Wykorzystanie klimatyzatorów do chłodzenia pomieszczeń technicznych- Chłodna serwerownia

Rośnie ilość komputerowego sprzętu, rośnie moc operacyjna urządzeń teleinformatycznych, a co za tym nieuniknione rośnie pobór energii elektrycznej. Sprawność i niezawodność tychże urządzeń ściśle powiązana jest z temperaturą w pomieszczeniu, w którym pracują. Im jest ona wyższa, tym krótszy żywot mają baterie systemów podtrzymania napięcia, mniejsza jest moc operacyjna. Przekroczenie pewnych wartości może spowodować wyłączenie sprzętu, lub co gorsza jego uszkodzenie i utratę danych.

Pomieszczenia, w których znajduje się duża ilość sprzętu teleinformatycznego należy chłodzić. Nie każdą firmę stać jednak na zakup wyspecjalizowanego sprzętu klimatyzacji precyzji. Powszechnie do tych celów stosuje się klimatyzatory komfortu typu split. Zbudowane są z kompletnego parownika (jednostki wewnętrznej) oraz agregatu sprężarko-wo-skraplającego (jednostki zewnętrznej). Rozwiążą-nie takie może byç skuteczne pod warunkiem, że zadba się o kilka drobnych jednakże ważnych szczegółów. Należy ustaliç także, czy producent urządzeń klimatyzacyjnych narzuca utrzymanie tylko stałej temperatury, czy także wilgotności.

Bilans cieplny

Podstawowym parametrem, jaki musimy ustaliç dla obliczenia zysków ciepła jest średnia temperatura powietrza w pomieszczeniu technicznym. Zwykle producenci sprzętu IT wymagają temperatury w pomieszczeniu 21°C. W praktyce, informatycy ustawiają zawsze niższe temperatury. Najlepiej więc założyć, że będzie to 19°C.

 Zyski ciepła

  • Przez przegrody

Obliczając zyski ciepła przez przegrody zewnętrzne pomieszczenia pamiętajmy, że klimatyzator musi odebraç ciepło niezależnie od temperatury powietrza zewnętrznego. Do obliczeń należy wybraç temperatury maksymalne (w zależności od regionu Polski od 35-40°C), a nie średnie, przyjmowane dla klimatyzacji komfortu. Podobnie rzecz się ma z nasłonecznieniem ścian zewnętrznych pomieszczenia technicznego. Należy uwzględnić maksymalny możliwy strumień energii pochodzącej bezpośrednio od słońca.

  •  Od powietrza wentylacyjnego

Każde pomieszczenie powinno posiadać choćby szczątkową wentylację. Strumień wpadającego powietrza do pomieszczenia technicznego wprowadza energię cieplną i parę wodną. Jest to dość ważny aspekt, bowiem chłodnica klimatyzatora w pierwszej kolejności odbierze ciepło związane ze skraplania pary wodnej z powietrza (tak zwane ciepło utajone), a dopiero później ciepło jawne. Przy braku odzysku ciepła z powietrza wentylacyjnego, zyski ciepła niekoniecznie będą małe. Jednostkowa różnica entalpii powietrza wentylacyjnego, przy zasilaniu powietrzem zewnętrznym może wynieść 58 kJ/kg. Zakładając, że w pomieszczeniu o powierzchni 15 m2 i wysokości 3 m wystąpi jednokrotna wymiana powietrza w ciągu godziny (45 m3/h), zyski ciepła od powietrza wentylacyjnego mogą wynieść 0,88 kW.

  •  Od urządzeń IT

W przypadku sprzętu teleinformatycznego, zyski ciepła należy przyjąć w oparciu o maksymalny pobór mocy tychże urządzeń. W przypadku urządzeń podtrzymujących napięcie, ich moc podczas czuwania jest zależna od obciążenia i zwykle wynosi od 8 do 20%. Jeśli przy zaniku prądu klimatyzator w pomieszczeniu nie będzie posiadał obwodów podtrzymujących moc, wartość tą przyjmujemy do bilansu, gdyż w przypadku zaniku napięcia klimatyzator i tak nie będzie pracował. Jeśli nasz klimatyzator posiadał będzie zasilanie rezerwowe, do bilansu musimy przyjąć maksymalną moc elektryczną jaką mogą wydzielić urządzenia podtrzymujące napięcie. Wielkość zysków ciepła będzie wtedy bardzo duża. Wskazane, by klimatyzator był nieco większej mocy. Sprzęt komputerowy na pewno zostanie zamieniony na inny większej mocy i po krótkim czasie okaże się, że nasz klimatyzator ma zbyt małą wydajność chłodniczą. Jeśli chodzi o pozostałe zyski ciepła to jest ich raczej niewiele: oświetlenie, sporadycznie przebywające osoby, otwierane drzwi itp.

  • Dobór urządzenia klimatyzacyjnego

Wiemy już ile energii cieplnej musimy odprowadzić z pomieszczenia. Załóżmy że jest to 7,0 kW. Pora dobrać klimatyzator. Kolejnym elementem, o którym musimy pamiętać to fakt, że producenci urządzeń klimatyzacyjnych podają ich wydajność chłodniczą w warunkach normatywnych, czyli:

  • przy temperaturze termometru suchego w pomieszczeniu 27°C,
  • przy temperaturze termometru mokrego w pomieszczeniu 19°C,
  • przy temperaturze termometru suchego powietrza zewnętrznego 35°C.

Przykładowo klimatyzator typu FU-Q71 z agregatem RR71 posiada nominalną wydajność chłodniczą 7,1 kW. Jednak przy interesujących nas temperaturach: 19°C w pomieszczeniu i 40°C na zewnątrz budynku, klimatyzator osiągnie tylko 5,3 kW. Dlaczego tak się dzieje? Takie są prawa fizyki. Niezależnie od tego jakiego producenta urządzenie wybierzemy, obniżenie temperatury w pomieszczeniu prowadzi do obniżenia temperatury odparowania czynnika chłodniczego w parowniku klimatyzatora, a co za tym idzie niższe będzie ciśnienie odparowania, więc i ciśnienie ssania sprężarki chłodniczej. Z kolei wyższa temperatura powietrza zewnętrznego, podnosi temperaturę skraplania, wyższe będzie więc ciśnienie skraplania, więc i ciśnienia tłoczenia sprężarki chłodniczej. Niższe ciśnienie ssania i wyższe ciśnienie skraplania powodują, że sprężarka chłodnicza agregatu musi pracowaç z wyższym stopniem sprężania czynnika chłodniczego. Im wyższy stopień sprężania tym niższa sprawność sprężarki i całego klimatyzatora. Reasumując, z powodu zmian temperatur pracy w stosunku do normatywnych, obliczoną z bilansu wydajność chłodniczą dla prawidłowego doboru klimatyzatora według danych katalogowych musimy zwiększyć o około 15%. W naszym przypadku zamiast 7,0 kW musimy dobraç klimatyzator o wydajności minimum 8,05 kW.

Niestety to nie koniec naszych zmartwień. Nominalnie klimatyzator pracuje przy odparowaniu około 4-5°C. Przy temperaturze w pomieszczeniu 19°C, temperatura odparowania spada do 1-2°C. Przy tym klimatyzator nie pracuje stabilnie, oddziaływają na niego czynniki atmosferyczne. Zdarza się często, że temperatura odparowania spadnie poniżej 0°C i parownik zacznie się obladzaç. Ponieważ na skutek stopniowego zmniejszenia przepływu powietrza obladza-nie postępuje, by nie doszło do zalodzenia urządzenia, musi ono przerwaç pracę chłodzenia i przejść cykl odszraniania. Niestety, w tym czasie urządzenia IT pracy nie przerwą, stąd dla zbilansowania nadmiaru ciepła wydzielanego w czasie gdy urządzenie się oszrania, wymaganą wydajność chłodniczą musimy podnieść o kolejne 15%. Tak więc nasze urządzenie powinno legitymować się już wydajnością chłodniczą 9,26 kW.

To też jeszcze nie koniec. Sprawdzić musimy długość instalacji freonowej. Ze wzrostem długości przewodów, rośnie opór hydrauliczny przepływającego czynnika chłodniczego. Dane te są różne dla klimatyzatorów różnych typów i producentów. Jeśli instalacja freonowa jest dłuższa niż 5-7 m, lepiej na każde 10 m długości dodać 3% do wydajności chłodniczej. Zakładając że nasza instalacja ma 10 metrów długości, do 9,26 kW dodajemy 3% i otrzymujemy 9,54 kW wymaganej wydajności chłodniczej. Pozostaje więc wybór innego klimatyzatora z agregatem RR100B. W tym momencie możemy być spokojni, że klimatyzator będzie posiadał odpowiednią wydajność chłodniczą. Nie zmienia to faktu, że w serwerowni powinien znaleźć się także niezależny klimatyzator rezerwowy o tej samej wydajności chłodniczej.

  Autor: Piotr Celmer

źródło: magazyn instalatora nr 10 (110), październik 2007