные преимущества перед уже установленной в данный момент системой.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Белова Е.М. Системы кондиционирования воздуха с чиллерами и фанкойлами. М.: Евроклимат, 2003. - 400 с.
2. Стефанов Е.В. Вентиляция и кондиционирование воздуха. М.: «Авок Северо-Запад», 2005. -400 с.
3. Роткон Л.Л., Спокойный Ю.Е. Обеспечение тепловых режимов при конструировании РЭА. -М.: Сов. радио, 1976.-232 с.
4. Зигель Л. Измерение теплового сопротивления - ключ к обеспечению нормального охлаждения полупроводниковых компонентов // Электроника. - 1978. - № 14, - С. 43-51.
квадамсдащза. йосеяым вентщлятечмэм
АРДАШЕВ Виктор Алексеевич - к.т.н., доцент кафедры оборудование химических производств и предприятий строительных материалов Херсонского национального технического университета. Научные интересы:
- оборудование химических производств.
ЛЯННАЯ Александра Владимировна - магистр кафедры оборудование химических производств и предприятий строительных материалов Херсонского национального технического университета.
Научные интересы:
- оборудование химических производств.
ЛУНЯКА Клара Васильевна - д.т.н., профессор, зав. кафедрой оборудование химических производств и предприятий строительных материалов Херсонского национального технического университета.
Научные интересы:
- оборудование химических производств.
