Co je to precizní klimatizace: klasifikace zařízení a princip práce agregátů

Nemyslíte si, že v serverovnách a datových centrech, jakož i v dalších prostorách, kde je soustředěno obrovské množství počítačů a jiné techniky intenzivně vyzařující teplo, lze pro udržení stálé teploty a vlhkosti použít běžné domácí klimatizace?

V prostorách s takovým určením musí být udržována teplota, vlhkost a mnohé další parametry ve velmi úzkém rozmezí, avšak běžné systémy klimatizace, i ty nejvýkonnější, si s tímto úkolem neporadí. Proto stále více získává na aktuálnosti použití precizních klimatizací.

O tom, jaké charakteristické vlastnosti má precizní klimatizace, co to vlastně je, jak funguje a jaké typy těchto zařízení existují, bude řeč v článku.

Vlastnosti precizních klimatizací

Precizní klimatizace neboli autonomní klimatizace skříňového typu je zařízení, jehož použití umožňuje udržovat v prostoru řadu parametrů: teplotu, relativní vlhkost a proudění vzduchu v úzkém rozmezí.

A to:

• rozsah přípustné variability teploty: ±1 °C. A některé modely precizních klimatizací umožňují ještě více zúžit variabilitu hodnoty až na ±0,5 °C);
• rozsah variability hodnoty vlhkosti +5 %;
• je přípustný provoz precizní klimatizace při teplotě okolí v rozmezí od +50 °C do -60 °C.

Přitom vydávaný tepelný tok převyšuje hodnoty typické pro hlavní místnost 5 až 10krát. V důsledku toho vzniká velmi vysoké zatížení na klimatizace.

Ale přesto je rozsah hodnot dodržen. Vždyť kromě toho, že se tento typ systémů klimatické regulace vyznačuje zvýšenou přesností, jsou na techniku kladeny také určité požadavky týkající se spolehlivosti.

I minuta bez klimatizace může být příčinou katastrofických následků. A tedy i materiálních ztrát.

Precizní klimatizace zajišťují stabilní vlhkost a teplotu (a to v úzkém rozmezí), navzdory neustálému uvolňování velkého množství tepla zařízeními pracujícími nepřetržitě.

Ano, existuje ještě jeden požadavek, který nelze nezmínit – precizní klimatizace musí mít možnost pohotového spuštění záložní jednotky při poruše hlavní.

To znamená, že i v případě vzniku mimořádné situace bude zajištěno udržení stálého režimu teploty a vlhkosti. A ostatně projekt klimatizace serverovny se obvykle sestavuje s ohledem na dodatečné kapacity.

Výhody použití zařízení

Použití precizních systémů na různých technologických objektech je dáno potřebou kompenzace významných měrných tepelných přebytků, které jsou uvolňovány technologickým zařízením citlivým i na sebemenší změny teplotního a vlhkostního režimu.

To znamená, že čím větší je odchylka teploty místnosti od optimálních hodnot, tím více se zkracuje životnost drahého zařízení.

Přestože se precizní klimatizace vyznačují zvýšenou spolehlivostí, k zajištění stálosti prostředí se používá několik zařízení – to eliminuje riziko vyřazení celého systému z provozu.

Neodstranění poruchy systému klimatické kontroly v krátké době může způsobit poruchu techniky generující značný tepelný příkon.

Například při přehřátí technologického zařízení v hale ATC a také při nepřípustné odchylce od optimální hodnoty relativní vlhkosti je pravděpodobnost poruchy zařízení poměrně vysoká.

Precizní klimatizace účinně kompenzují významné měrné tepelné přebytky a umožňují udržovat potřebné parametry teplotního a vlhkostního režimu v místnosti.

Oblast použití zařízení

Použití těchto zařízení k zajištění bezporuchového a bezhavarijního provozu technologického zařízení nabývá na významu v následujících oblastech:

1. Pevná telefonie – ústředny ATC a také technické místnosti.
2. Mobilní telefonie – telekomunikační uzly, konkrétně přepínače a brány.
3. Základnové a venkovní stanice umístěné v budovách nebo kontejnerech.
4. Billingová centra.
5. Sektor IT – serverovny a technické místnosti, dále počítačové sály a datová centra.

V poslední době používají precizní klimatizace také farmaceutické společnosti – v místnostech, kde je instalováno drahé diagnostické zařízení. A také v moderních laboratořích určených pro provádění výzkumu s reagenciemi, které jsou zvláště citlivé na podmínky vnějšího prostředí. Nebo – s koloniemi mikroorganismů.

Vysoce přesná, čistá výroba – obor zahrnuje mikroelektroniku, farmacii a kosmický průmysl, neobejde se bez precizních klimatizací.

Rozmanitost modelů precizních klimatizací umožňuje vybrat optimální variantu – v závislosti na požadavcích SN 512-78 a účelu místnosti, jejíž klimatické podmínky je třeba udržovat.

To však není vše – v některých muzeích, knihovnách a dalších místech kulturního vyžití, kde jsou uchovávány zvláště cenné exponáty, se také používají precizní klimatizace.

Je pochopitelné, že se tam používají úspornější modely, protože není nutné tak přísně dodržovat režim teploty a vlhkosti, ale přesto.

Konstrukce precizní klimatizace

Přesnost a spolehlivost jednotky vysvětluje její složitou konstrukci. Navíc se může lišit v závislosti na modelu.

Nezbytná je přítomnost:

1. Vnitřní jednotky, zpravidla skříňového typu.
2. Venkovní nebo vnější jednotky.

V první se provádí předběžná úprava vzduchu těsně před jeho přiváděním do místnosti.

Ve druhé může být umístěn: kondenzátor vzduchu nebo kapalinový chladič, v případě, že je klimatizace provozována na studenou vodu z chilleru, nebo pro kondenzátor kapalin umístěný ve vnitřní jednotce.

Konstrukce precizní klimatizace a schematické znázornění jejího funkčního mechanismu. Bez ohledu na složitost konstrukce modelu tento mechanismus je přítomen.

Výše uvedené schéma je maximálně zjednodušeno. Zobrazuje princip fungování v obecných rysech.

Mějte na paměti, že kromě všech vyjmenovaných součástí zahrnuje vnitřní jednotka precizní klimatizace následující zařízení:

• kompresor;
• výparník;
• škrtící ventil;
• filtrační komponenty;
• přídavná zařízení využívající k ohřevu elektřinu;
• zvlhčovače vzduchu, pokud je to nutné;
• vzduchové ventilátory;
• armatura – jak uzavírací, tak regulační.

Přítomnost všech ostatních prvků je určena konkrétním modelem a požadavky na něj a na místnost, ve které bude zařízení pracovat. Jinými slovy, jsou variantní složkou.

Mechanismus fungování zařízení

Základní princip činnosti tohoto zařízení lze vysvětlit takto: nejprve dochází ke stlačení plynného chladiva v kompresoru. Poté chladivo vstupuje do kondenzátoru. Tam dochází ke kondenzaci – tento proces umožňuje odvod tepla z chladiva.

V dalším kroku dochází k průchodu chladiva v kapalném skupenství přes škrtící zařízení. To vede ke snížení teploty a tlaku kapalného chladiva.

A v tomto stavu se chladivo dostává do výparníku. Tam přechází do plynného stavu a vrací se zpět do kompresoru.

Právě vzduch profukovaný výparníkem je odebírán z místnosti, kde je třeba udržovat teplotu a vlhkost v úzkém rozmezí hodnot.

Na schématu jsou znázorněny neustálé proudy horkého a studeného vzduchu procházející precizní klimatizací. Uvedené schéma je platné pro všechny modely.

Při průchodu výparníkem se vzduch ochlazuje a v takové podobě se vrací zpět do místnosti. Schéma činnosti precizní klimatizace je názorně zobrazeno výše.

Funkce vnitřní jednotky

Jsou určeny účelem konkrétního modelu. Je logické předpokládat, že počet funkcí určuje oblast možného použití zařízení:

• pouze chlazení;
• chlazení a elektrické přitápění s možností regulace teploty;
• chlazení a zvyšování vlhkosti.

Nejdokonalejší variantou je kombinace funkcí chlazení, zvyšování vlhkosti a elektrického přitápění.

Může se také stát, že určitý model je vyráběn na zakázku a jsou do něj integrovány funkce, které nebyly součástí původní výbavy.

Neustálé odvádění horkého vzduchu a nepřetržité zajišťování přívodu studeného – tak je harakterizován provoz precizní klimatizace. Přitom existuje mnoho variántů přívodu vzduchových hmot.

Vnitřní jedotky se mohou lišit způsoby sání a přívodu vzduchu do místnosti. Napřílad sání může probíhat v přední části a přívod v horní části. Ten se uskutečňuje skrze vzduchovod umístěný mezi stropy – falešným a hlaním.

Existují i další variánty:

1. Sání probíhající v přední části je kombinováno s přívodem v horní části přímo do místnosti.
2. V horní části je sání prováděno vzduchovodem umístěným mezi stropy (falešným a hlavním). Přívod probíhá odpovídajícím způsobem ze spodní části.
3. Sání probíhá v horní čáti přímo z místnosti a přívod pod falešnou podlahu se uskutečňuje ze spodní čáti.
4. Sání probíhá zezadu a pod falešnou podlahou ze spodní čáti, zatímco přívod se uskutečňuje v horní čáti skrze vzduchovod umístěný mezi stropy – falešným a hlaním.

Může se stát, že sání probíhá pod falešným stropem ze spodní čáti a zezadu. Přívod probíhá přímo do místnosti v horní čáti.

Složitá konštrukce precizní klimatizace je dána přesností a důležitosí funkcí, které plní. Na uvedeném schématu jsou všechny tyto zvláštnosti dobře patrné.

Taková variabilita funkcí vysvětluje široké možnosti precizních klimatizačních jednotek.

Struktura a mechanismus vybraného modelu může být individuálně „přizpůsobena“ specifikům místnosti, ve které se plánuje jeho použití.

Klasifikace precizních klimatizací

V závislosti na konstrukci vnitřních jednotek se precizní klimatizace klasifikují na následující typy:

• stropní;
• skříňové precizní typy klimatizací;
• meziřadové.

V závislosti na způsobu chlazení kondenzátorů mohou být vzduchové nebo kapalinové. Za základ klasifikace se bere použitá chladicí kapalina – voda nebo etylenglykol.

Každá z výše uvedených kategorií má své vlastnosti, výhody a nevýhody, které je nutné zohlednit při výběru systému řízení teplotního a vlhkostního režimu místnosti.

Freonové precizní klimatizace

Pro telekomunikační objekty jsou určeny freonové monobloky a systémy klimatizace precizního typu.

Pro větší stacionární objekty se používají skříňové vnitřní jednotky a meziřadové klimatizace.

Klasickým a z hlediska kapitálových nákladů nejekonomičtějším řešením pro serverovny jsou skříňové klimatizace vybavené výparníkem s přímým vařením, tedy freonové.

Takto vypadají freonové precizní klimatizace v řezu. Na schématu je zobrazeno stejné zařízení, pouze z různých stran.

Jsou možné různé varianty provedení: s venkovním kondenzátorem se vzduchovým chlazením, s kondenzátorem s vestavěným kapalinovým chlazením, a také vybavené suchým chladičem.

Podobnými druhy kondenzátorů se liší i meziřadové klimatizace s přímým odpařováním (kategorie označovaná jako DX).

Kapalinová precizní zařízení

Skříňové precizní klimatizace vybavené kapalinovým tepelným výměníkem se používají v chladicím schématu s chillerem jako koncové jednotky.

V tomto případě jsou spolehlivost provozu a teplotní režim chlazení určovány přijatým principiálním schématem chlazení objektu – schéma zahrnuje přítomnost chillerů a čerpadlových skupin.

Počáteční kapitálové náklady převyšují o 30–40 % náklady spojené s freonovými klimatizacemi. Nelze nezmínit, že provedením optimalizace schématu chlazení je možné snížit provozní náklady.

Precizní klimatizace s free coolingem

Mechanismus fungování tohoto typu klimatizace je založen na využití snížených venkovních teplot.

Volné chlazení (anglicky – freecooling) se snadno a jednoduše realizuje u freonové precizní klimatizace skříňového typu s kondenzátorem (kapalinovým) a suchým chladičem.

Presný klimatizér vybavený free coolingem – schéma zařízení se 2 okruhy (červeně označen kapalinový výměník tepla, modře – obsahující ethylenglykol)

Bude potřeba 2. výměník tepla (kapalinový) a ethylenglykol, který plní okruh suché chladicí věže. Při poklesu teploty okolního prostředí na výpočtovou úroveň bude chlazení probíhat díky fungování 2. okruhu – výměníku tepla a chladicí věže.

Navzdory zvýšení počátečních investic na nákup dalšího vybavení bude doba návratnosti těchto zařízení kratší než 2 roky a přesnější výpočet lze provést, pokud znáte výši místních tarifů.

Vlastnosti systémů zálohování

Presné klimatizéry jsou pro možnost realizace zálohování funkce chlazení vybaveny dalšími výměníky tepla – kapalinovými a freonovými.

Základní princip fungování tohoto systému spočívá nejen v pouhém duplikování chladicích systémů, ale v aplikaci chladicích systémů s odlišnými principy fungování.

Systém zálohování umožňuje výrazně zvýšit funkční vlastnosti klimatizačního systému, a tudíž jej bude možné instalovat prakticky v jakékoli místnosti.

Jinými slovy, v jednom zařízení jsou kombinovány jednotky vybavené různými zdroji chlazení.

Potřeba zálohování a jeho stupeň jsou stanoveny normativními požadavky podle třídy odolnosti vůči poruchám objektu – určuje se podle TIER.

Závěry a užitečné video k tématu

Na videu – proces údržby precizního klimatizéru technikem s postupným rozborem všech zvláštností fungování tohoto zařízení, stejně jako požadavků na jeho údržbu:

Presný klimatizér umožňuje udržovat teplotu a vlhkost místností v úzkém rozmezí hodnot. Tato funkce má důležitý význam v místnostech, kde se nachází a funguje zařízení citlivé na sebemenší výkyvy klimatických podmínek. Právě proto se precizní klimatizéry používají v serverovnách, datových centrech a high-tech laboratořích.

Máte zkušenosti s touto technikou, otázky týkající se instalace, výběru nebo montáže precizních klimatizérů? Vyskytly se problémy s fungováním precizních klimatizérů, stížnosti na výrobce nebo servisní společnosti? V takovém případě se nezapomeňte podělit o komentář níže – můžete si být jisti, že váš názor nezůstane bez povšimnutí.