сидеть рядом — sit* side by side

сидеть рядом с кем-л. — sit* next to smb.

это совсем рядом — it is quite near, it is close by

он живёт рядом — he lives next door, he lives close by

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

система охлаждения ЦОДа
-
[Интент]т

Система охлаждения для небольшого ЦОДа

Александр Барсков

Вы­мыш­лен­ная ком­па­ния (далее За­каз­чик) по­про­си­ла пред­ло­жить си­сте­му охла­жде­ния для стро­я­ще­го­ся ком­мер­че­ско­го ЦОДа. В ос­нов­ном зале пла­ни­ру­ет­ся установить:

• 60 стоек с энер­го­по­треб­ле­ни­ем по 5 кВт (всего 300 кВт) — все эле­мен­ты, необ­хо­ди­мые для обес­пе­че­ния тре­бу­е­мой тем­пе­ра­ту­ры и влаж­но­сти, долж­ны быть уста­нов­ле­ны сразу;
• 16 стоек с энер­го­по­треб­ле­ни­ем по 20 кВт (всего 320 кВт) — это обо­ру­до­ва­ние будет уста­нав­ли­вать­ся по­сте­пен­но (по мере необ­хо­ди­мо­сти), и сред­ства охла­жде­ния пла­ни­ру­ет­ся раз­вер­ты­вать и за­дей­ство­вать по мере под­клю­че­ния и за­груз­ки стоек.

За­каз­чик за­явил, что пред­по­чте­ние будет от­да­но энер­го­эф­фек­тив­ным ре­ше­ни­ям, по­это­му же­ла­тель­но за­дей­ство­вать «зе­ле­ные» тех­но­ло­гии, в первую оче­редь фри­ку­линг (есте­ствен­ное охла­жде­ние на­руж­ным воз­ду­хом — free cooling), и предо­ста­вить рас­чет оку­па­е­мо­сти со­от­вет­ству­ю­щей опции (с уче­том того, что объ­ект на­хо­дит­ся в Мос­ков­ской об­ла­сти). Пла­ни­ру­е­мый уро­вень ре­зер­ви­ро­ва­ния — N+1, но воз­мож­ны и дру­гие ва­ри­ан­ты — при на­ли­чии долж­но­го обос­но­ва­ния. Кроме того, За­каз­чик по­про­сил из­на­чаль­но преду­смот­реть сред­ства мо­ни­то­рин­га энер­го­по­треб­ле­ния с целью оп­ти­ми­за­ции рас­хо­да электроэнергии.

ЧТО ПРО­ГЛЯ­ДЕЛ ЗАКАЗЧИК

В сфор­му­ли­ро­ван­ной в столь общем виде за­да­че не учтен ряд су­ще­ствен­ных де­та­лей, на ко­то­рые не пре­ми­ну­ли ука­зать экс­пер­ты. Так, Дмит­рий Ча­га­ров, ру­ко­во­ди­тель на­прав­ле­ния вен­ти­ля­ции и кон­ди­ци­о­ни­ро­ва­ния ком­па­нии «Ути­лекс», за­ме­тил, что в за­да­нии ни­че­го не ска­за­но о ха­рак­те­ре на­груз­ки. Он, как и осталь­ные про­ек­ти­ров­щи­ки, ис­хо­дил из пред­по­ло­же­ния, что воз­душ­ный поток на­прав­лен с фрон­таль­ной части стоек назад, но, как из­вест­но, неко­то­рые ком­му­та­то­ры спро­ек­ти­ро­ва­ны для охла­жде­ния сбоку — для них при­дет­ся ис­поль­зо­вать спе­ци­аль­ные бо­ко­вые блоки рас­пре­де­ле­ния воз­душ­но­го потока.

В за­да­нии ска­за­но о раз­ме­ще­нии всех стоек (5 и 20 кВт) в ос­нов­ном зале, од­на­ко неко­то­рые экс­пер­ты на­сто­я­тель­но ре­ко­мен­ду­ют вы­де­лить от­дель­ную зону для вы­со­ко­на­гру­жен­ных стоек. По сло­вам Алек­сандра Мар­ты­ню­ка, ге­не­раль­но­го ди­рек­то­ра кон­сал­тин­го­вой ком­па­нии «Ди Си квад­рат», «это будет пра­виль­нее и с точки зре­ния про­ек­ти­ро­ва­ния, и с по­зи­ций удоб­ства экс­плу­а­та­ции». Такое вы­де­ле­ние (изо­ля­ция осу­ществ­ля­ет­ся при по­мо­щи вы­го­ро­док) преду­смот­ре­но, на­при­мер, в про­ек­те ком­па­нии «Ком­плит»: Вла­ди­слав Яко­вен­ко, на­чаль­ник от­де­ла ин­фра­струк­тур­ных про­ек­тов, уве­рен, что по­доб­ное ре­ше­ние, во-пер­вых, об­лег­чит об­слу­жи­ва­ние обо­ру­до­ва­ния, а во-вто­рых, поз­во­лит ис­поль­зо­вать раз­лич­ные тех­но­ло­гии хо­ло­до­снаб­же­ния в раз­ных зонах. Впро­чем, боль­шин­ство про­ек­ти­ров­щи­ков не ис­пы­та­ли осо­бых про­блем при ре­ше­нии за­да­чи по от­во­ду тепла от стоек 5 и 20 кВт, уста­нов­лен­ных в одном помещении.

Один из пер­вых во­про­сов, с ко­то­рым За­каз­чик об­ра­тил­ся к бу­ду­ще­му парт­не­ру, был свя­зан с фаль­шпо­лом: «Необ­хо­дим ли он во­об­ще, и если нужен, то какой вы­со­ты?». Алек­сандр Мар­ты­нюк ука­зал, что гра­мот­ный рас­чет вы­со­ты фаль­шпо­ла воз­мо­жен толь­ко при усло­вии предо­став­ле­ния до­пол­ни­тель­ной ин­фор­ма­ции: о типе стоек (как в них будет ор­га­ни­зо­ва­на по­да­ча охла­жда­ю­ще­го воз­ду­ха?); об ор­га­ни­за­ции ка­бель­ной про­вод­ки (под полом или по­тол­ком? сколь­ко ка­бе­лей? ка­ко­го диа­мет­ра?); об осо­бен­но­стях по­ме­ще­ния (вы­со­та по­тол­ков, со­от­но­ше­ние длин стен, на­ли­чие вы­сту­пов и опор­ных ко­лонн) и т. д. Он со­ве­ту­ет вы­пол­нить тем­пе­ра­тур­но-кли­ма­ти­че­ское мо­де­ли­ро­ва­ние по­ме­ще­ния с уче­том вы­ше­пе­ре­чис­лен­ных па­ра­мет­ров и, если по­тре­бу­ет­ся, уточ­ня­ю­щих дан­ных. В ре­зуль­та­те можно будет под­го­то­вить ре­ко­мен­да­ции в от­но­ше­нии оп­ти­маль­ной вы­со­ты фаль­шпо­ла, а также дать оцен­ку це­ле­со­об­раз­но­сти раз­ме­ще­ния в одном зале стоек с раз­ной энергонагруженностью.

Что ж, мы дей­стви­тель­но не предо­ста­ви­ли всей ин­фор­ма­ции, необ­хо­ди­мой для по­доб­но­го мо­де­ли­ро­ва­ния, и про­ек­ти­ров­щи­кам при­ш­лось до­воль­ство­вать­ся скуд­ны­ми ис­ход­ны­ми дан­ны­ми. И все же, на­де­ем­ся, пред­став­лен­ные ре­ше­ния ока­жут­ся ин­те­рес­ны­ми и по­лез­ны­ми ши­ро­ко­му кругу за­каз­чи­ков. Им оста­нет­ся толь­ко «по­до­гнать» ре­ше­ния «под себя».

«КЛАС­СИ­КА» ОХЛАЖДЕНИЯ

Для сня­тия тепла со стоек при на­груз­ке 5 кВт боль­шин­ство про­ек­ти­ров­щи­ков пред­ло­жи­ли самый рас­про­стра­нен­ный на се­год­ня ва­ри­ант — уста­нов­ку шкаф­ных пре­ци­зи­он­ных кон­ди­ци­о­не­ров, по­да­ю­щих хо­лод­ный воз­дух в про­стран­ство под фаль­шпо­лом. Под­вод воз­ду­ха к обо­ру­до­ва­нию осу­ществ­ля­ет­ся в зоне хо­лод­ных ко­ри­до­ров через пер­фо­ри­ро­ван­ные плиты или воз­ду­хо­рас­пре­де­ли­тель­ные ре­шет­ки фаль­шпо­ла, а отвод воз­ду­ха от кон­ди­ци­о­не­ров — из зоны го­ря­чих ко­ри­до­ров через верх­нюю часть зала или про­стран­ство на­вес­но­го по­тол­ка (см. Рисунок 1). Такая схема может быть ре­а­ли­зо­ва­на толь­ко при на­ли­чии фаль­шпо­ла до­ста­точ­ной высоты

В во­про­се вы­бо­ра места для уста­нов­ки шкаф­ных кон­ди­ци­о­не­ров един­ство мне­ний от­сут­ству­ет, мно­гие ука­за­ли на воз­мож­ность их раз­ме­ще­ния как в сер­вер­ном зале, так и в со­сед­нем по­ме­ще­нии. Алек­сей Кар­пин­ский, ди­рек­тор де­пар­та­мен­та ин­же­нер­ных си­стем ком­па­нии «Асте­рос», уве­рен, что для низ­ко­на­гру­жен­ных стоек луч­шим ре­ше­ни­ем будет вынос «тя­же­лой ин­же­не­рии» за пре­де­лы сер­вер­но­го зала (см. Рисунок 2) — тогда для об­слу­жи­ва­ния кон­ди­ци­о­не­ров внутрь зала вхо­дить не при­дет­ся. «Это по­вы­ша­ет на­деж­ность ра­бо­ты обо­ру­до­ва­ния, ведь, как из­вест­но, наи­бо­лее часто оно вы­хо­дит из строя вслед­ствие че­ло­ве­че­ско­го фак­то­ра, — объ­яс­ня­ет он. — При­чем по­ме­ще­ние с кон­ди­ци­о­не­ра­ми может быть со­вер­шен­но не свя­зан­ным с ма­шин­ным залом и рас­по­ла­гать­ся, на­при­мер, через ко­ри­дор или на дру­гом этаже».

Если стой­ки мощ­но­стью 5 и 20 кВт уста­нав­ли­ва­ют­ся в одном по­ме­ще­нии, Алек­сандр Ласый, за­ме­сти­тель ди­рек­то­ра де­пар­та­мен­та ин­тел­лек­ту­аль­ных зда­ний ком­па­нии «Крок», ре­ко­мен­ду­ет ор­га­ни­зо­вать фи­зи­че­ское раз­де­ле­ние го­ря­чих и хо­лод­ных ко­ри­до­ров. В си­ту­а­ции, когда для вы­со­ко­на­гру­жен­ных стоек вы­де­ля­ет­ся от­дель­ное по­ме­ще­ние, по­доб­но­го раз­де­ле­ния для стоек на 5 кВт не требуется.

ФРЕОН ИЛИ ВОДА

Шкаф­ные кон­ди­ци­о­не­ры на рынке пред­став­ле­ны как во фре­о­но­вом ис­пол­не­нии, так и в ва­ри­ан­тах с во­дя­ным охла­жде­ни­ем. При ис­поль­зо­ва­нии фре­о­но­вых кон­ди­ци­о­не­ров на крыше или при­ле­га­ю­щей тер­ри­то­рии необ­хо­ди­мо преду­смот­реть место для уста­нов­ки кон­ден­са­тор­ных бло­ков, а при во­дя­ном охла­жде­нии по­тре­бу­ет­ся место под на­сос­ную и во­до­охла­жда­ю­щие ма­ши­ны (чиллеры).

Спе­ци­а­ли­сты ком­па­нии «АМД­тех­но­ло­гии» пред­ста­ви­ли За­каз­чи­ку срав­не­ние раз­лич­ных ва­ри­ан­тов фре­о­но­вых и во­дя­ных си­стем кон­ди­ци­о­ни­ро­ва­ния. Наи­бо­лее бюд­жет­ный ва­ри­ант преду­смат­ри­ва­ет уста­нов­ку обыч­ных шкаф­ных фре­о­но­вых кон­ди­ци­о­не­ров HPM M50 UA с по­да­чей хо­лод­но­го воз­ду­ха под фаль­шпол. При­мер­но на чет­верть до­ро­же обой­дут­ся мо­де­ли кон­ди­ци­о­не­ров с циф­ро­вым спи­раль­ным ком­прес­со­ром и элек­трон­ным тер­мо­рас­ши­ри­тель­ным вен­ти­лем (HPM D50 UA, Digital). Мощ­ность кон­ди­ци­о­не­ров ре­гу­ли­ру­ет­ся в за­ви­си­мо­сти от тем­пе­ра­ту­ры в по­ме­ще­нии, это поз­во­ля­ет до­бить­ся 12-про­цент­ной эко­но­мии элек­тро­энер­гии, а также умень­шить ко­ли­че­ство пусков и оста­но­ва ком­прес­со­ра, что по­вы­ша­ет срок служ­бы си­сте­мы. В слу­чае от­сут­ствия на объ­ек­те фаль­шпо­ла (или его недо­ста­точ­ной вы­со­ты) пред­ло­жен более до­ро­гой по на­чаль­ным вло­же­ни­ям, но эко­но­мич­ный в экс­плу­а­та­ции ва­ри­ант с внут­ри­ряд­ны­ми фре­о­но­вы­ми кондиционерами.

Как по­ка­зы­ва­ет пред­став­лен­ный ана­лиз, фре­о­но­вые кон­ди­ци­о­не­ры менее эф­фек­тив­ны по срав­не­нию с си­сте­мой во­дя­но­го охла­жде­ния. При этом, о чем на­по­ми­на­ет Вик­тор Гав­ри­лов, тех­ни­че­ский ди­рек­тор «АМД­тех­но­ло­гий», фре­о­но­вая си­сте­ма имеет огра­ни­че­ние по длине тру­бо­про­во­да и пе­ре­па­ду высот между внут­рен­ни­ми и на­руж­ны­ми бло­ка­ми (эк­ви­ва­лент­ная общая длина трас­сы фре­о­но­про­во­да не долж­на пре­вы­шать 50 м, а ре­ко­мен­ду­е­мый пе­ре­пад по вы­со­те — 30 м); у во­дя­ной си­сте­мы таких огра­ни­че­ний нет, по­это­му ее можно при­спо­со­бить к любым осо­бен­но­стям зда­ния и при­ле­га­ю­щей тер­ри­то­рии. Важно также пом­нить, что при при­ме­не­нии фре­о­но­вой си­сте­мы пер­спек­ти­вы раз­ви­тия (уве­ли­че­ние плот­но­сти энер­го­по­треб­ле­ния) су­ще­ствен­но огра­ни­че­ны, тогда как при за­клад­ке необ­хо­ди­мой ин­фра­струк­ту­ры по­да­чи хо­лод­ной воды к стой­кам (тру­бо­про­во­ды, на­со­сы, ар­ма­ту­ра) на­груз­ку на стой­ку можно впо­след­ствии уве­ли­чи­вать до 30 кВт и выше, не при­бе­гая к ка­пи­таль­ной ре­кон­струк­ции сер­вер­но­го помещения.

К фак­то­рам, ко­то­рые могут опре­де­лить выбор в поль­зу фре­о­но­вых кон­ди­ци­о­не­ров, можно от­не­сти от­сут­ствие места на улице (на­при­мер из-за невоз­мож­но­сти обес­пе­чить по­жар­ный про­езд) или на кров­ле (вслед­ствие осо­бен­но­стей кон­струк­ции или ее недо­ста­точ­ной несу­щей спо­соб­но­сти) для мон­та­жа мо­но­блоч­ных чил­ле­ров на­руж­ной уста­нов­ки. При этом боль­шин­ство экс­пер­тов еди­но­душ­но вы­ска­зы­ва­ют мне­ние, что при ука­зан­ных мощ­но­стях ре­ше­ние на воде эко­но­ми­че­ски це­ле­со­об­раз­нее и проще в ре­а­ли­за­ции. Кроме того, при ис­поль­зо­ва­нии воды и/или эти­лен­гли­ко­ле­вой смеси в ка­че­стве хо­ло­до­но­си­те­ля можно за­дей­ство­вать ти­по­вые функ­ции фри­ку­лин­га в чиллерах.

Впро­чем, функ­ции фри­ку­лин­га воз­мож­но за­дей­ство­вать и во фре­о­но­вых кон­ди­ци­о­не­рах. Такие ва­ри­ан­ты ука­за­ны в пред­ло­же­ни­ях ком­па­ний RC Group и «Ин­же­нер­ное бюро ’’Хос­сер‘‘», где ис­поль­зу­ют­ся фре­о­но­вые кон­ди­ци­о­не­ры со встро­ен­ны­ми кон­ден­са­то­ра­ми во­дя­но­го охла­жде­ния и внеш­ни­ми теп­ло­об­мен­ни­ка­ми с функ­ци­ей фри­ку­лин­га (сухие гра­дир­ни). Спе­ци­а­ли­сты RC Group сразу от­ка­за­лись от ва­ри­ан­та с уста­нов­кой кон­ди­ци­о­не­ров с вы­нос­ны­ми кон­ден­са­то­ра­ми воз­душ­но­го охла­жде­ния, по­сколь­ку он не со­от­вет­ству­ет тре­бо­ва­нию За­каз­чи­ка за­дей­ство­вать режим фри­ку­лин­га. По­ми­мо уже на­зван­но­го они пред­ло­жи­ли ре­ше­ние на ос­но­ве кон­ди­ци­о­не­ров, ра­бо­та­ю­щих на охла­жден­ной воде. Ин­те­рес­но от­ме­тить, что и про­ек­ти­ров­ши­ки «Ин­же­нер­но­го бюро ’’Хос­сер‘‘» раз­ра­бо­та­ли вто­рой ва­ри­ант на воде.

Если ком­па­ния «АМД­тех­но­ло­гии» пред­ло­жи­ла для стоек на 5 кВт ре­ше­ние на базе внут­ри­ряд­ных кон­ди­ци­о­не­ров толь­ко как один из воз­мож­ных ва­ри­ан­тов, то APC by Schneider Electric (см. Ри­су­нок 3), а также один из парт­не­ров этого про­из­во­ди­те­ля, ком­па­ния «Ути­лекс», от­да­ют пред­по­чте­ние кон­ди­ци­о­не­рам, уста­нав­ли­ва­е­мым в ряды стоек. В обоих ре­ше­ни­ях пред­ло­же­но изо­ли­ро­вать го­ря­чий ко­ри­дор с по­мо­щью си­сте­мы HACS (см. Ри­су­нок 4). «Для эф­фек­тив­но­го охла­жде­ния необ­хо­ди­мо сни­зить по­те­ри при транс­пор­ти­ров­ке хо­лод­но­го воз­ду­ха, по­это­му си­сте­мы кон­ди­ци­о­ни­ро­ва­ния лучше уста­но­вить рядом с на­груз­кой. Раз­ме­ще­ние кон­ди­ци­о­не­ров в от­дель­ном по­ме­ще­нии — такая мо­дель при­ме­ня­лась в со­вет­ских вы­чис­ли­тель­ных цен­трах — в дан­ном слу­чае менее эф­фек­тив­но», — счи­та­ет Дмит­рий Ча­га­ров. В слу­чае ис­поль­зо­ва­ния внут­ри­ряд­ных кон­ди­ци­о­не­ров фаль­шпол уже не яв­ля­ет­ся необ­хо­ди­мо­стью, хотя в про­ек­те «Ути­лек­са» он преду­смот­рен — для про­клад­ки трасс хо­ло­до­снаб­же­ния, элек­тро­пи­та­ния и СКС.

Ми­ха­ил Бал­ка­ров, си­стем­ный ин­же­нер ком­па­нии APC by Schneider Electric, от­ме­ча­ет, что при от­сут­ствии фаль­шпо­ла трубы можно про­ло­жить либо в штро­бах, либо свер­ху, преду­смот­рев до­пол­ни­тель­ный уро­вень за­щи­ты в виде лот­ков или ко­ро­бов для кон­тро­ли­ру­е­мо­го слива воз­мож­ных про­те­чек. Если же фаль­шпол преду­смат­ри­ва­ет­ся, то его ре­ко­мен­ду­е­мая вы­со­та со­став­ля­ет не менее 40 см — из со­об­ра­же­ний удоб­ства про­клад­ки труб.

ЧИЛ­ЛЕР И ЕГО «ОБВЯЗКА»

В боль­шин­стве про­ек­тов преду­смат­ри­ва­ет­ся уста­нов­ка внеш­не­го чил­ле­ра и ор­га­ни­за­ция двух­кон­тур­ной си­сте­мы хо­ло­до­снаб­же­ния. Во внеш­нем кон­ту­ре, свя­зы­ва­ю­щем чил­ле­ры и про­ме­жу­точ­ные теп­ло­об­мен­ни­ки, хо­ло­до­но­си­те­лем слу­жит вод­ный рас­твор эти­лен­гли­ко­ля, а во внут­рен­нем — между теп­ло­об­мен­ни­ка­ми и кон­ди­ци­о­не­ра­ми (шкаф­ны­ми и/или внут­ри­ряд­ны­ми) — цир­ку­ли­ру­ет уже чи­стая вода. Необ­хо­ди­мость ис­поль­зо­ва­ния эти­лен­гли­ко­ля во внеш­нем кон­ту­ре легко объ­яс­ни­ма — это ве­ще­ство зимой не за­мер­за­ет. У За­каз­чи­ка воз­ник ре­зон­ный во­прос: зачем нужен вто­рой кон­тур, и по­че­му нель­зя ор­га­ни­зо­вать всего один — ведь в этом слу­чае КПД будет выше?

По сло­вам Вла­ди­сла­ва Яко­вен­ко, двух­кон­тур­ная схема поз­во­ля­ет сни­зить объем до­ро­го­го хо­ло­до­но­си­те­ля (эти­лен­гли­ко­ля) и яв­ля­ет­ся более эко­ло­гич­ной. Эти­лен­гли­коль — ядо­ви­тое, хи­ми­че­ски ак­тив­ное ве­ще­ство, и если про­теч­ка слу­чит­ся внут­ри по­ме­ще­ния ЦОД, лик­ви­да­ция по­след­ствий такой ава­рии ста­нет се­рьез­ной про­бле­мой для служ­бы экс­плу­а­та­ции. Сле­ду­ет также учи­ты­вать, что при со­дер­жа­нии гли­ко­ля в рас­тво­ре хо­ло­до­но­си­те­ля на уровне 40% по­тре­бу­ют­ся более мощ­ные на­со­сы (из-за вы­со­кой вяз­ко­сти рас­тво­ра), по­это­му по­треб­ле­ние энер­гии и, со­от­вет­ствен­но, экс­плу­а­та­ци­он­ные рас­хо­ды уве­ли­чат­ся. На­ко­нец, тре­бо­ва­ние к мон­та­жу си­сте­мы без гли­ко­ля го­раз­до ниже, а экс­плу­а­ти­ро­вать ее проще.

При ис­поль­зо­ва­нии чил­ле­ров функ­цию «бес­пе­ре­бой­но­го охла­жде­ния» ре­а­ли­зо­вать до­воль­но про­сто: при воз­ник­но­ве­нии пе­ре­бо­ев с по­да­чей элек­тро­энер­гии си­сте­ма спо­соб­на обес­пе­чить охла­жде­ние сер­вер­ной до за­пус­ка ди­зе­ля или кор­рект­но­го вы­клю­че­ния сер­ве­ров за счет хо­лод­ной воды, за­па­сен­ной в ба­ках-ак­ку­му­ля­то­рах. Как от­ме­ча­ет Вик­тор Гав­ри­лов, ре­а­ли­за­ция по­доб­ной схемы поз­во­ля­ет удер­жать из­ме­не­ние гра­ди­ен­та тем­пе­ра­ту­ры в до­пу­сти­мых пре­де­лах (ве­ду­щие про­из­во­ди­те­ли сер­ве­ров тре­бу­ют, чтобы ско­рость из­ме­не­ния тем­пе­ра­ту­ры со­став­ля­ла не более 50С/час, а уве­ли­че­ние этой ско­ро­сти может при­ве­сти к по­лом­ке сер­вер­но­го обо­ру­до­ва­ния, что осо­бен­но часто про­ис­хо­дит при воз­об­нов­ле­нии охла­жде­ния в ре­зуль­та­те рез­ко­го сни­же­ния тем­пе­ра­ту­ры). При про­па­да­нии элек­тро­пи­та­ния для под­дер­жа­ния ра­бо­ты чил­лер­ной си­сте­мы кон­ди­ци­о­ни­ро­ва­ния необ­хо­ди­мо толь­ко обес­пе­чить функ­ци­о­ни­ро­ва­ние пе­ре­ка­чи­ва­ю­щих на­со­сов и вен­ти­ля­то­ров кон­ди­ци­о­не­ров — по­треб­ле­ние от ИБП сво­дит­ся к ми­ни­му­му. Для клас­си­че­ских фре­о­но­вых си­стем необ­хо­ди­мо обес­пе­чить пи­та­ни­ем весь ком­плекс це­ли­ком (при этом все ком­прес­со­ры долж­ны быть осна­ще­ны функ­ци­ей «мяг­ко­го за­пус­ка»), по­это­му тре­бу­ют­ся кон­ди­ци­о­не­ры и ИБП более до­ро­гой комплектации.

КОГДА РАС­ТЕТ ПЛОТНОСТЬ

Боль­шин­ство пред­ло­жен­ных За­каз­чи­ку ре­ше­ний для охла­жде­ния вы­со­ко­на­гру­жен­ных стоек (20 кВт) преду­смат­ри­ва­ет ис­поль­зо­ва­ние внут­ри­ряд­ных кон­ди­ци­о­не­ров. Как по­ла­га­ет Алек­сандр Ласый, ос­нов­ная слож­ность при от­во­де от стой­ки 20 кВт тепла с по­мо­щью клас­си­че­ской схемы охла­жде­ния, ба­зи­ру­ю­щей­ся на шкаф­ных кон­ди­ци­о­не­рах, свя­за­на с по­да­чей охла­жден­но­го воз­ду­ха из-под фаль­шполь­но­го про­стран­ства и до­став­кой его до теп­ло­вы­де­ля­ю­ще­го обо­ру­до­ва­ния. «Зна­чи­тель­ные пе­ре­па­ды дав­ле­ния на пер­фо­ри­ро­ван­ных ре­шет­ках фаль­шпо­ла и вы­со­кие ско­ро­сти дви­же­ния воз­ду­ха со­зда­ют нерав­но­мер­ный воз­душ­ный поток в зоне перед стой­ка­ми даже при раз­де­ле­нии го­ря­чих и хо­лод­ных ко­ри­до­ров, — от­ме­ча­ет он. — Это при­во­дит к нерав­но­мер­но­му охла­жде­нию стоек и их пе­ре­гре­ву. В слу­чае пе­ре­мен­ной за­груз­ки стоек воз­ни­ка­ет необ­хо­ди­мость пе­ре­на­стра­и­вать си­сте­му воз­ду­хо­рас­пре­де­ле­ния через фаль­шпол, что до­воль­но затруднительно».

Впро­чем, неко­то­рые ком­па­нии «риск­ну­ли» пред­ло­жить для стоек на 20 кВт си­сте­му, ос­но­ван­ную на тех же прин­ци­пах, что при­ме­ня­ют­ся для стоек на 5кВт, — по­да­чей хо­лод­но­го воз­ду­ха под фаль­шпол. По сло­вам Сер­гея Бон­да­ре­ва, ру­ко­во­ди­те­ля от­де­ла про­даж «Вайсс Кли­ма­тех­ник», его опыт по­ка­зы­ва­ет, что уста­нов­ка до­пол­ни­тель­ных ре­ше­ток во­круг стой­ки для уве­ли­че­ния пло­ща­ди се­че­ния, через ко­то­рое по­сту­па­ет хо­лод­ный воз­дух (а зна­чит и его объ­е­ма), поз­во­ля­ет сни­мать теп­ло­вую на­груз­ку в 20 кВт. Ре­ше­ние этой ком­па­нии от­ли­ча­ет­ся от дру­гих про­ек­тов ре­а­ли­за­ци­ей фри­ку­лин­га: кон­струк­ция кон­ди­ци­о­не­ров Deltaclima FC про­из­вод­ства Weiss Klimatechnik поз­во­ля­ет под­во­дить к ним хо­лод­ный воз­дух прямо с улицы.

Ин­те­рес­ное ре­ше­ние пред­ло­жи­ла ком­па­ния «Юни­Конд», парт­нер ита­льян­ской Uniflair: клас­си­че­ская си­сте­ма охла­жде­ния через фаль­шпол до­пол­ня­ет­ся обо­ру­до­ван­ны­ми вен­ти­ля­то­ра­ми мо­ду­ля­ми «ак­тив­но­го пола», ко­то­рые уста­нав­ли­ва­ют­ся вме­сто обыч­ных пли­ток фаль­шпо­ла. По утвер­жде­нию спе­ци­а­ли­стов «Юни­Конд», такие мо­ду­ли поз­во­ля­ют су­ще­ствен­но уве­ли­чить объ­е­мы ре­гу­ли­ру­е­мых по­то­ков воз­ду­ха: до 4500 м³/час вме­сто 800–1000 м³/час от обыч­ной ре­шет­ки 600х600 мм. Они также от­ме­ча­ют, что про­сто уста­но­вить вен­ти­ля­тор в под­поль­ном про­стран­стве недо­ста­точ­но для обес­пе­че­ния га­ран­ти­ро­ван­но­го охла­жде­ния сер­вер­ных стоек. Важно пра­виль­но ор­га­ни­зо­вать воз­душ­ный поток как по дав­ле­нию, так и по на­прав­ле­нию воз­ду­ха, чтобы обес­пе­чить по­да­чу воз­ду­ха не толь­ко в верх­нюю часть стой­ки, но и, в слу­чае необ­хо­ди­мо­сти, в ее ниж­нюю часть. Для этого па­нель «ак­тив­но­го пола» по­ми­мо вен­ти­ля­то­ра ком­плек­ту­ет­ся про­цес­со­ром, дат­чи­ка­ми тем­пе­ра­ту­ры и по­во­рот­ны­ми ла­ме­ля­ми (см. Ри­су­нок 5). При­ме­не­ние мо­ду­лей «ак­тив­но­го пола» без до­пол­ни­тель­ной изо­ля­ции по­то­ков воз­ду­ха поз­во­ля­ет уве­ли­чить мощ­ность стой­ки до 15 кВт, а при гер­ме­ти­за­ции хо­лод­но­го ко­ри­до­ра (в «Юни­Конд» это ре­ше­ние на­зы­ва­ют «хо­лод­ным бас­сей­ном») — до 25 кВт.

Как уже го­во­ри­лось, боль­шин­ство про­ек­ти­ров­щи­ков ре­ко­мен­до­ва­ли для стоек на 20 кВт си­сте­мы с внут­ри­ряд­ным охла­жде­ни­ем и изо­ля­цию по­то­ков го­ря­че­го и хо­лод­но­го воз­ду­ха. Как от­ме­ча­ет Алек­сандр Ласый, ис­поль­зо­ва­ние вы­со­ко­на­гру­жен­ных стоек в со­че­та­нии с внут­ри­ряд­ны­ми кон­ди­ци­о­не­ра­ми поз­во­ля­ет уве­ли­чить плот­ность раз­ме­ще­ния сер­вер­но­го обо­ру­до­ва­ния и со­кра­тить про­стран­ство (ко­ри­до­ры, про­хо­ды) для его об­слу­жи­ва­ния. Вза­им­ное рас­по­ло­же­ние сер­вер­ных стоек и кон­ди­ци­о­не­ров в этом слу­чае сво­дит к ми­ни­му­му нерав­но­мер­ность рас­пре­де­ле­ния хо­ло­да в ава­рий­ной ситуации.

Выбор раз­лич­ных ва­ри­ан­тов за­кры­той ар­хи­тек­ту­ры цир­ку­ля­ции воз­ду­ха пред­ло­жи­ла ком­па­ния «Асте­рос»: от изо­ля­ции хо­лод­но­го (ре­ше­ние от Knuеrr и Emerson) или го­ря­че­го ко­ри­до­ра (APC) до изо­ля­ции воз­душ­ных по­то­ков на уровне стой­ки (Rittal, APC, Emerson, Knuеrr). При­чем, как от­ме­ча­ет­ся в про­ек­те, 16 вы­со­ко­на­гру­жен­ных стоек можно раз­ме­стить и в от­дель­ном по­ме­ще­нии, и в общем зале. В ка­че­стве ва­ри­ан­тов кон­ди­ци­о­нер­но­го обо­ру­до­ва­ния спе­ци­а­ли­сты «Асте­рос» рас­смот­ре­ли воз­мож­ность уста­нов­ки внут­ри­ряд­ных кон­ди­ци­о­не­ров APC InRowRP/RD (с изо­ля­ци­ей го­ря­че­го ко­ри­до­ра), Emerson CR040RC и за­кры­тых ре­ше­ний на базе обо­ру­до­ва­ния Knuеrr CoolLoop — во всех этих слу­ча­ях обес­пе­чи­ва­ет­ся ре­зер­ви­ро­ва­ние на уровне ряда по схеме N+1. Еще один ва­ри­ант — ряд­ные кон­ди­ци­о­не­ры LCP ком­па­нии Rittal, со­сто­я­щие из трех охла­жда­ю­щих мо­ду­лей, каж­дый из ко­то­рых можно за­ме­нить в «го­ря­чем» ре­жи­ме. В пол­ной мере до­ка­зав свою «вен­до­ро­не­за­ви­си­мость», ин­те­гра­то­ры «Асте­рос» все же от­ме­ти­ли, что при ис­поль­зо­ва­нии мо­но­брен­до­во­го ре­ше­ния, на­при­мер на базе про­дук­тов Emerson, все эле­мен­ты могут быть объ­еди­не­ны в еди­ную ло­каль­ную сеть, что поз­во­лит оп­ти­ми­зи­ро­вать ра­бо­ту си­сте­мы и сни­зить рас­ход энергии.

Как по­ла­га­ют в «Асте­рос», раз­ме­щать тру­бо­про­во­ды в под­по­то­лоч­ной зоне неже­ла­тель­но, по­сколь­ку при на­ли­чии под­вес­но­го по­тол­ка об­на­ру­жить и предот­вра­тить про­теч­ку и об­ра­зо­ва­ние кон­ден­са­та очень слож­но. По­это­му они ре­ко­мен­ду­ют обу­стро­ить фаль­шпол вы­со­той до 300 мм — этого до­ста­точ­но для про­клад­ки ка­бель­ной про­дук­ции и тру­бо­про­во­дов хо­ло­до­снаб­же­ния. Так же как и в ос­нов­ном полу, здесь необ­хо­ди­мо преду­смот­реть сред­ства для сбора жид­ко­сти при воз­ник­но­ве­нии ава­рий­ных си­ту­а­ций (гид­ро­изо­ля­ция, при­ям­ки, разу­к­лон­ка и т. д.).

Как и шкаф­ные кон­ди­ци­о­не­ры, внут­ри­ряд­ные до­вод­чи­ки вы­пус­ка­ют­ся не толь­ко в во­дя­ном, но и во фре­о­но­вом ис­пол­не­нии. На­при­мер, но­вин­ка ком­па­нии RC Group — внут­ри­ряд­ные си­сте­мы охла­жде­ния Coolside — по­став­ля­ет­ся в сле­ду­ю­щих ва­ри­ан­тах: с фре­о­но­вы­ми внут­рен­ни­ми бло­ка­ми, с внут­рен­ни­ми бло­ка­ми на охла­жден­ной воде, с одним на­руж­ным и одним внут­рен­ним фре­о­но­вым бло­ком, а также с одним на­руж­ным и несколь­ки­ми внут­рен­ни­ми фре­о­но­вы­ми бло­ка­ми. Учи­ты­вая по­же­ла­ние За­каз­чи­ка от­но­си­тель­но энер­го­сбе­ре­же­ния, для дан­но­го про­ек­та вы­бра­ны си­сте­мы Coolside, ра­бо­та­ю­щие на охла­жден­ной воде, по­лу­ча­е­мой от чил­ле­ра. Число чил­ле­ров, уста­нов­лен­ных на пер­вом этапе про­ек­та, при­дет­ся вдвое увеличить.

Для вы­со­ко­плот­ных стоек ком­па­ния «АМД­тех­но­ло­гии» раз­ра­бо­та­ла несколь­ко ва­ри­ан­тов ре­ше­ний — в за­ви­си­мо­сти от кон­цеп­ции, при­ня­той для стоек на 5 кВт. Если За­каз­чик вы­бе­рет бюд­жет­ный ва­ри­ант (фре­о­но­вые кон­ди­ци­о­не­ры), то в стой­ках на 20 кВт пред­ла­га­ет­ся уста­но­вить ряд­ные кон­ди­ци­о­не­ры-до­вод­чи­ки XDH, а в ка­че­стве хо­ло­диль­ной ма­ши­ны — чил­лер внут­рен­ней уста­нов­ки с вы­нос­ны­ми кон­ден­са­то­ра­ми XDC, обес­пе­чи­ва­ю­щий цир­ку­ля­цию хо­ло­до­но­си­те­ля для до­вод­чи­ков XDH. Если же За­каз­чик с са­мо­го на­ча­ла ори­ен­ти­ру­ет­ся на чил­ле­ры, то ре­ко­мен­ду­ет­ся до­ба­вить еще один чил­лер SBH 030 и также ис­поль­зо­вать кон­ди­ци­о­не­ры-до­вод­чи­ки XDH. Чтобы «раз­вя­зать» чил­лер­ную воду и фреон 134, ис­поль­зу­е­мый кон­ди­ци­о­не­ра­ми XDH, при­ме­ня­ют­ся спе­ци­аль­ные гид­рав­ли­че­ские мо­ду­ли XDP (см. Рисунок 6).

Спе­ци­а­ли­сты са­мо­го про­из­во­ди­те­ля — ком­па­нии Emerson Network — преду­смот­ре­ли толь­ко один ва­ри­ант, ос­но­ван­ный на раз­ви­тии чил­лер­ной си­сте­мы, пред­ло­жен­ной для стоек на 5 кВт. Они от­ме­ча­ют, что ис­поль­зо­ва­ние в си­сте­ме Liebert XD фрео­на R134 ис­клю­ча­ет ввод воды в по­ме­ще­ние ЦОД. В ос­но­ву ра­бо­ты этой си­сте­мы по­ло­же­но свой­ство жид­ко­стей по­гло­щать тепло при ис­па­ре­нии. Жид­кий хо­ло­до­но­си­тель, на­гне­та­е­мый на­со­сом, ис­па­ря­ет­ся в теп­ло­об­мен­ни­ках бло­ков охла­жде­ния XDH, а затем по­сту­па­ет в мо­дуль XDP, где вновь пре­вра­ща­ет­ся в жид­кость в ре­зуль­та­те про­цес­са кон­ден­са­ции. Таким об­ра­зом, ком­прес­си­он­ный цикл, при­сут­ству­ю­щий в тра­ди­ци­он­ных си­сте­мах, ис­клю­ча­ет­ся. Даже если слу­чит­ся утеч­ка жид­ко­сти, эко­ло­ги­че­ски без­вред­ный хо­ло­до­но­си­тель про­сто ис­па­рит­ся, не при­чи­нив ни­ка­ко­го вреда оборудованию.

Дан­ная схема пред­по­ла­га­ет воз­мож­ность по­этап­но­го ввода обо­ру­до­ва­ния: по мере уве­ли­че­ния мощ­но­сти на­груз­ки уста­нав­ли­ва­ют­ся до­пол­ни­тель­ные до­вод­чи­ки, ко­то­рые под­со­еди­ня­ют­ся к су­ще­ству­ю­щей си­сте­ме тру­бо­про­во­дов при по­мо­щи гиб­ких под­во­док и быст­ро­разъ­ем­ных со­еди­не­ний, что не тре­бу­ет оста­нов­ки си­сте­мы кондиционирования.

СПЕЦ­ШКА­ФЫ

Как счи­та­ет Алек­сандр Ша­пи­ро, на­чаль­ник от­де­ла ин­же­нер­ных си­стем «Кор­по­ра­ции ЮНИ», теп­ло­вы­де­ле­ние 18–20 кВт на шкаф — это при­мер­но та гра­ни­ца, когда тепло можно от­ве­сти за ра­зум­ную цену тра­ди­ци­он­ны­ми ме­то­да­ми (с при­ме­не­ни­ем внут­ри­ряд­ных и/или под­по­то­лоч­ных до­вод­чи­ков, вы­го­ра­жи­ва­ния рядов и т. п.). При более вы­со­кой плот­но­сти энер­го­по­треб­ле­ния вы­год­нее ис­поль­зо­вать за­кры­тые сер­вер­ные шкафы с ло­каль­ны­ми си­сте­ма­ми во­дя­но­го охла­жде­ния. Же­ла­ние при­ме­нить для от­во­да тепла от вто­рой груп­пы шка­фов тра­ди­ци­он­ные ме­то­ды объ­яс­ни­мо, но, как пре­ду­пре­жда­ет спе­ци­а­лист «Кор­по­ра­ции ЮНИ», по­яв­ле­ние в зале новых энер­го­ем­ких шка­фов по­тре­бу­ет мон­та­жа до­пол­ни­тель­ных хо­ло­диль­ных машин, из­ме­не­ния кон­фи­гу­ра­ции вы­го­ро­док, кон­тро­ля за из­ме­нив­шей­ся «теп­ло­вой кар­ти­ной». Про­ве­де­ние таких («гряз­ных») работ в дей­ству­ю­щем ЦОДе не це­ле­со­об­раз­но. По­это­му в ка­че­стве энер­го­ем­ких шка­фов спе­ци­а­ли­сты «Кор­по­ра­ции ЮНИ» пред­ло­жи­ли ис­поль­зо­вать за­кры­тые сер­вер­ные шкафы CoolLoop с от­во­дом тепла водой про­из­вод­ства Knuеrr в ва­ри­ан­те с тремя мо­ду­ля­ми охла­жде­ния (10 кВт каж­дый, N+1). По­доб­ный ва­ри­ант преду­смот­ре­ли и неко­то­рые дру­гие про­ек­ти­ров­щи­ки.

Ми­ну­сы та­ко­го ре­ше­ния свя­за­ны с по­вы­ше­ни­ем сто­и­мо­сти про­ек­та (CAPEX) и необ­хо­ди­мо­стью за­ве­де­ния воды в сер­вер­ный зал. Глав­ный плюс — в от­лич­ной мас­шта­би­ру­е­мо­сти: уста­нов­ка новых шка­фов не до­бав­ля­ет теп­ло­вой на­груз­ки в зале и не при­во­дит к пе­ре­рас­пре­де­ле­нию тепла, а под­клю­че­ние шкафа к си­сте­ме хо­ло­до­снаб­же­ния За­каз­чик может вы­пол­нять сво­и­ми си­ла­ми. Кроме того, он имеет воз­мож­ность путем до­бав­ле­ния вен­ти­ля­ци­он­но­го мо­ду­ля от­ве­сти от шкафа еще 10 кВт тепла (всего 30 кВт при со­хра­не­нии ре­зер­ви­ро­ва­ния N+1) — фак­ти­че­ски это ре­зерв для роста. На­ко­нец, как утвер­жда­ет Алек­сандр Ша­пи­ро, с точки зре­ния энер­го­сбе­ре­же­ния (OPEX) дан­ное ре­ше­ние яв­ля­ет­ся наи­бо­лее эффективным.

В про­ек­те «Кор­по­ра­ции ЮНИ» шкафы CoolLoop пред­по­ла­га­ет­ся уста­но­вить в общем сер­вер­ном зале с уче­том прин­ци­па че­ре­до­ва­ния го­ря­чих и хо­лод­но­го ко­ри­до­ров, чем га­ран­ти­ру­ет­ся ра­бо­то­спо­соб­ность шка­фов при ава­рий­ном или тех­но­ло­ги­че­ском от­кры­ва­нии две­рей. При­чем общее кон­ди­ци­о­ни­ро­ва­ние воз­ду­ха в зоне энер­го­ем­ких шка­фов обес­пе­чи­ва­ет­ся ана­ло­гич­но ос­нов­ной зоне сер­вер­но­го зала за одним ис­клю­че­ни­ем — запас хо­ло­да со­став­ля­ет 20–30 кВт. Кон­ди­ци­о­не­ры ре­ко­мен­до­ва­но уста­но­вить в от­дель­ном по­ме­ще­нии, смеж­ном с сер­вер­ным залом и залом раз­ме­ще­ния ИБП (см. Рисунок 7). Такая ком­по­нов­ка имеет ряд пре­иму­ществ: во-пер­вых, тем самым раз­гра­ни­чи­ва­ют­ся зоны от­вет­ствен­но­сти служ­бы кон­ди­ци­о­ни­ро­ва­ния и ИТ-служб (со­труд­ни­кам служ­бы кон­ди­ци­о­ни­ро­ва­ния нет необ­хо­ди­мо­сти за­хо­дить в сер­вер­ный зал); во-вто­рых, из зоны раз­ме­ще­ния кон­ди­ци­о­не­ров обес­пе­чи­ва­ет­ся по­да­ча/забор воз­ду­ха как в сер­вер­ный зал, так и в зал ИБП; в-тре­тьих, со­кра­ща­ет­ся число ре­зерв­ных кон­ди­ци­о­не­ров (ре­зерв общий).

ФРИ­КУ­ЛИНГ И ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ

Как и про­сил За­каз­чик, все про­ек­ти­ров­щи­ки вклю­чи­ли функ­цию фри­ку­лин­га в свои ре­ше­ния, но мало кто рас­счи­тал энер­ге­ти­че­скую эф­фек­тив­ность ее ис­поль­зо­ва­ния. Такой рас­чет про­вел Ми­ха­ил Бал­ка­ров из APC by Schneider Electric. Вы­де­лив три ре­жи­ма ра­бо­ты си­сте­мы охла­жде­ния — с тем­пе­ра­ту­рой гли­ко­ле­во­го кон­ту­ра 22, 20 и 7°С (режим фри­ку­лин­га), — для каж­до­го он ука­зал ее по­треб­ле­ние (в про­цен­тах от по­лез­ной на­груз­ки) и ко­эф­фи­ци­ент энер­ге­ти­че­ской эф­фек­тив­но­сти (Energy Efficiency Ratio, EER), ко­то­рый опре­де­ля­ет­ся как от­но­ше­ние хо­ло­до­про­из­во­ди­тель­но­сти кон­ди­ци­о­не­ра к по­треб­ля­е­мой им мощ­но­сти. Для на­груз­ки в 600 кВт сред­не­го­до­вое по­треб­ле­ние пред­ло­жен­ной АРС си­сте­мы охла­жде­ния ока­за­лось рав­ным 66 кВт с функ­ци­ей фри­ку­лин­га и 116 кВт без та­ко­вой. Раз­ни­ца 50 кВт в год дает эко­но­мию 438 тыс. кВт*ч.

Объ­яс­няя вы­со­кую энер­го­эф­фек­тив­ность пред­ло­жен­но­го ре­ше­ния, Ми­ха­ил Бал­ка­ров от­ме­ча­ет, что в первую оче­редь эти по­ка­за­те­ли обу­слов­ле­ны вы­бо­ром чил­ле­ров с вы­со­ким EER и при­ме­не­ни­ем эф­фек­тив­ных внут­рен­них бло­ков — по его дан­ным, внут­ри­ряд­ные мо­де­ли кон­ди­ци­о­не­ров в со­че­та­нии с изо­ля­ци­ей го­ря­че­го ко­ри­до­ра обес­пе­чи­ва­ют при­мер­но дву­крат­ную эко­но­мию по срав­не­нию с наи­луч­ши­ми фаль­шполь­ны­ми ва­ри­ан­та­ми и по­лу­то­ра­крат­ную эко­но­мию по срав­не­нию с ре­ше­ни­я­ми, где ис­поль­зу­ет­ся кон­тей­не­ри­за­ция хо­лод­но­го ко­ри­до­ра. Вклад же соб­ствен­но фри­ку­лин­га вто­ри­чен — имен­но по­это­му ра­бо­чая тем­пе­ра­ту­ра воды вы­бра­на не самой вы­со­кой (всего 12°С).

По рас­че­там спе­ци­а­ли­стов «Ком­плит», в усло­ви­ях Мос­ков­ской об­ла­сти пред­ло­жен­ное ими ре­ше­ние с функ­ци­ей фри­ку­лин­га за год поз­во­ля­ет сни­зить рас­ход элек­тро­энер­гии при­мер­но на 50%. Дан­ная функ­ция (в про­ек­те «Ком­плит») ак­ти­ви­зи­ру­ет­ся при тем­пе­ра­ту­ре около +7°С, при по­ни­же­нии тем­пе­ра­ту­ры на­руж­но­го воз­ду­ха вклад фри­ку­лин­га в хо­ло­до­про­из­во­ди­тель­ность будет воз­рас­тать. Пол­но­стью си­сте­ма вы­хо­дит на режим эко­но­мии при тем­пе­ра­ту­ре ниже -5°С.

Спе­ци­а­ли­сты «Ин­же­нер­но­го бюро ’’Хос­сер‘‘» пред­ло­жи­ли рас­чет эко­но­мии, ко­то­рую дает при­ме­не­ние кон­ди­ци­о­не­ров с функ­ци­ей фри­ку­лин­га (мо­дель ALD-702-GE) по срав­не­нию с ис­поль­зо­ва­ни­ем устройств, не осна­щен­ных такой функ­ци­ей (мо­дель ASD-802-A). Как и про­сил За­каз­чик, рас­чет при­вя­зан к Мос­ков­ско­му ре­ги­о­ну (см. Рисунок 8).

Как от­ме­ча­ет Вик­тор Гав­ри­лов, энер­го­по­треб­ле­ние в лет­ний пе­ри­од (при мак­си­маль­ной за­груз­ке) у фре­о­но­вой си­сте­мы ниже, чем у чил­лер­ной, но при тем­пе­ра­ту­ре менее 14°С, энер­го­по­треб­ле­ние по­след­ней сни­жа­ет­ся, что обу­слов­ле­но ра­бо­той фри­ку­лин­га. Эта функ­ция поз­во­ля­ет су­ще­ствен­но по­вы­сить срок экс­плу­а­та­ции и на­деж­ность си­сте­мы, так как в зим­ний пе­ри­од ком­прес­со­ры прак­ти­че­ски не ра­бо­та­ют — в связи с этим ре­сурс ра­бо­ты чил­лер­ных си­стем, как ми­ни­мум, в пол­то­ра раза боль­ше чем у фреоновых.

К пре­иму­ще­ствам пред­ло­жен­ных За­каз­чи­ку чил­ле­ров Emerson Вик­тор Гав­ри­лов от­но­сит воз­мож­ность их объ­еди­не­ния в еди­ную сеть управ­ле­ния и ис­поль­зо­ва­ния функ­ции кас­кад­ной ра­бо­ты хо­ло­диль­ных машин в ре­жи­ме фри­ку­лин­га. Более того, раз­ра­бо­тан­ная ком­па­ни­ей Emerson си­сте­ма Supersaver поз­во­ля­ет управ­лять тем­пе­ра­ту­рой хо­ло­до­но­си­те­ля в со­от­вет­ствии с из­ме­не­ни­я­ми теп­ло­вой на­груз­ки, что уве­ли­чи­ва­ет пе­ри­од вре­ме­ни, в те­че­ние ко­то­ро­го воз­мож­но функ­ци­о­ни­ро­ва­ние си­сте­мы в этом ре­жи­ме. По дан­ным Emerson, при уста­нов­ке чил­ле­ров на 330 кВт режим фри­ку­лин­га поз­во­ля­ет сэко­но­мить 45% элек­тро­энер­гии, кас­кад­ное вклю­че­ние — 5%, тех­но­ло­гия Supersaver — еще 16%, итого — 66%.

Но не все столь оп­ти­ми­стич­ны в от­но­ше­нии фри­ку­лин­га. Алек­сандр Ша­пи­ро на­по­ми­на­ет, что в нашу стра­ну куль­ту­ра ис­поль­зо­ва­ния фри­ку­лин­га в зна­чи­тель­ной мере при­не­се­на с За­па­да, между тем как по­тре­би­тель­ская сто­и­мость этой опции во мно­гом за­ви­сит от сто­и­мо­сти элек­тро­энер­гии, а на се­го­дняш­ний день в Рос­сии и За­пад­ной Ев­ро­пе цены се­рьез­но раз­ли­ча­ют­ся. «Опция фри­ку­лин­га ощу­ти­мо до­ро­га, в Рос­сии же до­ста­точ­но часто ИТ-про­ек­ты пла­ни­ру­ют­ся с де­фи­ци­том бюд­же­та. По­это­му За­каз­чик вы­нуж­ден вы­би­рать: либо обес­пе­чить пла­ни­ру­е­мые тех­ни­че­ские по­ка­за­те­ли ЦОД путем про­сто­го ре­ше­ния (не думая о про­бле­ме уве­ли­че­ния OPEX), либо «ло­мать копья» в по­пыт­ке до­ка­зать це­ле­со­об­раз­ность фри­ку­лин­га, со­гла­ша­ясь на сни­же­ние па­ра­мет­ров ЦОД. В боль­шин­стве слу­ча­ев выбор де­ла­ет­ся в поль­зу пер­во­го ва­ри­ан­та», — за­клю­ча­ет он.

Среди пред­ло­жен­ных За­каз­чи­ку более по­лу­то­ра де­сят­ков ре­ше­ний оди­на­ко­вых нет — даже те, что по­стро­е­ны на ана­ло­гич­ных ком­по­нен­тах од­но­го про­из­во­ди­те­ля, имеют свои осо­бен­но­сти. Это го­во­рит о том, что за­да­чи, свя­зан­ные с охла­жде­ни­ем, от­но­сят­ся к числу наи­бо­лее слож­ных, и ти­по­вые от­ра­бо­тан­ные ре­ше­ния по сути от­сут­ству­ют. Тем не менее, среди пред­став­лен­ных ва­ри­ан­тов За­каз­чик на­вер­ня­ка смо­жет вы­брать наи­бо­лее под­хо­дя­щий с уче­том пред­по­чте­ний в части CAPEX/OPEX и пла­нов по даль­ней­ше­му раз­ви­тию ЦОД.

Алек­сандр Бар­сков — ве­ду­щий ре­дак­тор «Жур­на­ла се­те­вых ре­ше­ний/LAN»

[ http://www.osp.ru/lan/2010/05/13002554/]

Тематики

• ЦОДы (центры обработки данных)

EN

• data center cooling system

свинцово-кислотная аккумуляторная батарея
Аккумуляторная батарея, в которой электроды изготовлены главным образом из свинца, а электролит представляет собой раствор серной кислоты.
[Инструкция по эксплуатации стационарных свинцово-кислотных аккумуляторных батарей в составе ЭПУ на объектах ВСС России. Москва 1998 г.]

Свинцово-кислотные аккумуляторы для стационарного оборудования связи

О. Чекстер, И. Джосан

Источник: http://www.solarhome.ru/biblio/accu/chekster.htm

При организации электропитания аппаратуры связи широкое применение находят аккумуляторные установки: их применяют для обеспечения бесперебойности и надлежащего качества электропитания оборудования связи, в том числе при перерывах внешнего электроснабжения, а также для обеспечения запуска и работы автоматики собственных электростанций и электроагрегатов. В подавляющем большинстве аккумуляторных установок используются стационарные свинцово-кислотные элементы и моноблоки.

Свинцово-кислотные аккумуляторы: за и против

Преимущественное применение свинцово-кислотных аккумуляторов объясняется целым рядом их достоинств.

1. Во-первых, диапазон емкостей аккумуляторов находится в пределах от единиц ампер-часов до десятков килоампер-часов, что позволяет обеспечивать комплектацию батарей любого необходимого резерва.
2. Во-вторых, соотношение между конечными зарядным и разрядным напряжениями при зарядах и разрядах свинцово-кислотных аккумуляторов имеет наименьшее значение из всех электрохимических систем источников тока, что позволяет обеспечивать низкий перепад напряжения на нагрузке во всех режимах работы электропитающей установки.
3. В-третьих, свинцово-кислотные аккумуляторы отличаются низкой величиной саморазряда и возможностью сохранения заряда (емкости) при длительном подзаряде.
4. В-четвертых, свинцово-кислотные аккумуляторы обладают сравнительно низким внутренним сопротивлением, что обуславливает достаточную стабильность напряжения питания при динамических изменениях сопротивления нагрузки.

Вместе с тем свинцово-кислотным аккумуляторам присущи недостатки, ограничивающие сферу их применения и усложняющие организацию их эксплуатации.

Из-за низкой удельной плотности запасаемой энергии свинцово-кислотные аккумуляторы имеют достаточно большие массогабаритные параметры. Однако для стационарного применения этот показатель не имеет главенствующего значения в отличие от применения аккумуляторов для питания мобильных устройств.

Поскольку в установках свинцово-кислотных аккумуляторов происходит газообразование, для обеспечения взрывобезопасности должна быть налажена естественная или принудительная вентиляция - в зависимости от условий применения и типа аккумуляторов. По этой же причине аккумуляторные установки нельзя размещать в герметичных шкафах, отсеках и т.д.

Разряженные свинцово-кислотные аккумуляторы требуют немедленного заряда. В противном случае переход мелкокристаллического сульфата свинца на поверхности электродов в крупнокристаллическую фазу может привести к безвозвратной потере емкости аккумуляторов. В связи с этим при длительном хранении такие аккумуляторы (кроме сухозаряженных) необходимо периодически дозаряжать.

Типы аккумуляторов

По исполнению

Согласно классификации МЭК (стандарт МЭК 50 (486)-1991) свинцово-кислотные аккумуляторы выпускаются в открытом и закрытом исполнении.

Открытые аккумуляторы - это аккумуляторы, имеющие крышку с отверстием, через которое могут удаляться газообразные продукты, заливаться электролит, производиться замер плотности электролита. Отверстия могут быть снабжены системой вентиляции.

Закрытые аккумуляторы - это аккумуляторы, закрытые в обычных условиях работы, но снабженные устройствами, позволяющими выделяться газу, когда внутреннее давление превышает установленное значение. Дополнительная доливка воды в такие аккумуляторы невозможна. Эти аккумуляторы остаются закрытыми, имеют низкое газообразование при соблюдении условий эксплуатации, указанных изготовителем, и предназначены для работы в исходном герметизированном состоянии на протяжении всего срока службы. Их еще называют аккумуляторами с регулируемым клапаном, герметизированными или безуходными.

В свинцово-кислотных аккумуляторах во всех режимах их работы, в том числе и при разомкнутой цепи нагрузки (холостой ход), происходит сульфатация поверхности электродов и газообразование с расходом на эти реакции воды, входящей в состав электролита. Это вынуждает при эксплуатации обычных открытых аккумуляторов производить периодический контроль уровня и плотности электролита, доливку дистиллированной воды с проведением уравнительных зарядов, что является довольно трудоемким процессом.

В герметизированных аккумуляторах за счет применения материалов с пониженным содержанием примесей, иммобилизации электролита и других конструктивных особенностей интенсивность сульфатации и газообразования существенно снижена, что позволяет размещать такие аккумуляторы вместе с питаемым оборудованием.

По конструкции электродов

Область применения и особенности эксплуатации свинцово-кислотных аккумуляторов определяются их конструкцией. По типу конструкции положительных электродов (пластин) различают следующие типы аккумуляторов:

• с электродами большой поверхности (по классификации немецкого стандарта DIN VDE 510 - GroE);
• с панцирными (трубчатыми) положительными электродами (по классификации DIN - OPzS и OPzV);
• с намазными и стержневыми положительными электродами (по классификации DIN - Ogi).

Герметизированные аккумуляторы, как правило, имеют намазные положительные и отрицательные электроды (за исключением аккумуляторов OPzV).

Критерии выбора

При выборе типа стационарного свинцово-кислотного аккумулятора, наиболее пригодного для конкретной области применения, необходимо руководствоваться следующими критериями:

• режим разряда и отдаваемая при этом емкость;
• особенности размещения;
• особенности эксплуатации;
• срок службы;
• стоимость.

Режим разряда

При выборе аккумуляторов для определенного режима разряда следует учитывать, что при коротких режимах разряда коэффициент отдачи аккумуляторов по емкости меньше единицы. При одинаковой емкости отдача элементов с электродами большой поверхности выше в два раза, чем для элементов с панцирными электродами, и в полтора раза - чем для элементов с намазными электродами.

Стоимость

Стоимость аккумулятора зависит от его типа: как правило, аккумуляторы с электродами большой поверхности дороже панцирных, а намазные - дешевле и тех и других. Герметизированные аккумуляторы стоят больше, чем открытые.

Срок службы

Самыми долговечными при соблюдении правил эксплуатации являются аккумуляторы с электродами большой поверхности, для которых срок службы составляет 20 и более лет. Второе место по сроку службы занимают аккумуляторы с панцирными электродами - примерно 16-18 лет. Срок службы аккумуляторов с намазными электродами достигает 10-12 лет. Примерно такие же сроки эксплуатации имеют герметизированные аккумуляторы.

Однако ряд производителей выпускает герметизированные аккумуляторы и с меньшим сроком службы, но более дешевые. По классификации европейского объединения производителей аккумуляторов EUROBAT эти герметизированные аккумуляторы подразделяются на 4 класса по характеристикам и сроку службы:

• более 12 лет;
• 10-12 лет;
• 6-9 лет;
• 3-5 лет.

Аккумуляторы с короткими сроками службы, как правило, дешевле остальных и предназначены в основном для использования в качестве резервных источников тока в установках бесперебойного питания переменным током (UPS) и на временных объектах связи.

Следует учитывать, что указанные выше значения срока службы соответствуют средней температуре эксплуатации 20 °С. При увеличении температуры эксплуатации на каждые 10 °С за счет увеличения скорости электрохимических процессов в аккумуляторах их срок службы будет сокращаться в 2 раза.

Размещение

По величине занимаемой площади при эксплуатации преимущество имеют герметизированные аккумуляторы. За ними в порядке возрастания занимаемой площади следуют аккумуляторы открытых типов с намазными электродами, панцирными электродами и с электродами большой поверхности.

Размещать герметизированные аккумуляторы при эксплуатации, как правило, допускается и в вертикальном, и в горизонтальном положении - это позволяет более экономно использовать площадь под размещение электрооборудования. При горизонтальном размещении герметизированных аккумуляторов, если нет других предписаний производителя, аккумуляторы устанавливаются таким образом, чтобы пакеты электродных пластин занимали вертикальное положение.

Эксплуатация

Минимальных трудовых затрат при эксплуатации требуют герметизированные аккумуляторы. Остальные типы аккумуляторов требуют больших трудозатрат обслуживающего персонала, особенно те устройства, у которых величина примеси сурьмы в положительных решетках превышает 3%.

Качество сборки, а также укупорка соединения крышки с транспортировочной пробкой (для аккумуляторов открытых типов) или предохранительным клапаном (для герметизированных аккумуляторов) должны обеспечивать герметизацию аккумуляторов при избыточном или пониженном на 20 кПа (150 мм рт. ст.) атмосферном давлении и исключать попадание внутрь атмосферного кислорода и влаги, способных ускорять сульфатацию электродов и коррозию токосборов и борнов у сухозаряженных аккумуляторов при хранении, а также исключать выход изнутри кислоты и аэрозолей при их эксплуатации. Для герметизированных аккумуляторов, кроме того, качество укупорки должно обеспечивать нормальные условия рекомбинации кислорода и ограничивать выход газа при заданных изготовителем эксплуатационных режимах работы.

Электрические характеристики

Емкость

Основным параметром, характеризующим качество аккумулятора при заданных массогабаритных показателях, является его электрическая емкость, определяемая по числу ампер-часов электричества, получаемого при разряде аккумулятора определенным током до заданного конечного напряжения.

По классификации ГОСТ Р МЭК 896-1-95, номинальная емкость стационарного аккумулятора (С₁₀) определяется по времени его разряда током десятичасового режима разряда до конечного напряжения 1,8 В/эл. при средней температуре электролита при разряде 20 °С. Если средняя температура электролита при разряде отличается от 20 °С, полученное значение фактической емкости (С_ф) приводят к температуре 20 °С, используя формулу:

С = С_ф / [1 + z(t - 20)]

где z - температурный коэффициент емкости, равный 0,006 °С^-1 (для режимов разряда более часа) и 0,01 °С^-1 (для режимов разряда, равных одному часу и менее); t - фактическое значение средней температуры электролита при разряде, °С.

Емкость аккумуляторов при более коротких режимах разряда меньше номинальной и при температуре электролита (20 ± 5) °С для аккумуляторов с разными типами электродов должна быть не менее указанных в таблице значений (с учетом обеспечения приемлемых пределов изменения напряжения на аппаратуре связи).

Как правило, при вводе в эксплуатацию аккумуляторов с малым сроком хранения на первом цикле разряда батарея должна отдавать не менее 95% емкости, указанной в таблице для 10-, 5-, 3- и 1-часового режимов разряда, а на 5-10-м цикле разряда (в зависимости от предписания изготовителя) -не менее 100% емкости, указанной в таблице для 10-, 5-, 3-, 1- и 0,5-часового режимов разряда.

При выборе аккумуляторов следует обращать внимание на то, при каких условиях задается изготовителем значение номинальной емкости. Если значение емкости задается при более высокой температуре, то для сравнения данного типа аккумулятора с другими необходимо предварительно пересчитать емкость на температуру 20 °С. Если значение емкости задается при более низком конечном напряжении разряда, необходимо пересчитать емкость по данным разряда аккумуляторов постоянным током, приводимую в эксплуатационной документации или рекламных данных производителя для данного режима разряда, до конечного напряжения, указанного в таблице.

Кроме того, при оценке аккумулятора следует учитывать исходное значение плотности электролита, при которой задается емкость: если исходная плотность повышена, то весьма вероятно, что срок службы аккумулятора сократится.

Пригодность к буферной работе

Другим параметром, характеризующим стационарные свинцово-кислотные аккумуляторы, является их пригодность к буферной работе. Это означает, что предварительно заряженная батарея, подключенная параллельно с нагрузкой к выпрямительным устройствам, должна сохранять свою емкость при указанном изготовителем напряжении подзаряда и заданной его нестабильности. Обычно напряжение подзаряда U_пз указывается для каждого типа аккумулятора и находится в пределах 2,18-2,27 В/эл. (при 20 °С). При эксплуатации с другими климатическими условиями следует учитывать температурный коэффициент изменения напряжения подзаряда.

Нестабильность подзарядного напряжения для основных типов аккумуляторов не должна превышать 1%, что накладывает определенные требования на выбор выпрямительных устройств при проектировании электропитающих установок связи.

При буферной работе для достижения приемлемого срока службы свинцово-кислотных аккумуляторов необходимо не превышать допустимый ток их заряда, который задается различными производителями в пределах 0,1-0,3 С₁₀. При этом следует помнить, что ток заряда аккумуляторов с напряжением, превосходящим 2,4 В/эл., не должен превышать величину 0,05 С₁₀.

Разброс напряжения элементов

Важным параметром, определяемым технологией изготовления аккумуляторов, является разброс напряжения отдельных элементов в составе батареи при заряде, подзаряде и разряде. Для открытых типов аккумуляторов этот параметр задается изготовителем, как правило, в пределах ± 2% от среднего значения. При коротких режимах разряда (1-часовом и менее) разброс напряжений не должен превышать +5%. Обычно для аккумуляторов с содержанием более 2% сурьмы в основе положительных электродов разброс напряжений отдельных элементов в батарее значительно ниже вышеуказанного и не приводит к осложнениям в процессе эксплуатации аккумуляторных установок.

Для аккумуляторов с меньшим содержанием сурьмы в основе положительных электродов или с безсурьмянистыми сплавами указанный разброс напряжения элементов значительно больше и в первый год после ввода в действие может составлять +10% от среднего значения с последующим снижением в процессе эксплуатации.

Отсутствие тенденции к снижению величины разброса напряжения в течение первого года после ввода в действие или увеличение разброса напряжения при последующей эксплуатации свидетельствует о дефектах устройства или о нарушении условий эксплуатации.

Особенно опасно длительное превышение напряжения на отдельных элементах в составе батареи, превышающее 2,4 В/эл., поскольку это может привести к повышенному расходу воды в отдельных элементах при заряде или подзаряде батареи и к сокращению срока ее службы или повышению трудоемкости обслуживания (для аккумуляторов открытых типов это означает более частые доливки воды). Кроме того, значительный разброс напряжения элементов в батарее может привести к потере ее емкости вследствие чрезмерно глубокого разряда отдельных элементов при разряде батареи.

Саморазряд

Качество технологии изготовления аккумуляторов оценивается также и по такой характеристике, как саморазряд.

Саморазряд (по определению ГОСТ Р МЭК 896-1-95 - сохранность заряда) определяется как процентная доля потери емкости бездействующим аккумулятором (при разомкнутой внешней цепи) при хранении в течение заданного промежутка времени при температуре 20 °С. Этот параметр определяет продолжительность хранения батареи в промежутках между очередными зарядами, а также величину подзарядного тока заряженной батареи.

Величина саморазряда в значительной степени зависит от температуры электролита, поэтому для уменьшения подзарядного тока батареи в буферном режиме ее работы или для увеличения времени хранения батареи в бездействии целесообразно выбирать помещения с пониженной средней температурой.

Обычно среднесуточный саморазряд открытых типов аккумуляторов при 90-суточном хранении при температуре 20 ° С не должен превышать 1% номинальной емкости, с ростом температуры на 10 °С это значение удваивается. Среднесуточный саморазряд герметизированных аккумуляторов при тех же условиях хранения, как правило, не должен превышать 0,1% номинальной емкости.

Внутреннее сопротивление и ток короткого замыкания

Для расчета цепей автоматики и защиты аккумуляторных батарей ГОСТ Р МЭК 896-1-95 регламентирует такие характеристики аккумуляторов как их внутреннее сопротивление и ток короткого замыкания. Эти параметры определяются расчетным путем по установившимся значениям напряжения при разряде батарей токами достаточно большой величины (обычно равными 4 С₁₀ и 20 С₁₀) и должны приводиться в технической документации производителя. По этим данным может быть рассчитан такой выходной динамический параметр электропитающей установки (ЭПУ), как нестабильность ее выходного напряжения при скачкообразных изменениях тока нагрузки, поскольку в буферных ЭПУ выходное сопротивление установки в основном определяется внутренним сопротивлением батареи.

Примечание:

"Бумажная" версия статьи содержит сводную таблицу характеристик аккумуляторов (стр. 126-128). Так как формат таблицы очень неудобен для размещения на сайте, здесь эта таблица не приводится.

Об авторах: О.П. Чекстер, начальник лаборатории ФГУП ЛОНИИС; И.М. Джосан, ведущий инженер ФГУП ЛОНИИС

Тематики

• источники тока химические

EN

• lead acid battery

синхронизация времени
-
[ ГОСТ Р МЭК 60870-5-103-2005]

Также нормированы допустимые временные задержки для различных видов сигналов, включая дискретные сигналы, оцифрованные мгновенные значения токов и напряжений, сигналы синхронизации времени и т.п.
[Новости Электротехники №4(76) | СТАНДАРТ МЭК 61850]

Широковещательное сообщение, как правило, содержит адрес отправителя и глобальный адрес получателя. Примером широковещательного сообщения служит синхронизация времени.
[ ГОСТ Р 54325-2011 (IEC/TS 61850-2:2003)]

Устройства последних поколений дают возможность синхронизации времени с точностью до микросекунд с помощью GPS.

С помощью этого интерфейса сигнал синхронизации времени (от радиоприемника DCF77 сигнал точного времени из Braunschweig, либо от радиоприемника iRiG-B сигнал точного времени  глобальной спутниковой системы GPS) может быть передан в терминал для точной синхронизации времени.
[Герхард Циглер. ЦИФРОВАЯ ДИСТАНЦИОННАЯ ЗАЩИТА. ПРИНЦИПЫ И ПРИМЕНЕНИЕ
Перевод с английского ]

В  том  случае  если  принятое  сообщение  искажено ( повреждено)  в  результате неисправности  канала  связи  или  в  результате  потери  синхронизации  времени, пользователь имеет возможность...

2.13 Синхронизация часов реального времени сигналом по оптовходу 
В современных системах релейной защиты зачастую требуется синхронизированная работа часов всех реле в системе для восстановления хронологии работы разных реле.
Это может быть выполнено с использованием сигналов синхронизации времени   по интерфейсу IRIG-B, если  реле  оснащено  таким  входом  или  сигналом  от  системы OP
[Дистанционная защита линии MiCOM P443/ ПРИНЦИП  РАБОТЫ]

СИНХРОНИЗАЦИЯ ВРЕМЕНИ СОГЛАСНО СТАНДАРТУ IEEE 1588

Автор: Андреас Дреер (Hirschmann Automation and Control)

Вопрос синхронизации устройств по времени важен для многих распределенных систем промышленной автоматизации. При использовании протокола Precision Time Protocol (PTP), описанного стандартом IEEE 1588, становится возможным выполнение синхронизации внутренних часов устройств, объединенных по сети Ethernet, с погрешностями, не превышающими 1 микросекунду. При этом к вычислительной способности устройств и пропускной способности сети предъявляются относительно низкие требования. В 2008 году была утверждена вторая редакция стандарта (IEEE 1588-2008 – PTP версия 2) с рядом внесенных усовершенствований по сравнению с первой его редакцией.

ЗАЧЕМ НЕОБХОДИМА СИНХРОНИЗАЦИЯ УСТРОЙСТВ ПО ВРЕМЕНИ?

Во многих системах должен производиться отсчет времени. О неявной системе отсчета времени можно говорить тогда, когда в системе отсутствуют часы и ход времени определяется процессами, протекающими в аппаратном и программном обеспечении. Этого оказывается достаточно во многих случаях. Неявная система отсчета времени реализуется, к примеру, передачей сигналов, инициирующих начало отсчета времени и затем выполнение определенных действий, от одних устройств другим.

Система отсчета времени считается явной, если показания времени в ней определяются часами. Указанное необходимо для сложных систем. Таким образом, осуществляется разделение процедур передачи данных о времени и данных о процессе.

Два эффекта должны быть учтены при настройке или синхронизации часов в отдельных устройствах. Первое – показания часов в отдельных устройствах изначально отличаются друг от друга (смещение показаний времени друг относительно друга). Второе – реальные часы не производят отсчет времени с одинаковой скоростью. Таким образом, требуется проводить постоянную корректировку хода самых неточных часов.

ПРЕДЫДУЩИЕ РЕШЕНИЯ

Существуют различные способы синхронизации часов в составе отдельных устройств, объединенных в одну информационную сеть. Наиболее известные способы – это использование протокола NTP (Network Time Protocol), а также более простого протокола, который образован от него – протокола SNTP (Simple Network Time Protocol). Данные методы широко распространены для использования в локальных сетях и сети Интернет и позволяют обеспечивать синхронизацию времени с погрешностями в диапазоне миллисекунд. Другой вариант – использование радиосигналов с GPS спутников. Однако при использовании данного способа требуется наличие достаточно дорогих GPS-приемников для каждого из устройств, а также GPS-антенн. Данный способ теоретически может обеспечить высокую точность синхронизации времени, однако материальные затраты и трудозатраты обычно препятствуют реализации такого метода синхронизации.

Другим решением является передача высокоточного временного импульса (например, одного импульса в секунду) каждому отдельному устройству по выделенной линии. Реализация данного метода влечет за собой необходимость создания выделенной линии связи к каждому устройству.

Последним методом, который может быть использован, является протокол PTP (Precision Time Protocol), описанный стандартом IEEE 1588. Протокол был разработан со следующими целями:

• Обеспечение синхронизация времени с погрешностью, не превышающей 1 микросекунды.
• Предъявление минимальных требований к производительности процессоров устройств и к пропускной способности линии связи, что позволило бы обеспечить реализацию протокола в простых и дешевых устройствах.
  • Предъявление невысоких требований к обслуживающему персоналу.
  • Возможность использования в сетях Ethernet, а также в других сетях.
  • Спецификация его как международного стандарта.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПРОТОКОЛА PTP

Протокол PTP может быть применен в различного рода системах. В системах автоматизации, протокол PTP востребован везде, где требуется точная синхронизация устройств по времени. Протокол позволяет синхронизировать устройства в робототехнике или печатной промышленности, в системах осуществляющих обработку бумаги и упаковку продукции и других областях.

В общем и целом в любых системах, где осуществляется измерение тех или иных величин и их сравнение с величинами, измеренными другими устройствами, использование протокола PTP является популярным решением. Системы управления турбинами используют протокол PTP для обеспечения более эффективной работы станций. События, происходящие в различных частях распределенных в пространстве систем, определяются метками точного времени и затем для целей архивирования и анализа осуществляется их передача на центры управления. Геоученые используют протокол PTP для синхронизации установок мониторинга сейсмической активности, удаленных друг от друга на значительные расстояния, что предоставляет возможность более точным образом определять эпицентры землетрясений. В области телекоммуникаций рассматривают возможность использования протокола PTP для целей синхронизации сетей и базовых станций. Также синхронизация времени согласно стандарту IEEE 1588 представляет интерес для разработчиков систем обеспечения жизнедеятельности, систем передачи аудио и видео потоков и может быть использована в военной промышленности.

В электроэнергетике протокол PTPv2 (протокол PTP версии 2) определен для синхронизации интеллектуальных электронных устройств (IED) по времени. Например, при реализации шины процесса, с передачей мгновенных значений тока и напряжения согласно стандарту МЭК 61850-9-2, требуется точная синхронизация полевых устройств по времени. Для реализации систем защиты и автоматики с использованием сети Ethernet погрешность синхронизации данных различных устройств по времени должна лежать в микросекундном диапазоне.

Также для реализации функций синхронизированного распределенного векторного измерения электрических величин согласно стандарту IEEE C37.118, учета, оценки качества электрической энергии или анализа аварийных событий необходимо наличие устройств, синхронизированных по времени с максимальной точностью, для чего может быть использован протокол PTP.

Вторая редакция стандарта МЭК 61850 определяет использование в системах синхронизации времени протокола PTP. Детализация профиля протокола PTP для использования на объектах электроэнергетики (IEEE Standard Profile for Use of IEEE 1588 Precision Time Protocol in Power System Applications) в настоящее время осуществляется рабочей группой комитета по релейной защите и автоматике организации (PSRC) IEEE.

ПРОТОКОЛ PTP ВЕРСИИ 2

В 2005 году была начата работа по изменению стандарта IEEE1588-2002 с целью расширения возможных областей его применения (телекоммуникации, беспроводная связь и в др.). Результатом работы стало новое издание IEEE1588-2008, которое доступно с марта 2008 со следующими новыми особенностями:

• Усовершенствованные алгоритмы для обеспечения погрешностей в наносекундном диапазоне.
• Повышенное быстродействие синхронизации времени (возможна более частая передача сообщений синхронизации Sync).
• Поддержка новых типов сообщений.
• Ввод однорежимного принципа работы (не требуется передачи сообщений типа FollowUp).
• Ввод поддержки функции т.н. прозрачных часов для предотвращения накопления погрешностей измерения при каскадной схеме соединения коммутаторов.
• Ввод профилей, определяющих настройки для новых областей применения.
• Возможность назначения на такие транспортные механизмы как DeviceNet, PROFInet и IEEE802.3/Ethernet (прямое назначение).
• Ввод структуры TLV (тип, длина, значение) для расширения возможных областей применения стандарта и удовлетворения будущих потребностей.
• Ввод дополнительных опциональных расширений стандарта.

ПРИНЦИП ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ПРОТОКОЛА PTP

В системах, где используется протокол PTP, различают два вида часов: ведущие часы и ведомые часы. Ведущие часы, в идеале, контролируются либо радиочасами, либо GPS-приемниками и осуществляют синхронизацию ведомых часов. Часы в конечном устройстве, неважно ведущие ли они или ведомые, считаются обычными часами; часы в составе устройств сети, выполняющих функцию передачи и маршрутизации данных (например, в Ethernet-коммутаторах), считаются граничными часами.

Процедура синхронизации согласно протоколу PTP подразделяется на два этапа. На первом этапе осуществляется коррекция разницы показаний времени между ведущими и ведомыми часами – то есть осуществляется так называемая коррекция смещения показаний времени. Для этого ведущее устройство осуществляет передачу сообщения для целей синхронизации времени Sync ведомому устройству (сообщение типа Sync). Сообщение содержит в себе текущее показание времени ведущих часов и его передача осуществляется периодически через фиксированные интервалы времени. Однако поскольку считывание показаний ведущих часов, обработка данных и передача через контроллер Ethernet занимает некоторое время, информация в передаваемом сообщении к моменту его приема оказывается неактуальной.   Одновременно с этим осуществляется как можно более точная фиксация момента времени, в который сообщение Sync уходит от отправителя, в составе которого находятся ведущие часы (TM1). Затем ведущее устройство осуществляет передачу зафиксированного момента времени передачи сообщения Sync ведомым устройствам (сообщение FollowUp). Те также как можно точнее осуществляют измерение момента времени приема первого сообщения (TS1) и вычисляют величину, на которую необходимо выполнить коррекцию разницы в показаниях времени между собою и ведущим устройством соответственно (O) (см. рис. 1 и рис. 2). Затем непосредственно осуществляется коррекция показаний часов в составе ведомых устройств на величину смещения. Если задержки в передачи сообщений по сети не было, то можно утверждать, что устройства синхронизированы по времени.

На втором этапе процедуры синхронизации устройств по времени осуществляется определение задержки в передаче упомянутых выше сообщений по сети между устройствами. Указанное выполняется  при использовании сообщений специального типа. Ведомое устройство отправляет так называемое сообщение Delay Request (Запрос задержки в передаче сообщения по сети) ведущему устройству и осуществляет фиксацию момента передачи данного сообщения. Ведущее устройство фиксирует момент приема данного сообщения и отправляет зафиксированное значение в сообщении Delay Response (Ответное сообщение с указанием момента приема сообщения). Исходя из зафиксированных времен передачи сообщения Delay Request ведомым устройством и приема сообщения Delay Response ведущим устройством производится оценка задержки в передачи сообщения между ними по сети. Затем производится соответствующая коррекция показаний часов в ведомом устройстве. Однако все упомянутое выше справедливо, если характерна симметричная задержка в передаче сообщения в обоих направлениях между устройствами (то есть характерны одинаковые значения в задержке передачи сообщений в обоих направлениях).

Задержка в передачи сообщения в обоих направлениях будет идентичной в том случае, если устройства соединены между собой по одной линии связи и только. Если в сети между устройствами имеются коммутаторы или маршрутизаторы, то симметричной задержка в передачи сообщения между устройствами не будет, поскольку коммутаторы в сети осуществляют сохранение тех пакетов данных, которые проходят через них, и реализуется определенная очередность их передачи. Эта особенность может, в некоторых случаях, значительным образом влиять на величину задержки в передаче сообщений (возможны значительные отличия во временах передачи данных). При низкой информационной загрузке сети этот эффект оказывает малое влияние, однако при высокой информационной загрузке, указанное может значительным образом повлиять на точность синхронизации времени. Для исключения больших погрешностей был предложен специальный метод и введено понятие граничных часов, которые реализуются в составе коммутаторов сети. Данные граничные часы синхронизируются по времени с часами ведущего устройства. Далее коммутатор по каждому порту является ведущим устройством для всех ведомых устройств, подключенных к его портам, в которых осуществляется соответствующая синхронизация часов. Таким образом, синхронизация всегда осуществляется по схеме точка-точка и характерна практически одинаковая задержка в передаче сообщения в прямом и обратном направлении, а также практическая неизменность этой задержки по величине от одной передачи сообщения к другой.

Хотя принцип, основанный на использовании граничных часов показал свою практическую эффективность, другой механизм был определен во второй  версии протокола PTPv2 – механизм использования т. н. прозрачных часов. Данный механизм  предотвращает накопление погрешности, обусловленной изменением величины задержек в передаче сообщений синхронизации коммутаторами и предотвращает снижение точности синхронизации в случае наличия сети с большим числом каскадно-соединенных коммутаторов. При использовании такого механизма передача сообщений синхронизации осуществляется от ведущего устройства ведомому, как и передача любого другого сообщения в сети. Однако когда сообщение синхронизации проходит через коммутатор фиксируется задержка его передачи коммутатором. Задержка фиксируется в специальном поле коррекции в составе первого сообщения синхронизации Sync или в составе последующего сообщения FollowUp (см. рис. 2). При передаче сообщений Delay Request и Delay Response также осуществляется фиксация времени задержки их в коммутаторе. Таким образом, реализация поддержки т. н. прозрачных часов в составе коммутаторов позволяет компенсировать задержки, возникающие непосредственно в них.

РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОТОКОЛА PTP

Если необходимо использование протокола PTP в системе, должен быть реализован стек протокола PTP. Это может быть сделано при предъявлении минимальных требований к производительности процессоров устройств и к пропускной способности сети. Это очень важно для реализации стека протокола в простых и дешевых устройствах. Протокол PTP может быть без труда реализован даже в системах, построенных на дешевых контроллерах (32 бита).

Единственное требование, которое необходимо удовлетворить для обеспечения высокой точности синхронизации, – как можно более точное измерение устройствами момента времени, в который осуществляется передача сообщения, и момента времени, когда осуществляется прием сообщения. Измерение должно производится максимально близко к аппаратной части (например, непосредственно в драйвере) и с максимально возможной точностью. В реализациях исключительно на программном уровне архитектура и производительность системы непосредственно ограничивают максимально допустимую точность.

При использовании дополнительной поддержки аппаратного обеспечения для присвоения меток времени, точность может быть значительным образом повышена и может быть обеспечена ее виртуальная независимость от программного обеспечения. Для этого необходимо использование дополнительной логики, которая может быть реализована в программируемой логической интегральной схеме или специализированной для решения конкретной задачи интегральной схеме на сетевом входе.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Компания Hirschmann – один из первых производителей, реализовавших протокол PTP и оптимизировавших его использование. Компанией был разработан стек, максимально эффективно реализующий протокол, а также чип (программируемая интегральная логическая схема), который обеспечивает высокую точность проводимых замеров.

В системе, в которой несколько обычных часов объединены через Ethernet-коммутатор с функцией граничных часов, была достигнута предельная погрешность +/- 60 нс при практически полной независимости от загрузки сети и загрузки процессора. Также компанией была протестирована система, состоящая из 30 каскадно-соединенных коммутаторов, обладающих функцией поддержки т.н. прозрачных часов и были зафиксированы  погрешности менее в пределах +/- 200 нс.

Компания Hirschmann Automation and Control реализовала протоколы PTP версии 1 и версии 2 в промышленных коммутаторах серии MICE, а также в серии монтируемых на стойку коммутаторов MACH100.

ВЫВОДЫ

Протокол PTP во многих областях уже доказал эффективность своего применения. Можно быть уверенным, что он получит более широкое распространение в течение следующих лет и что многие решения при его использовании смогут быть реализованы более просто и эффективно чем при использовании других технологий.

[ Источник]

Тематики

• релейная защита
• телемеханика, телеметрия

EN

• clock synchronization
• time synchronization