ИБП для централизованных систем питания
ИБП для централизованного питания нагрузок
-
[Интент]

ИБП для централизованных систем питания

А. П. Майоров

Для многих предприятий всесторонняя защита данных имеет жизненно важное значение. Кроме того, есть виды деятельности, в которых прерывания подачи электроэнергии не допускаются даже на доли секунды. Так работают расчетные центры банков, больницы, аэропорты, центры обмена трафиком между различными сетями. В такой же степени критичны к электропитанию телекоммуникационное оборудование, крупные узлы Интернет, число ежедневных обращений к которым исчисляется десятками и сотнями тысяч. Третья часть обзора по ИБП посвящена оборудованию, предназначенному для обеспечения питания особо важных объектов.

Централизованные системы бесперебойного питания применяют в тех случаях, когда прерывание подачи электроэнергии недопустимо для работы большинства единиц оборудования, составляющих одну информационную или технологическую систему. Как правило, проблемы питания рассматривают в рамках единого проекта наряду со многими другими подсистемами здания, поскольку они требуют вложения значительных средств и увязки с силовой электропроводкой, коммутационным электрооборудованием и аппаратурой кондиционирования. Изначально системы бесперебойного питания рассчитаны на долгие годы эксплуатации, их срок службы можно сравнить со сроком службы кабельных подсистем здания и основного компьютерного оборудования. За 15—20 лет функционирования предприятия оснащение его рабочих станций обновляется три-четыре раза, несколько раз изменяется планировка помещений и производится их ремонт, но все эти годы система бесперебойного питания должна работать безотказно. Для ИБП такого класса долговечность превыше всего, поэтому в их технических спецификациях часто приводят значение важнейшего технического показателя надежности — среднего времени наработки на отказ (Mean Time Before Failure — MTBF). Во многих моделях с ИБП оно превышает 100 тыс. ч, в некоторых из них достигает 250 тыс. ч (т. е. 27 лет непрерывной работы). Правда, сравнивая различные системы, нужно учитывать условия, для которых этот показатель задан, и к предоставленным цифрам относиться осторожно, поскольку условия работы оборудования разных производителей неодинаковы.

Батареи аккумуляторов

К сожалению, наиболее дорогостоящий компонент ИБП — батарея аккумуляторов так долго работать не может. Существует несколько градаций качества батарей, которые различаются сроком службы и, естественно, ценой. В соответствии с принятой два года назад конвенцией EUROBAT по среднему сроку службы батареи разделены на четыре группы:

10+ — высоконадежные,
10 — высокоэффективные,
5—8 — общего назначения,
3—5 — стандартные коммерческие.

Учитывая исключительно жесткую конкуренцию на рынке ИБП малой мощности, производители стремятся снизить до минимума начальную стоимость своих моделей, поэтому часто комплектуют их самыми простыми батареями. Применительно к этой группе продуктов такой подход оправдан, поскольку упрощенные ИБП изымают из обращения вместе с защищаемыми ими персональными компьютерами. Впервые вступающие на этот рынок производители, пытаясь оттеснить конкурентов, часто используют в своих интересах неосведомленность покупателей о проблеме качества батарей и предлагают им сравнимые по остальным показателям модели за более низкую цену. Имеются случаи, когда партнеры крупной фирмы комплектуют ее проверенные временем и признанные рынком модели ИБП батареями, произведенными в развивающихся странах, где контроль за технологическим процессом ослаблен, а, значит, срок службы батарей меньше по сравнению с "кондиционными" изделиями. Поэтому, подбирая для себя ИБП, обязательно поинтересуйтесь качеством батареи и ее производителем, избегайте продукции неизвестных фирм. Следование этим рекомендациям сэкономит вам значительные средства при эксплуатации ИБП.

Все сказанное еще в большей степени относится к ИБП высокой мощности. Как уже отмечалось, срок службы таких систем исчисляется многими годами. И все же за это время приходится несколько раз заменять батареи. Как это ни покажется странным, но расчеты, основанные на ценовых и качественных параметрах батарей, показывают, что в долгосрочной перспективе наиболее выгодны именно батареи высшего качества, несмотря на их первоначальную стоимость. Поэтому, имея возможность выбора, устанавливайте батареи только "высшей пробы". Гарантированный срок службы таких батарей приближается к 15 годам.

Не менее важный аспект долговечности мощных систем бесперебойного питания — условия эксплуатации аккумуляторных батарей. Чтобы исключить непредсказуемые, а следовательно, часто приводящие к аварии перерывы в подаче электропитания, абсолютно все включенные в приведенную в статье таблицу модели оснащены самыми совершенными схемами контроля за состоянием батарей. Не мешая выполнению основной функции ИБП, схемы мониторинга, как правило, контролируют следующие параметры батареи: зарядный и разрядный токи, возможность избыточного заряда, рабочую температуру, емкость.

Кроме того, с их помощью рассчитываются такие переменные, как реальное время автономной работы, конечное напряжение зарядки в зависимости от реальной температуры внутри батареи и др.

Подзарядка батареи происходит по мере необходимости и в наиболее оптимальном режиме для ее текущего состояния. Когда емкость батареи снижается ниже допустимого предела, система контроля автоматически посылает предупреждающий сигнал о необходимости ее скорой замены.

Топологические изыски

Долгое время специалисты по системам электропитания руководствовались аксиомой, что мощные системы бесперебойного питания должны иметь топологию on-line. Считается, что именно такая топология гарантирует защиту от всех нарушений на линиях силового питания, позволяет фильтровать помехи во всем частотном диапазоне, обеспечивает на выходе чистое синусоидальное напряжение с номинальными параметрами. Однако за качество электропитания приходится платить повышенным выделением тепловой энергии, сложностью электронных схем, а следовательно, потенциальным снижением надежности. Но, несмотря на это, за многолетнюю историю выпуска мощных ИБП были разработаны исключительно надежные аппараты, способные работать в самых невероятных условиях, когда возможен отказ одного или даже нескольких узлов одновременно. Наиболее важным и полезным элементом мощных ИБП является так называемый байпас. Это обходной путь подачи энергии на выход в случае ремонтных и профилактических работ, вызванных отказом некоторых компонентов систем или возникновением перегрузки на выходе. Байпасы бывают ручными и автоматическими. Они формируются несколькими переключателями, поэтому для их активизации требуется некоторое время, которое инженеры постарались снизить до минимума. И раз уж такой переключатель был создан, то почему бы не использовать его для снижения тепловыделения в то время, когда питающая сеть пребывает в нормальном рабочем состоянии. Так появились первые признаки отступления от "истинного" режима on-line.

Новая топология отдаленно напоминает линейно-интерактивную. Устанавливаемый пользователем системы порог срабатывания определяет момент перехода системы в так называемый экономный режим. При этом напряжение из первичной сети поступает на выход системы через байпас, однако электронная схема постоянно следит за состоянием первичной сети и в случае недопустимых отклонений мгновенно переключается на работу в основном режиме on-line.

Подобная схема применена в ИБП серии Synthesis фирмы Chloride (Сети и системы связи, 1996. № 10. С. 131), механизм переключения в этих устройствах назван "интеллектуальным" ключом. Если качество входной линии укладывается в пределы, определяемые самим пользователем системы, аппарат работает в линейно-интерактивном режиме. При достижении одним из контролируемых параметров граничного значения система начинает работать в нормальном режиме on-line. Конечно, в этом режиме система может работать и постоянно.

За время эксплуатации системы отход от исходной аксиомы позволяет экономить весьма значительные средства за счет сокращения тепловыделения. Сумма экономии оказывается сопоставимой со стоимостью оборудования.

Надо отметить, что от своих исходных принципов отошла еще одна фирма, ранее выпускавшая только линейно-интерактивные ИБП и ИБП типа off-line сравнительно небольшой мощности. Теперь она превысила прежний верхний предел мощности своих ИБП (5 кВА) и построила новую систему по топологии on-line. Я имею в виду фирму АРС и ее массив электропитания Simmetra (Сети и системы связи. 1997. № 4. С. 132). Создатели попытались заложить в систему питания те же принципы повышения надежности, которые применяют при построении особо надежной компьютерной техники. В модульную конструкцию введена избыточность по отношению к управляющим модулям и батареям. В любом из трех выпускаемых шасси из отдельных модулей можно сформировать нужную на текущий момент систему и в будущем наращивать ее по мере надобности. Суммарная мощность самого большого шасси достигает 16 кВА. Еще рано сравнивать эту только что появившуюся систему с другими включенными в таблицу. Однако факт появления нового продукта в этом исключительно устоявшемся секторе рынка сам по себе интересен.

Архитектура

Суммарная выходная мощность централизованных систем бесперебойного питания может составлять от 10—20 кВА до 200—300 МВА и более. Соответственно видоизменяется и структура систем. Как правило, она включают в себя несколько источников, соединенных параллельно тем или иным способом. Аппаратные шкафы устанавливают в специально оборудованных помещениях, где уже находятся распределительные шкафы выходного напряжения и куда подводят мощные входные силовые линии электропитания. В аппаратных помещениях поддерживается определенная температура, а за функционированием оборудования наблюдают специалисты.

Многие реализации системы питания для достижения необходимой надежности требуют совместной работы нескольких ИБП. Существует ряд конфигураций, где работают сразу несколько блоков. В одних случаях блоки можно добавлять постепенно, по мере необходимости, а в других — системы приходится комплектовать в самом начале проекта.

Для повышения суммарной выходной мощности используют два варианта объединения систем: распределенный и централизованный. Последний обеспечивает более высокую надежность, но первый более универсален. Блоки серии EDP-90 фирмы Chloride допускают объединение двумя способами: и просто параллельно (распределенный вариант), и с помощью общего распределительного блока (централизованный вариант). При выборе способа объединения отдельных ИБП необходим тщательный анализ структуры нагрузки, и в этом случае лучше всего обратиться за помощью к специалистам.

Применяют параллельное соединение блоков с централизованным байпасом, которое используют для повышения общей надежности или увеличения общей выходной мощности. Число объединяемых блоков не должно превышать шести. Существуют и более сложные схемы с избыточностью. Так, например, чтобы исключить прерывание подачи питания во время профилактических и ремонтных работ, соединяют параллельно несколько блоков с подключенными к отдельному ИБП входными линиями байпасов.

Особо следует отметить сверхмощные ИБП серии 3000 фирмы Exide. Суммарная мощность системы питания, построенная на модульных элементах этой серии, может достигать нескольких миллионов вольт-ампер, что сравнимо с номинальной мощностью генераторов некоторых электростанций. Все компоненты серии 3000 без исключения построены на модульном принципе. На их основе можно создать особо мощные системы питания, в точности соответствующие исходным требованиям. В процессе эксплуатации суммарную мощность систем можно наращивать по мере увеличения нагрузки. Однако следует признать, что систем бесперебойного питания такой мощности в мире не так уж много, их строят по специальным контрактам. Поэтому серия 3000 не включена в общую таблицу. Более подробные данные о ней можно получить на Web-узле фирмы Exide по адресу http://www.exide.com или в ее московском представительстве.

Важнейшие параметры

Для систем с высокой выходной мощностью очень важны показатели, которые для менее мощных систем не имеют первостепенного значения. Это, например, КПД — коэффициент полезного действия (выражается либо действительным числом меньше единицы, либо в процентах), показывающий, какая часть активной входной мощности поступает к нагрузке. Разница значений входной и выходной мощности рассеивается в виде тепла. Чем выше КПД, тем меньше тепловой энергии выделяется в аппаратной комнате и, значит, для поддержания нормальных рабочих условий требуется менее мощная система кондиционирования.

Чтобы представить себе, о каких величинах идет речь, рассчитаем мощность, "распыляемую" ИБП с номинальным значением на выходе 8 МВт и с КПД, равным 95%. Такая система будет потреблять от первичной силовой сети 8,421 МВт — следовательно, превращать в тепло 0,421 МВт или 421 кВт. При повышении КПД до 98% при той же выходной мощности рассеиванию подлежат "всего" 163 кВт. Напомним, что в данном случае нужно оперировать активными мощностями, измеряемыми в ваттах.

Задача поставщиков электроэнергии — подавать требуемую мощность ее потребителям наиболее экономным способом. Как правило, в цепях переменного тока максимальные значения напряжения и силы тока из-за особенностей нагрузки не совпадают. Из-за этого смещения по фазе снижается эффективность доставки электроэнергии, поскольку при передаче заданной мощности по линиям электропередач, через трансформаторы и прочие элементы систем протекают токи большей силы, чем в случае отсутствия такого смещения. Это приводит к огромным дополнительным потерям энергии, возникающим по пути ее следования. Степень сдвига по фазе измеряется не менее важным, чем КПД, параметром систем питания — коэффициентом мощности.

Во многих странах мира существуют нормы на допустимое значение коэффициента мощности систем питания и тарифы за электроэнергию нередко зависят от коэффициента мощности потребителя. Суммы штрафов за нарушение нормы оказываются настольно внушительными, что приходится заботиться о повышении коэффициента мощности. С этой целью в ИБП встраивают схемы, которые компенсируют сдвиг по фазе и приближают значение коэффициента мощности к единице.

На распределительную силовую сеть отрицательно влияют и нелинейные искажения, возникающие на входе блоков ИБП. Почти всегда их подавляют с помощью фильтров. Однако стандартные фильтры, как правило, уменьшают искажения только до уровня 20—30%. Для более значительного подавления искажений на входе систем ставят дополнительные фильтры, которые, помимо снижения величины искажений до нескольких процентов, повышают коэффициент мощности до 0,9—0,95. С 1998 г. встраивание средств компенсации сдвига по фазе во все источники электропитания компьютерной техники в Европе становится обязательным.

Еще один важный параметр мощных систем питания — уровень шума, создаваемый такими компонентами ИБП, как, например, трансформаторы и вентиляторы, поскольку их часто размещают вместе в одном помещении с другим оборудованием — там где работает и персонал.

Чтобы представить себе, о каких значениях интенсивности шума идет речь, приведем для сравнения такие примеры: уровень шума, производимый шелестом листвы и щебетанием птиц, равен 40 дБ, уровень шума на центральной улице большого города может достигать 80 дБ, а взлетающий реактивный самолет создает шум около 100 дБ.

Достижения в электронике

Мощные системы бесперебойного электропитания выпускаются уже более 30 лет. За это время бесполезное тепловыделение, объем и масса их сократились в несколько раз. Во всех подсистемах произошли и значительные технологические изменения. Если раньше в инверторах использовались ртутные выпрямители, а затем кремниевые тиристоры и биполярные транзисторы, то теперь в них применяются высокоскоростные мощные биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT). В управляющих блоках аналоговые схемы на дискретных компонентах сначала были заменены на цифровые микросхемы малой степени интеграции, затем — микропроцессорами, а теперь в них установлены цифровые сигнальные процессоры (Digital Signal Processor — DSP).

В системах питания 60-х годов для индикации их состояния использовались многочисленные аналоговые измерительные приборы. Позднее их заменили более надежными и информативными цифровыми панелями из светоизлучающих диодов и жидкокристаллических индикаторов. В наше время повсеместно используют программное управление системами питания.

Еще большее сокращение тепловых потерь и общей массы ИБП дает замена массивных трансформаторов, работающих на частоте промышленной сети (50 или 60 Гц), высокочастотными трансформаторами, работающими на ультразвуковых частотах. Между прочим, высокочастотные трансформаторы давно применяются во внутренних источниках питания компьютеров, а вот в ИБП их стали устанавливать сравнительно недавно. Применение IGBT-приборов позволяет строить и бестрансформаторные инверторы, при этом внутреннее построение ИБП существенно меняется. Два последних усовершенствования применены в ИБП серии Synthesis фирмы Chloride, отличающихся уменьшенным объемом и массой.

Поскольку электронная начинка ИБП становится все сложнее, значительную долю их внутреннего объема теперь занимают процессорные платы. Для радикального уменьшения суммарной площади плат и изоляции их от вредных воздействий электромагнитных полей и теплового излучения используют электронные компоненты для так называемой технологии поверхностного монтажа (Surface Mounted Devices — SMD) — той самой, которую давно применяют в производстве компьютеров. Для защиты электронных и электротехнических компонентов имеются специальные внутренние экраны.

***

Со временем серьезный системный подход к проектированию материальной базы предприятия дает значительную экономию не только благодаря увеличению срока службы всех компонентов "интегрированного интеллектуального" здания, но и за счет сокращения расходов на электроэнергию и текущее обслуживание. Использование централизованных систем бесперебойного питания в пересчете на стоимость одного рабочего места дешевле, чем использование маломощных ИБП для рабочих станций и даже ИБП для серверных комнат. Однако, чтобы оценить это, нужно учесть все факторы установки таких систем.

Предположим, что предприятие свое помещение арендует. Тогда нет никакого смысла разворачивать дорогостоящую систему централизованного питания. Если через пять лет руководство предприятия не намерено заниматься тем же, чем занимается сегодня, то даже ИБП для серверных комнат обзаводиться нецелесообразно. Но если оно рассчитывает на то, что производство будет держаться на плаву долгие годы и решило оснастить принадлежащее им здание системой бесперебойного питания, то для выбора такой системы нужно воспользоваться услугами специализированных фирм. Сейчас их немало и в России. От этих же фирм можно получить информацию о так называемых системах гарантированного электропитания, в которые включены дизельные электрогенераторы и прочие, более экзотические источники энергии.

Нам же осталось рассмотреть лишь методы управления ИБП, что мы и сделаем в одном из следующих номеров нашего журнала

[ http://www.ccc.ru/magazine/depot/97_07/read.html?0502.htm]

Тематики

• источники и системы электропитания

Синонимы

• ИБП для централизованного питания нагрузок

EN

• centralized UPS

система кондиционирования воздуха
Совокупность воздухотехнического оборудования, предназначенная для кондиционирования воздуха в помещениях
[ ГОСТ 22270-76]

система кондиционирования воздуха
Совокупность технических средств для обработки и распределения воздуха, а также автоматического регулирования его параметров с дистанционным управлением всеми процессами
[Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)]

система кондиционирования воздуха
Комбинация всех компонент, необходимых для обработки воздуха, в процессе которой осуществляется контроль или понижение температуры, возможно, в комбинации с контролем вентиляции, влажности и чистоты воздуха.
[ДИРЕКТИВА 2002/91/ЕС ЕВРОПЕЙСКОГО ПАРЛАМЕТА И СОВЕТА от 16 декабря 2002 г. по энергетическим характеристикам зданий]

КЛАССИФИКАЦИЯ

• По назначению
  
  • Комфортные
    
    • Бытовые
    • Промышленные
  • Технологические
    
    • Технологические
    • Прецизионные
• По способу охлаждения воздуха
  
  • Непосредственного охлаждения (с непосредственным охлаждением воздуха)
  • Косвенного охлаждения (с водяным охлаждением воздуха - чиллеры и фанкойлы)
• По степени централизации
  
  • Центральные
  • Зональные
    
    • Однозональные
    • Мультизональные (VRF-системы)
      
      • 2-трубные
      • 4-трубные
    • Местные
• По степени использования наружного воздуха
  
  • Прямоточные
  • Рециркуляционные
  • С частичной рециркуляцией
• По автономности
  
  • Автономные
  • Неавтономные
• По способу комплектации
  
  • Агрегатированные
  • Секционные
• По конструктивному оформлению
  
  • Моноблочные
    
    • Напольные
      
      • Мобильные
      • Колонные
      • Шкафные
    • Терминальные
    • Оконные
    • Крышные
  • Сплит-системы
    
    • По конструктивному исполнению внутреннего блока
      
      • Настенные
      • Напольные
      • Напольно-потолочные
      • Встраиваемые в пол
      • Потолочные
        
        • Подвесные
        • Кассетные
          
          • с односторонней подачей воздуха
          • с двухсторонней подачей воздуха
          • с трехсторонней подачей воздуха
          • с четырехсторонней подачей воздуха
        • Канальные
      • Колонные
      • Шкафные
    • По количеству внутренних блоков
      
      • С одним внутренним блоком
      • С двумя внутренними блоками
      • Мульти-сплит системы
• По размещению конденсатора
  
  • С встроенным конденсатором
  • С выносным конденсатором
• По способу охлаждения конденсатора
  
  • С воздушным охлаждением конденсатора
  • С осевыми вентиляторами
  • С радиальными вентиляторами
  • С водяным охлаждением конденсатора
  • С использованием проточной (водопроводной, бросовой) воды
  • С использованием оборотной (из градирни) воды
• По способу управления компрессором
  
  • _____
  • Инверторные
• По режиму работы
  
  • Только для охлаждения
  • Реверсивные - для охлаждения и нагрева в режиме теплового насоса
  • Реверсивные тепловые насосы
• По дополнительной комплектации
  
  • С электрическим воздухонагревателем
  • С водяным воздухонагревателем
• По месту установки
  
  • Наружной установки
  • Крышного исполнения
  • Внутренней установки
• По способу подачи воздуха
  
  • С непосредственной подачей воздуха в кондиционируемое помещение
  • С подачей воздуха через воздуховод (канальные)
     

Классификация систем кондиционирования воздуха

М. Г. Тарабанов, директор НИЦ «ИНВЕНТ», канд. техн. наук, вице-президент НП «АВОК», лауреат премии НП «АВОК» «Медаль имени И. Ф. Ливчака», «Медаль имени В. Н. Богословского», otvet@abok.ru

Общие положения

Краткий, но достаточно полный обзор истории развития кондиционирования воздуха представлен в работе А. И. Липы [1], поэтому отметим только несколько моментов. Родоначальником техники кондиционирования воздуха в ее современном понимании считается американский инженер Виллис Хэвилэнд Кэрриер (Willis Haviland Carrier), который в 1902 году в Нью-Йорке в Бруклинской типографии применил поверхностный водяной воздухоохладитель с вентилятором для получения летом в помещении температуры +26,5 °C и относительной влажности 55 %. Вода охлаждалась в аммиачной холодильной машине. Зимой для увлажнения внутреннего воздуха до 55 % использовался водяной пар от бойлера.
Термин «кондиционирование воздуха» был предложен в 1906 году Стюартом Уорреном Крамером (Stuart Warren Cramer).
В отечественной практике некоторые авторы применяют термин «кондиционирование микроклимата». Заметим, что этот термин отличается от «кондиционирования воздуха», так как включает в себя дополнительные факторы, не связанные с состоянием воздушной среды в помещении (шум, инсоляция и др.).
К сожалению, несмотря на солидный возраст термин «кондиционирование воздуха» не получил четкого определения в современных отечественных нормативных документах. Для устранения этого пробела сформулируем: «Кондиционирование воздуха – это создание и автоматическое поддержание в обслуживаемом помещении или технологическом объеме требуемых параметров и качества воздуха независимо от внутренних возмущений и внешних воздействий». К параметрам воздуха относятся: температура, относительная влажность или влагосодержание и подвижность. Качество воздуха включает в себя газовый состав, запыленность, запахи, аэроионный состав, т. е. более широкий круг показателей, чем термин «чистота», используемый в [2].
Комплекс оборудования, элементов и устройств, с помощью которых обеспечивается кондиционирование воздуха в обслуживаемых помещениях, называется системой кондиционирования воздуха (СКВ).
Приведенное выше определение системы кондиционирования воздуха по смыслу полностью совпадает с определением ASHRAE: «”air-conditioning system” – комплекс оборудования для одновременной обработки и регулирования температуры, влажности, чистоты воздуха и распределения последнего в соответствии с заданными требованиями» [3].
Общепринятого, устоявшегося мнения, что следует включать в состав СКВ, к сожалению, нет.
Так, например, по мнению О. Я. Кокорина [4] СКВ может включать в себя:

• установку кондиционирования воздуха (УКВ), обеспечивающую необходимые кондиции воздушной среды по тепловлажностным качествам, чистоте, газовому составу и наличию запахов;
• средства автоматического регулирования и контроля за приготовлением воздуха нужных кондиций в УКВ, а также для поддержания в обслуживаемом помещении или сооружении постоянства заданных кондиций воздуха;
• устройства для транспортирования и распределения кондиционированного воздуха;
• устройства для транспортирования и удаления загрязненного внутреннего воздуха;
• устройства для глушения шума, вызываемого работой элементов СКВ;
• устройства для приготовления и транспортирования источников энергии, необходимых для работы аппаратов в СКВ.

В зависимости от конкретных условий некоторые составные части СКВ могут отсутствовать.
Однако согласиться с отдельными пунктами предложенного состава СКВ нельзя, так как если следовать логике автора [4], то в состав СКВ должны войти и системы оборотного водоснабжения, водопровода и канализации, ИТП и трансформаторные, которые также необходимы для работы аппаратов в СКВ.
Достаточно полное представление о структуре СКВ дает разработанная во ВНИИкондиционере «Блок-схема системы кондиционирования воздуха» (рис. 1) [5].

Включенные в эту блок-схему подсистемы обработки воздуха по своему функциональному назначению делятся на блоки:

• основной обработки и перемещения: Б_1.1 – приемный, Б_1.8 – очистки, Б_1.2 – сухого (первого) подогрева, Б_1.3 – охлаждения, Б_1.6 – тепловлажностной обработки, Б_1.9 – перемещения приточного воздуха;
• дополнительной обработки и перемещения: Б_2.1 – утилизации, Б_2.2 – предварительного подогрева, Б_2.3 – доводки общей (второй подогрев, дополнительное охлаждение), Б_2.4 – зональной доводки, Б_2.5 – местной доводки (эжекционные доводчики и др.), Б_2.7 – шумоглушения, Б_2.8 – перемещения рециркуляционного воздуха;
• специальной обработки: Б_5.5 – тонкой очистки;
• воздушной сети: Б_4.2 – воздухораспределительных устройств, Б_4.3 – вытяжных устройств, Б_4.5 – воздуховодов;
• автоматизации – арматуры – Б_3.1.

Помимо этих блоков в СКВ может входить система холодоснабжения (снабжение электроэнергией и теплом осуществляется, как правило, централизованно). Ее включение в состав СКВ, видимо, относится к автономным кондиционерам (см. далее).
Для определения состава оборудования, входящего в СКВ, и границ раздела целесообразно воспользоваться делением на разделы, которое сложилось в практике проектирования.
В частности, при выполнении проектов кондиционирования воздуха достаточно серьезных объектов обычно выделяют в самостоятельные разделы: теплоснабжение СКВ; холодоснабжение и холодильные центры; электроснабжение; автоматизация; водоснабжение, в том числе оборотное, канализация и дренаж.
Причем по каждому из разделов составляют свою спецификацию, в которую включено оборудование, материалы и арматура, относящиеся к своему конкретному разделу.
Таким образом, в состав СКВ следует включить:

• УКВ, предназначенную для очистки и тепловлажностной обработки и получения необходимого качества воздуха и его транспортировки по сети воздуховодов до обслуживаемого помещения или технического объема;
• сеть приточных воздуховодов с воздухораспределителями, клапанами и регулирующими устройствами;
• вытяжной вентилятор и сеть вытяжных и рециркуляционных воздуховодов с сетевым оборудованием;
• сеть фреоновых трубопроводов для сплит-систем и VRV-систем с кабелями связи наружных блоков с внутренними;
• фэнкойлы, эжекционные доводчики, моноблоки, холодные и теплые потолки и балки и др. доводчики для охлаждения и (или) нагревания непосредственно внутреннего воздуха;
• оборудование для утилизации теплоты и холода;
• дополнительные воздушные фильтры, шумоглушители и другие элементы.

И даже систему автоматики, входящую в СКВ как бы по определению, целесообразно выделить отдельно, так как ее проектируют инженеры другой специальности, хотя и по заданию так называемых технологов СКВ.
Границей СКВ и систем теплохолодоснабжения можно считать узлы регулирования, а границей электроснабжения и автоматики – электрические щиты и щиты управления, которые в последнее время очень часто делают совмещенными.

Классификация систем кондиционирования воздуха

Проблемам классификации СКВ в большей или меньшей степени уделяли внимание практически все авторы учебников и монографий по кондиционированию воздуха. Вот что написал по этому вопросу известный специалист, доктор техн. наук А. А. Рымкевич [6]: «Анализ иерархической структуры самих СКВ прежде всего требует их классификации и только затем их декомпозиции на подсистемы. …Однако для СКВ, решения которых базируются на учете большого числа данных, разработать такую классификацию всегда сложно. Не случайно в литературе нет единого мнения по данному вопросу, и поэтому многие известные авторы… предложили различные методы классификации».
Предложенная А. А. Рымкеви-чем концепция выбора признаков классификации СКВ сформулирована очень точно, и с ней нельзя не согласиться. Проблема состоит в том, как этой концепцией воспользоваться и какие признаки считать определяющими, а какие вторичными, и как точно сформулировать эти признаки.
В начале восьмидесятых годов прошлого века наиболее полная классификация СКВ была предложена в работе Б. В. Баркалова и Е. Е. Карписа [7].
Основные признаки этой классификации с некоторыми дополнениями использованы и в недавно изданной монографии А. Г. Сотникова [8] и в других работах, однако некоторые формулировки отдельных признаков требуют уточнения и корректировки.
Например, для опытных специалистов не составит труда разделить СКВ на центральные и местные, посмотрим, как признак такого деления сформулирован разными авторами.
Б. В. Баркалов, Е. Е. Карпис пишут [7]: «В зависимости от расположения кондиционеров по отношению к обслуживаемым помеще-ниям СКВ делятся на центральные и местные». А. Г. Сотников [8] считает необходимым дополнить: «Деление на местные и центральные СКВ учитывает как место установки кондиционера, так и группировку помещений по системам», а О. Я. Кокорин уточняет: «По характеру связи с обслуживаемым помещением можно подразделить СКВ на три вида: центральные, местные и центрально-местные. Центральные СКВ характеризуются расположением УКВ в удалении от обслуживаемых объектов и наличием приточных воздуховодов значительной протяженности. Местные СКВ характеризуются расположением УКВ в самом обслуживаемом помещении или в непосредственной близости от него, при отсутствии (или наличии весьма коротких) приточных воздуховодов. Центрально-местные СКВ характеризуются как наличием УКВ в удалении от обслуживаемых объектов, так и местных УКВ, располагаемых в самих помещениях или в непосредственной близости от них».
Трудно понять, что имеется в виду под группировкой помещений по системам и что считается протяженными или весьма короткими воздуховодами. Например, кондиционеры, обслуживающие текстильные цеха на Волжском заводе синтетического волокна, имеют производительность по воздуху до 240 м3/ч и расположены рядом с обслуживаемыми помещениями, то есть непосредственно за стенами, но никто из указанных выше авторов не отнес бы их к местным системам.
Несколько иной признак клас-сификации предложил Е. В. Стефанов [9]: «… по степени централизации – на системы центральные, обслуживающие из одного центра несколько помещений, и местные, устраиваемые для отдельных помещений и располагающиеся, как правило, в самих обслуживаемых помещениях».
К сожалению, и эта формулировка является нечеткой, так как одно большое помещение могут обслуживать несколько центральных кондиционеров, а группу небольших помещений – один местный кондиционер.
Фактически в отечественной практике негласно действовал совсем другой признак классификации: все кондиционеры, выпускавшиеся Харьковским заводом «Кондиционер», кроме шкафных, считались центральными, а все кондиционеры, выпускавшиеся Домодедовским заводом «Кондиционер», кроме горизонтальных производительностью 10 и 20 тыс. м³/ч, – относились к местным.
Конечно, сегодня такое деление выглядит смешным, а между тем в нем был определенный здравый смысл.
Известно, что в местных системах используются готовые агрегаты полной заводской сборки обычно шкафного типа со стандартным набором тепломассообменного оборудования с уже готовыми, заданными заранее техническими характеристиками, поэтому местные УКВ не проектируют, а подбирают для конкретного обслуживаемого помещения или группы небольших однотипных помещений.
Максимальная производительность местных систем по воздуху обычно не превышает 20–30 тыс. м³/ч.
Центральные кондиционеры могут быть также полной заводской сборки или собираются на месте монтажа, причем технические характеристики всех элементов, включая воздушные фильтры, вентиляторы и тепломассообменное оборудование, задаются производителями в очень широких пределах, поэтому такие кондиционеры не подбирают, а проектируют, а затем изготавливают в соответствии с бланком-заказом для конкретного объекта.
Обычно центральные кондиционеры собирают в виде горизонтальных блоков, причем производительность таких кондиционеров по воздуху значительно больше, чем у местных и достигает 100–250 тыс. м³/ч у разных фирм-производителей.
Очевидно, что отмеченные признаки относятся к УКВ, но их можно использовать и для классификации СКВ, например, СКВ с центральной УКВ – центральная СКВ, а с местной УКВ – местная СКВ. Такой подход не исключает полностью признаки, предложенные другими авторами, а дополняет их, исключая некоторые неопределенности, типа протяженности воздуховодов и др.
Для дальнейшей классификации СКВ рассмотрим схему ее функционирования.
На параметры внутреннего воздуха в обслуживаемом помещении или технологическом объеме оказывают воздействие внутренние возмущения, то есть изменяющиеся тепло- и влаговыделения, а также внешние факторы, например, изменение температуры и влагосодержания наружного воздуха, воздействие на остекленный фасад прямой солнечной радиации в разное время суток и др.
Задача СКВ состоит в том, чтобы улавливать и своевременно устранять последствия этих возмущений и воздействий для сохранения параметров внутреннего воздуха в заданных пределах, используя систему автоматического регулирования и необходимый набор оборудования (воздухоохладители, воздухонагреватели, увлажнители и др.), а также источники теплоты и холода.
Поддерживать требуемые параметры внутреннего воздуха можно изменяя параметры или расход приточного воздуха, подаваемого в помещение извне, или с помощью аппаратов, установленных непосредственно в помещении, так называемых доводчиков.
Сегодня в качестве доводчиков используют внутренние блоки сплит-систем и VRV-систем, фэнкойлы, моноблоки, охлаждаемые потолки и балки и другие элементы.
К сожалению, в классификации [7] вместо понятия «доводчики» используется понятие «водовоздушные СКВ», а в классификации [8] дополнительно вводится термин «водо- и фреоновоздушная СКВ». С подобными предложениями нельзя согласиться в принципе, так как их авторы вольно или невольно присваивают сплит-системам или фэнкойлам статус систем кондиционирования воздуха, которыми они не являются и, естественно, не могут входить в классификацию СКВ, поскольку являются всего лишь местными охладителями или нагревателями, то есть не более чем доводчиками.
Справедливости ради отметим, что Б. В. Баркалов начинает описание центральных водовоздушных систем очень точной фразой: «В каждое помещение вводится наружный воздух, приготовленный в центральном кондиционере. Перед выпуском в помещение он смешивается с воздухом данного помещения, предварительно охлажденным или нагретым в теплообменниках кондиционеров?доводчиков, снабжаемых холодной и горячей водой». Приведенная цитата показывает, что автор хорошо понимает неопределенность предложенного им признака классификации и поэтому сразу поясняет, что он имеет в виду под центральными водовоздушными системами.
Системы без доводчиков могут быть прямоточными, когда в помещение подается обработанный наружный воздух, и с рециркуляцией, когда к наружному воздуху подмешивают воздух, забираемый из помещения. Кроме того, технологические СКВ, обслуживающие помещения или аппараты без пребывания людей, могут работать без подачи наружного воздуха со 100 % рециркуляцией. В зависимости от алгоритма работы СКВ различают системы с постоянной рециркуляцией, в которых соотношение количества наружного и рециркуляционного воздуха во время работы не изменяется, и СКВ с переменной рециркуляцией, в которых количество наружного воздуха может изменяться от 100 % до некоторого нормируемого минимального уровня.
Кроме того, системы с рециркуляцией могут быть одновентиляторными и двухвентиляторными. В первых системах подача приточного воздуха в помещение, а также забор наружного и рециркуляционного воздуха осуществляется приточным вентилятором УКВ. Во втором случае для удаления воздуха из помещения и подачи его на рециркуляцию или на выброс применяют дополнительный вытяжной вентилятор.
Независимо от схемы компоновки и устройства отдельных элементов СКВ подразделяют также по их назначению. Многие авторы делят СКВ на комфортные, технологические и комфортно-технологические. Более удачной и полной представляется классификация СКВ по назначению на эргономической основе, разработанная ВНИИкондиционером [5].
Определено, что СКВ могут выполнять одну из трех функций обслуживания: машин; машин + людей; людей.
1-я группа (символ «машина») определена как технологические СКВ. СКВ этой группы обслуживают технологические аппараты, камеры, боксы, машины и т. п., то есть применяются в тех случаях, когда условия воздушной среды диктуются обеспечением работоспособности технологического оборудования. При этом параметры воздушной среды могут отличаться от тех, которые определяются санитарно-гигиеническими нормами.
1-я группа имеет две модификации:

• Подгруппа 1–1 включает в себя кондиционируемые объекты, полностью исключающие возможность пребывания в них человека, то есть это системы технологического охлаждения, обдува электронных блоков вычислительных машин, шахты обдува волокна прядильных машин и т. п.
• Подгруппа 1–2 включает в себя кондиционируемые объекты: технологические аппараты (машины, камеры, боксы) и помещения с особыми параметрами воздушной среды (калориметрического, экологического и другого назначения), в которых человек отсутствует или находится эпизодически (для снятия показаний приборов, изменения режима работы и т. д.).

Если для группы 1–1 отсутствуют какие-либо ограничения по параметрам и составу воздушной среды, то для объектов подгруппы 1–2 газовый состав воздушной среды должен находиться в пределах, установленных ГОСТ.
2-я группа (символ «машина + человек») определена как технологически комфортные СКВ. СКВ этой группы обслуживают производственные помещения, в которых длительно пребывают люди.
2-я группа имеет три модификации:

• Подгруппа 2–1. Технологически комфортные СКВ обеспечивают условия нормального осуществления технологических процессов как для производств, в которых затруднено или практически невозможно получение продукции без поддержания определенных параметров воздушной среды, так и для производств, в которых колебания параметров воздуха существенно влияют на качество продукции и величину брака.
• Для этих помещений СКВ устраивается в первую (и основную) очередь по требованиям технологии, однако в связи с наличием в этих помещениях людей, параметры КВ устанавливают с учетом требований санитарно-гигиенических норм.
• Подгруппа 2–2. СКВ создаются для исключения дискомфортных условий труда при тяжелых режимах работы людей (кабины крановщиков мостовых кранов металлургических заводов и ТЭЦ, кабины строительно-дорожных машин и т. д.). Производственные или экономические аспекты для этих установок имеют второстепенное значение.
• Подгруппа 2–3. СКВ обеспечивают в производственных помещениях комфортные условия труда, способствующие повышению производительности труда, улучшению проведения основных технологических режимов, снижению заболеваемости, уменьшению эксплуатационных затрат и т. п.

3-я группа (символ «люди») определена как комфортные СКВ, обеспечивающие санитарно-гигиенические условия труда, отдыха или иного пребывания людей в помещениях гражданских зданий, то есть вне промышленного производства.
Эта группа имеет две модификации:

• Подгруппа 3–1. СКВ обслуживают помещения общественных зданий, в которых для одной части людей пребывание в них кратковременно (например, покупатели в универмаге), а для другой – длительно (например, продавцы в этом же универмаге).
• Подгруппа 3–2. СКВ обеспечивают оптимальные условия пребывания людей в жилых помещениях.

В классификацию ВНИИконди-ционера необходимо ввести еще одну группу – медицинские СКВ. Очевидно, что СКВ, обслуживающие операционные, реанимационные или палаты интенсивной терапии, никак нельзя считать комфортными, а чтобы отнести их к технологическим, надо в качестве «машины» рассматривать самого человека, что просто глупо.
Медицинские СКВ должны иметь две подгруппы:

• Подгруппа 4–1. СКВ обслуживают операционные, реанимационные и т. п. помещения.
• Подгруппа 4–2. СКВ обеспечивают требуемые параметры воздуха в палатах, кабинетах врачей, процедурных и т. п.

Для завершения классификации СКВ рассмотрим еще несколько признаков.
По типу системы холодоснабжения различают автономные и неавтономные СКВ. В автономных источник холода встроен в кондиционер, в неавтономных – источником холода является отдельный холодильный центр. Кроме того, в автономных кондиционерах в воздухоохладитель может подаваться кипящий хладон или жидкий промежуточный хладоноситель (холодная вода, растворы). Заметим, что на многих объектах мы использовали схему с подачей хладона в воздухоохладитель центрального кондиционера от расположенной рядом холодильной машины или внешнего блока VRV.
По способу компенсации изменяющихся тепловых и (или) влажностных возмущений в обслуживаемом помещении различают СКВ с постоянным расходом воздуха (CAV) – системы, в которых внутренние параметры поддерживают изменяя температуру и влажность приточного воздуха (качественное регулирование), и системы с переменным расходом воздуха (VAV) – системы с количественным регулированием.
По числу воздуховодов для подачи кондиционированного воздуха в помещенияСКВ делятся на одноканальные и двухканальные, при этом приточный воздух в каждом канале имеет разную температуру и влажность, что позволяет, изменяя соотношение приточного воздуха, подаваемого через каждый канал, поддерживать требуемые параметры в обслуживаемом помещении.
По числу точек стабилизации одноименного параметра (t; φ)в большом помещении или группе небольших помещений различают одно- и многозональные СКВ.
–это СКВ с местными доводчиками. В этих СКВ центральная или местная УКВ подает в помещение санитарную норму наружного воздуха, даже не обязательно обработанного, а местные доводчики обеспечивают поддержание в помещении требуемых параметров воздуха (температуры, относительной влажности и подвижности).
Сегодня в качестве местных доводчиков применяют: внутренние блоки сплит-систем или VRV-систем; фэнкойлы (двух- или четырехтрубные); моноблоки (напольные, потолочные или настенные); эжекционные доводчики; местные увлажнители воздуха; охлаждаемые и нагреваемые потолки; охлаждающие балки (пассивные и активированные).
Все указанные доводчики сами по себе не являются кондиционерами, хотя их и называют так продавцы оборудования.
Известно, что некоторые фирмы работают над созданием, например, фэнкойлов или сплит-систем, подающих в помещение наружный воздух. Но, если это и произойдет в массовом масштабе, то ничего страшного с классификацией не случится, просто это оборудование получит статус местных кондиционеров.
Блок-схема рассмотренной классификации СКВ приведена на рис. 2.
Помимо рассмотренных признаков в схему на рис. 2 включен еще один: наличие утилизаторов теплоты и холода, которые могут быть как в центральных, так и в местных СКВ. Причем необходимо различать системы утилизации типа воздух-воздух, к которым относятся схемы с промежуточным теплоносителем, с пластинчатыми теплообменниками* и с регенеративными вращающимися и переключаемыми теплообменниками, а также системы утилизации теплоты оборотной воды и теплоты обратного теплоносителя систем централизованного теплоснабжения и систем технологического жидкостного охлаждения.

Литература

1. Липа А. И. Кондиционирование воздуха. Основы теории. Совре-менные технологии обработки воздуха. – Одесса: Издательство ВМВ, 2010.
2. СНиП 41–01–2003. Отопление, вентиляция, кондиционирование. М.: Госстрой России. – 2004.
3. Англо-русский терминологический словарь по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха и охлаждению. М.: Изд-во «АВОК-ПРЕСС», 2002.
4. Кокорин О. Я. Энергосберегаю-щие системы кондиционирования воздуха. ООО «ЛЭС». – М., 2007.
5. Кондиционеры. Каталог-спра-воч-ник ЦНИИТЭстроймаш. – М., 1981.
6. Рымкевич А. А. Системный анализ оптимизации общеобменной вентиляции и кондиционирования воздуха. Изд. 1. – М.: Стройиздат, 1990.
7. Баркалов Б. В., Карпис Е. Е. Кондиционирование воздуха в промышленных, общественных и жилых зданиях. Изд. 2. – М.: Стройиздат, 1982.
8. Сотников А. Г. Процессы, аппараты и системы кондиционирования воздуха и вентиляции. Т. 1. ООО «АТ». – С.-Петербург, 2005.
9. Стефанов Е. В. Вентиляция и кондиционирование воздуха. – С.-Петербург: Изд-во «АВОК-Северо-Запад», 2005.

[ http://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=5029]

Тематики

• кондиционирование воздуха в целом
• энергосбережение

EN

• air conditioning system

DE

• Klimaanlage

FR

• système de conditionnement d'air