همانطور که مشخص است، رطوبت آدیاباتیک نه تنها اجازه می دهد تا رطوبت هوا را افزایش دهد، بلکه دمای آن را نیز کاهش می دهد، در نتیجه فرآیندهای مرطوب سازی و خنک سازی را با هم ترکیب می کند. در عین حال، برای اجرای رطوبت آدیاباتیک، عملاً هیچ مصرف انرژی لازم نیست - فقط آب مصرف می شود. بنابراین هزینه هوای خنک و مرطوب شده پایین است که در صورت استفاده صحیح می تواند به میزان قابل توجهی بهره وری انرژی سیستم های مختلف را بهبود بخشد.

رطوبت آدیاباتیک هوای داخل ساختمان

ساده‌ترین کاربرد فرآیند مرطوب‌سازی آدیاباتیک، خنک‌کردن هوای تهویه - هم تامین و هم گردش مجدد است. خنک سازی بدون استفاده از سیکل تبرید فشرده سازی بخار و مصرف انرژی قابل توجهی انجام می شود. با این حال، هوای حاصل حاوی رطوبت زیادی است و ورود مستقیم آن به اتاق شرایط ناخوشایندی را برای انسان ایجاد می کند.

به عنوان مثال، با رطوبت آدیاباتیک هوای استاندارد در فضای باز برای منطقه مسکو با دمای 28 درجه سانتی گراد و آنتالپی 54 کیلوژول بر کیلوگرم (رطوبت نسبی 43%) تا دمای 22 درجه سانتی گراد که برای انسان راحت است، رطوبت به 74 افزایش می یابد. ٪، که بالاتر از حداکثر توصیه شده 60٪ است.

اگر هوای بیرون حتی گرم‌تر یا مرطوب‌تر باشد، وضعیت حتی بدتر می‌شود (خنک کردن آدیاباتیک از 26 درجه سانتی‌گراد/55 درصد تا 22 درجه سانتی‌گراد، 78 درصد خروجی و از 30 درجه سانتی‌گراد/40 درصد به 82 درصد خواهد داشت).

بنابراین، خنک‌سازی مستقیم هوا با روش مرطوب‌سازی آدیاباتیک با حداکثر رطوبت هوای 60 درصد محدود می‌شود، بنابراین باید آن را فقط به عنوان یک فرآیند کمکی در ایجاد یک میکروکلیمای داخلی راحت در نظر گرفت. یکی از راه های ایجاد شرایط راحت با مشارکت رطوبت آدیاباتیک - خنک کننده تبخیری غیر مستقیم - در مقاله "محاسبه سیستم خنک کننده تبخیری غیر مستقیم" ("دنیای آب و هوا" شماره 71) مورد بحث قرار گرفت.

رطوبت هوای آدیاباتیک در جلوی کندانسور

یکی دیگر از موارد استفاده از رطوبت آدیاباتیک، خنک کردن هوای است که به کندانسور سیستم تهویه مطبوع عرضه می شود. این روش در فصل گرم بیشترین تقاضا را دارد.

در این مورد، تفاوتی ندارد که چه نوع سیستم تهویه مطبوع در نظر گرفته می شود - یک سیستم تقسیم خانگی، یک سیستم چند منطقه ای یا یک سیستم تبرید مبتنی بر چیلر. طراحی خازن (توکار یا از راه دور) نیز مهم نیست، اگرچه، البته، استفاده از چنین راه حل هایی در ترکیب با یک کندانسور از راه دور آسان تر است. علاوه بر این، سیستم مورد نظر برای استفاده نه تنها با کندانسورها، بلکه برای خنک کننده های خشک (درای کولر) نیز مناسب است.

راه حل مبتنی بر این واقعیت است که دمای هوای خنک کننده کندانسور، دمای تراکم مبرد را در سیکل تبرید فشرده سازی بخار تعیین می کند و هر چه این دما کمتر باشد، مصرف انرژی سیستم خنک کننده کمتر است، یعنی بهره وری انرژی آن بالاتر است.

همانطور که مشخص است، کاهش دمای متراکم به میزان 1 درجه سانتیگراد منجر به افزایش ضریب عملکرد تا 3٪ می شود. بر اساس نمودار ID، می توان نتیجه گرفت که رطوبت آدیاباتیک کاملاً قادر است دمای میعان را حتی تا 10 درجه سانتیگراد کاهش دهد. و این سومین افزایش در بهره وری انرژی سیستم تهویه مطبوع است.

نمودار اصلی رطوبت هوای آدیاباتیک در جلوی کندانسور به شرح زیر است (شکل 1): آب از منبع تامین آب از سیستم تصفیه عبور می کند، سپس توسط یک پمپ پمپ می شود و از طریق نازل ها به جریان هوای جلو پاشیده می شود. از کندانسور ظاهر نصب در شکل نشان داده شده است. 2.

ترکیب سیستم

به طور کلی، سیستم رطوبت هوای آدیاباتیک در جلوی کندانسور از عناصر زیر تشکیل شده است:

• سیستم کنترل با رگولاتور داخلی؛
• لوله ها با انژکتورهای سفارشی (نازل) - در شکل. 3، در سمت ورودی هوا نصب شده است.
• شیر برقی برای تخلیه آب؛
• یک کاهنده با گیج فشار برای تنظیم فشار آب مورد نیاز برای پاشش موثر.
• Softwater (نرم کننده آب) یک دستگاه الکترونیکی است که سختی آب را کاهش می دهد تا از رسوب آهک بر روی سطح پره دار مبدل حرارتی (کندانسور) جلوگیری کند.

شیر برقی برای کنترل تامین آب؛

• ترموستات برای محافظت در برابر یخ زدگی آب در فصل سرد؛
• کابینت کنترل از آب محافظت می شود (نسخه IP65 هنگام نصب در خارج از منزل در نزدیکی سیستم مرطوب کننده).

برنج. 3. ظاهر انژکتورها

اثربخشی رطوبت به طور مستقیم به درجه اتمیزه شدن آب، یعنی به قطر قطرات حاصل بستگی دارد. در نازل های مورد استفاده در سیستم های مرطوب کننده آدیاباتیک، قطر قطرات، به عنوان یک قاعده، در محدوده 0.06-0.08 میلی متر قرار دارد.

یکی دیگر از ویژگی های مهم برای ارزیابی جریان مخلوطی از قطرات هوا و آب، سرعت اوج گرفتن قطره است. اگر سرعت اوج گرفتن قطره کمتر از سرعت جریان هوای ایجاد شده توسط فن کندانسور باشد، قطره توسط هوا منتقل می شود. حمل قطره در خارج از مرز مبدل حرارتی بدیهی است که نامطلوب است. روی میز شکل 1 سرعت مشخصه افزایش افت را بسته به قطر نشان می دهد.

جدول 1. وابستگی سرعت افزایش یک قطره به قطر آن

d قطره، میلی متر	v VIT، m/s
0,01	0,47
0,05	1,06
0,1	1,48
0,2	2,1
0,3	2,57
0,5	3,32
0,8	4,2
1,0	4,7
2	6,62
3	8,12
4	9,35
5	10,5
7	12,4
8	13,3
9	14,1
10	14,8

برای کاهش حذف قطرات پشت کندانسور، توصیه می شود سرعت هوا را به 2-2.3 متر بر ثانیه محدود کنید.

محاسبه یک سیستم رطوبت آدیاباتیک با استفاده از نازل

انتقال حرارت و جرم در محفظه ها با نسبت انتقال حرارت واقعی به حداکثر انتقال حرارت ممکن در یک محفظه ایده آل مشخص می شود. این رابطه به طور کلی با فرمول بیان می شود:

جایی که I 1، I 2 آنتالپی های اولیه و نهایی هوا هستند، kJ/kg. I” v.n. - آنتالپی هوای اشباع شده در سطح آب در دمای اولیه آن؛ ΔI، ΔI و به ترتیب تفاوت های آنتالپی واقعی و حداکثر (ایده آل) هستند.

دو ضریب راندمان به عنوان ویژگی های کارایی فرآیندهای انتقال گرما و جرم اتخاذ می شود:

جایی که t v.n.، t v.k. - دمای اولیه و نهایی آب، درجه سانتیگراد؛ t c1, t c2, t m1, t m2 - دمای اولیه و نهایی هوا با توجه به دماسنج های خشک و مرطوب، درجه سانتی گراد.

ضریب E' جهانی نامیده می شود زیرا آزمایش های تجربی مناسب بودن آن را برای توصیف و محاسبه تمام فرآیندهای تصفیه هوا با آب نشان داده است.

در همان زمان، ما توجه می کنیم که در فرآیندهای isenthalpic (آدیاباتیک) t m2 = t m1 بنابراین Ea = E.

در محاسبات فرآیندهایی که با تغییرات آنتالپی هوا اتفاق می‌افتند، معادله تعادل حرارتی بین هوا و آب نیز استفاده می‌شود:

که در آن B = W / G ضریب آبیاری است.

ضرایب E، E' و E a به قطر سوراخ خروجی بستگی دارد. به طور خاص، با قطر 5 میلی متر داریم:

که در آن v و ρ به ترتیب سرعت و چگالی هوا هستند. این فرمول برای فشار آب تا 2.5 بار قابل استفاده است.

برای محدوده دمای لامپ مرطوب 8 تا 20 درجه سانتی گراد، معادله تعادل حرارتی را می توان تقریباً به صورت زیر نشان داد:

از معادلات (1)، (2) و (3) می توانیم فرمول هایی را برای تعیین دمای هوا و آب به دست آوریم:

استفاده ترکیبی از معادلات توصیف کننده تغییرات در ضرایب E' و E و معادله تعادل حرارتی به شما امکان می دهد هر گونه محاسباتی را انجام دهید، از جمله یافتن پارامترهای ناشناخته نهایی یا اولیه هوا. پارامترهای اصلی که باید هنگام محاسبه سیستم‌های مرطوب‌کننده آدیاباتیک مورد بررسی تعیین شوند، دمای هوای مرطوب‌شده و مقدار آب مورد نیاز برای مرطوب‌سازی هستند.

جنبه های عملی پیاده سازی سیستم

از نقطه نظر عملی، ویژگی های آب عرضه شده حائز اهمیت است.

حداکثر سختی آب باید در محدوده 8-12 درجه ژل باشد (°Zh - درجه سختی، واحد اندازه گیری سختی آب، که از سال 2005 در روسیه معرفی شد و مربوط به غلظت عنصر قلیایی خاکی، عددی برابر است. به 1/2 مول آن، بیان شده در mg/dm 3؛ 1 درجه فارنهایت = 1 mEq/l). به عبارت دیگر، حداکثر محتوای CaCO 3 80-120 ppm است.

مقدار pH (pH یک نشانگر هیدروژن است؛ مقداری که غلظت یون های هیدروژن را مشخص می کند) آب باید کمتر از 7 باشد تا از خوردگی روی سطح پره دار مبدل حرارتی جلوگیری شود.

برای عملکرد صحیح سیستم اسپری، فشار آب اضافی در جلوی نازل باید حداقل 2.5 بار باشد. سرعت جریان آب برای یک نازل به مدل انژکتور خاص بستگی دارد؛ در فشار 2.5 بار می تواند از 1.15 تا 1.9 لیتر در دقیقه متغیر باشد. (69-114 کیلوگرم در ساعت).

از نظر چیدمان سیستم، لازم است آب پاشیده شده به کندانسور نرسد، زیرا ظاهر آن بر روی سطح مبدل حرارتی، انتقال حرارت را مختل می کند و در نتیجه فرآیند تراکم را پیچیده می کند. بنابراین فاصله توصیه شده از نازل ها تا مرز مبدل حرارتی 20-50 سانتی متر است.

علاوه بر این، ما توجه می کنیم که در عمل همیشه نمی توان به تبخیر کامل آب اسپری شده دست یافت. بنابراین، در صورتی که نصب در ارتفاع قرار داشته باشد و ریزش آب تبخیر نشده به سمت پایین نامطلوب باشد، باید سینی نصب کرد و زهکشی را به سیستم فاضلاب تخلیه کرد. با این حال، اغلب چنین طرح هایی برای خازن هایی که مستقیماً روی زمین یا روی سقف ساختمان قرار دارند، اجرا می شوند. در این موارد، به عنوان یک قاعده، پالت مورد نیاز نیست.

مزایای بیشتری

استفاده از یک سیستم مرطوب کننده هوا قبل از کندانسور مزایای دیگری را به همراه دارد. به طور خاص، یک برج خنک کننده خشک یا کندانسور هوای راه دور برای استفاده در دمای بیرونی پایین تر انتخاب می شود که این امکان را فراهم می کند که اندازه سطح تبادل حرارت و در نتیجه اندازه خود دستگاه کاهش یابد. ما همچنین به امکان خنک شدن مایع در دمای بیرونی بالاتر اشاره می کنیم. این اجازه می دهد تا تجهیزات در دمای خارجی بیش از حد مجاز توسط سازنده مورد استفاده قرار گیرد، زیرا در واقع هوای سردتری عرضه می شود که دمای آن در محدوده قابل قبول است.

علاوه بر این، ترکیب یک سیستم آدیاباتیک با یک کنترل کننده فرکانس اینورتر برای فن ها، کاهش مصرف الکتریکی موتورها، کاهش قابل توجه سطح فشار صدا و بهینه سازی مصرف آب را ممکن می سازد.

رطوبت و بازیابی هوا آدیاباتیک

یکی دیگر از کاربردهای مهم رطوبت آدیاباتیک مبدل های حرارتی بازیابی می باشد.

همانطور که می‌دانید، در فصل گرم، ریکاوری برای خنک کردن هوای بیرون، گرم‌تر و تامین هوای خنک‌تر در هزینه هوای خروجی خنک‌تر طراحی شده است. در این حالت، هوای خروجی در محیط آزاد می شود و بنابراین، می توانید "هر کاری" با آن انجام دهید. در مورد ما، پیشنهاد می شود آن را با استفاده از روش آدیاباتیک مرطوب کنید، در نتیجه، به لطف خنک سازی همزمان به دست آمده، بازیابی گرما (یا در مورد ما، سرما) کارآمدتر می شود.

نمودار سیستم مورد نظر در شکل نشان داده شده است. 4. هوای خروجی ابتدا وارد بخش مرطوب‌سازی می‌شود («1» در شکل 4)، که در آنجا خنک می‌شود، و وارد بخش بازیابی («2») می‌شود که در آن هوای گرم را خنک می‌کند.

برای ارزیابی مزایای استفاده از بخش رطوبت آدیاباتیک در جلوی ریکپراتور، این سیستم را محاسبه می کنیم.

پارامترهای هوای بیرون (نقطه "1"، شکل 5):

• فشار طراحی: P محاسبه شده = 0.1 مگاپاسکال.
• دمای هوای بیرون: t = +28 درجه سانتی گراد.
• آنتالپی هوای بیرون: iad = +54 کیلوژول بر کیلوگرم.
• رطوبت هوای بیرون (تعیین شده توسط نمودار I-d): φad = 43%.

پارامترهای هوای داخلی (نقطه "3"، شکل 5):

• دمای نگهداری شده در اتاق: t اتاق = 22 درجه سانتی گراد.
• رطوبت حفظ شده در اتاق: φ اتاق = 55٪
• آنتالپی هوا در اتاق (که از نمودار I-d مشخص می شود): اتاق i = 45.5 کیلوژول بر کیلوگرم.

رطوبت آدیاباتیک از نظر تئوری امکان دستیابی به رطوبت نسبی تا 100% را فراهم می کند، اما در عمل مقدار این پارامتر حدود 90% خواهد بود. بنابراین، پارامترهای نقطه بعد از رطوبت ساز (نقطه "4"، شکل 5):

• رطوبت φ uvl = 55%.
• آنتالپی i uvl = 45.5 کیلوژول بر کیلوگرم.
• دما (تعیین شده از نمودار I-d): دما = 17 درجه سانتیگراد.

برای محاسبه پارامترهای خروجی می توانید از پارامتر بازده بازیابی (η=30...85% بسته به نوع ریکاوراتور) استفاده کنید. برای مورد ما، اجازه دهید η=45% را در نظر بگیریم و دمای هوای تامین کننده را بعد از رودخانه های بازیابی کننده تعیین کنیم (نقطه "2"، شکل 5):

توجه داشته باشید که تراک دما را نیز می توان بر اساس اختلاف دما در انتهای سرد ریکپراتور (تفاوت دما بین نقاط "2" و "4") تعیین کرد. تجربه نشان می دهد که در سیستم هایی با اختلاف دمای پایین 2-6 درجه سانتی گراد است. در مورد ما، معلوم شد Δt = t رودخانه - t uvl = 28-23 = 5 درجه سانتیگراد، که به خوبی با داده های تجربی مرتبط است.

اگر قبل از ریکپراتور قسمتی برای رطوبت آدیاباتیک جریان اگزوز وجود نداشته باشد، دمای هوای تغذیه بعد از ریکپراتور به صورت زیر خواهد بود:

با نرخ جریان هوای عرضه شده G هوا = 10000 m 3/h، صرفه جویی در ظرفیت تبرید به صورت زیر خواهد بود:

و چگالی آن

از یک طرف، این به شما امکان می دهد با انتخاب واحد تبرید با ظرفیت تقریبا 30 کیلو وات کمتر در هزینه های سرمایه صرفه جویی کنید (با کل ظرفیت خنک کننده مورد نیاز 51.8 کیلو وات، صرفه جویی 27.7 کیلو وات بیش از 50٪ است).

از طرفی اگر در نظر بگیریم که تولید 3 کیلووات توان تبرید به 1 کیلووات برق نیاز دارد، 9 کیلووات برق صرفه جویی حاصل می شود.

نتیجه

بنابراین، اعمال اثر خنک‌کننده در فرآیند مرطوب‌سازی آدیاباتیک برای خنک‌سازی مستقیم هوای داخلی دشوار است، زیرا هوای حاصل، اگرچه دمای مورد نیاز را خواهد داشت، اما رطوبت آن به طور قابل‌توجهی از حد بالایی هوای راحت فراتر می‌رود. دامنه.

با این حال، تعدادی از احتمالات برای استفاده غیرمستقیم از اثر خنک کننده در طول رطوبت آدیاباتیک وجود دارد - جایی که رطوبت هوای حاصل مهم نیست و فقط دمای پایین مورد توجه است.

این به طور کامل در مورد هوای خنک کننده کندانسور یا خنک کننده خشک واحدهای تبرید صدق می کند. به لطف نصب اسپری آب، می توان دمای تراکم مبرد را تا 10 درجه سانتی گراد کاهش داد و در نتیجه بازده انرژی سیستم تهویه مطبوع را تا 30 درصد افزایش داد.

یکی دیگر از زمینه های کاربرد رطوبت آدیاباتیک، خنک کردن جریان خروجی اگزوز در جلوی بخش بازیابی واحد هواساز در طول فصل گرم است. به دلیل رطوبت هوا، هوای سردتر وارد ریکپراتور می شود و بنابراین، دریافت هوای خنک تری در خروجی امکان پذیر می شود.

همانطور که تمرین و محاسبات نشان می دهد، معرفی بخش مرطوب کننده در جلوی ریکپراتور اجازه می دهد تا بیش از 50 درصد از ظرفیت تبرید مورد نیاز برای خنک کردن هوای تامین شده صرفه جویی شود که هم از نظر هزینه های سرمایه ای برای تجهیزات برودتی اثر اقتصادی مثبتی خواهد داشت. و از نظر هزینه های عملیاتی برای برق و تامین برق سیستم تهویه مطبوع.

از مجموع موارد ذکر شده، نتیجه می شود که برای راه حل های کم مصرف در زمینه سیستم های تهویه مطبوع، همیشه باید ابزاری مانند رطوبت هوای آدیاباتیک را در نظر داشته باشید.

یوری خوموتسکی، سردبیر فنی مجله Climate World

این مقاله از روش پژوهشگاه علمی مهندسی بهداشتی برای محاسبه یک سیستم رطوبت آدیاباتیک با استفاده از نازل استفاده می کند.

حداکثر 35 تا 40 درصد از کل انرژی مصرف شده توسط یک مرکز داده صرف خنک کردن رک های سرور و سیستم های مهندسی می شود. اصل آدیاباتیک خنک کننده مرکز داده باعث کاهش قابل توجه مصرف انرژی در مقایسه با سیستم های سنتی می شود. یک روش اقتصادی برای خنک کردن یک مرکز داده در مرکز داده DataPro در مسکو پیاده سازی خواهد شد.

آب و هوا در مرکز داده

در سال‌های اخیر، تراکم قرارگیری تجهیزات در مراکز داده افزایش چشمگیری داشته و در کنار آن هزینه‌های برق نیز افزایش یافته است. در مراکز داده تجاری روسیه، یک رک به طور متوسط ​​بین 3 تا 10 کیلو وات مصرف می کند - تقریباً همان مقدار گرما باید از آن حذف شود. در عین حال، مهم ترین "سهم" به چشم انداز کلی مصرف انرژی توسط سیستم های خنک کننده انجام می شود: سهم آنها به 35-40٪ می رسد.

در تلاش برای بهینه سازی طراحی سنتی، کارشناسان سعی کرده اند با استفاده از مبردهای کارآمدتر و با انتخاب پارامترهای عملکرد بهینه سیستم، گرما را حذف کنند. اما اینها نیمی از اقدامات بود که امکان دستیابی به پس انداز قابل توجهی را فراهم نمی کرد.

پر انرژی ترین جزء در یک مدار خنک کننده سنتی، واحدهای کمپرسور و کندانسور هستند. حذف این اجزا در ترکیب با استفاده از هوای سرد بیرون (فری کولینگ نام علمی استفاده از خنک کننده آزاد است) اولین گام انقلابی به سمت یک سیستم خنک کننده بهینه و کم انرژی بود. این رویکرد توسط بسیاری از مراکز داده در سراسر جهان اتخاذ شده است. اصل خنک کننده رایگان اکنون به طور گسترده در بسیاری از مراکز داده در روسیه استفاده می شود - عمدتاً در مناطقی که دمای خارج از پنجره برای چندین ماه پایین می ماند. بدیهی است که استفاده از چنین فناوری در مورمانسک یا نوریلسک کاملاً موجه است. اما آیا می توان یک مرکز داده کارآمد در آب و هوای گرم ساخت؟ برای مراکز داده روسیه، این موضوع نیز بیکار نیست، زیرا در ماه های تابستان در عرض های جغرافیایی میانی و حتی شمالی دمای هوا می تواند بسیار بالا باشد.

خنک کننده گرم

مرکز داده "Mercury" شرکت eBay

به طور متناقض، نمونه های زیادی در سراسر جهان وجود دارد که مراکز داده در آب و هوای گرم واقع شده اند - در شرایط بسیار شدیدتر از روسیه. به عنوان مثال، eBay مرکز داده Mercury را در شهر آمریکایی فینیکس، آریزونا - در یک بیابان گرم، جایی که دماسنج در تابستان به 50 درجه سانتیگراد می‌رسد، ساخت. برای تجارت eBay به درخواست کاربران در سراسر جهان بسیار مهم است - در هر ثانیه حجم عظیمی از تراکنش ها در مجموع حدود 2 هزار دلار در پورتال این شرکت انجام می شود. یعنی قابلیت اطمینان تمامی سیستم های مرکز داده در رتبه اول لیست اولویت ها قرار دارد. به نظر می رسد که برای خنک کردن چنین مرکز داده ای، معقول تر است که آن را در عرض های جغرافیایی شمالی قرار دهیم.

و با این حال، eBay مرکز داده خود را در آریزونا ساخت و شکست نخورد. به نظر می رسد که استفاده از هوای خارجی مورد بحث نیست. اما، پس از تجزیه و تحلیل تمام گزینه های موجود برای کاهش مصرف انرژی، کارشناسان eBay به این نتیجه رسیدند که خنک کننده رایگان به بهترین وجه کارایی مورد نیاز یک مرکز داده جدید را در بیابان فراهم می کند. راز این است که رطوبت آدیاباتیک در ترکیب با خنک کننده رایگان در این مرکز استفاده شده است.

باد از دریا می‌وزید

مدت‌هاست متوجه شده‌اند که هوایی که از دریا می‌آید خنک‌تر از باد استپی است که در جهت ناحیه آب می‌وزد. در روم باستان، خانه ها به این ترتیب خنک می شدند: در زیر پنجره های باز استخری با فواره وجود داشت: با عبور از روی آب، هوا در نتیجه تبخیر آن خنک می شد.

برج های خنک کننده مرطوب نیز بر اساس این اصل هستند، یکی از قدیمی ترین روش های خنک کننده که به طور فعال در تولید استفاده می شود. اصل کار این سیستم ها بر پایه خنک کردن آب توسط جریانی از هوا است که از سطح آن دمیده می شود.
نسخه پیشرفته تر این فرآیند در سیستم های خنک کننده هوای آدیاباتیک استفاده می شود.

اقتصاد موضوع

خنک کننده آدیاباتیک یک مرکز داده یک سیستم ارزان و قابل اعتماد است که به واحدهای پیچیده و اجزای اضافی نیاز ندارد. برای اجرای رطوبت آدیاباتیک، عملاً به برق نیاز نیست - فقط آب مصرف می شود. بنابراین هزینه هوای خنک شده کم است که در صورت استفاده صحیح می تواند به میزان قابل توجهی بهره وری انرژی سیستم های تهویه مطبوع را بهبود بخشد.

به طور کلی، تجهیزات مراکز داده مدرن می توانند هم دمای بالاتر و هم افزایش رطوبت هوا را به خوبی تحمل کنند. پارامترهای توصیه شده توسط ASHRAE (انجمن مهندسین گرمایش، تبرید و تهویه مطبوع آمریکا) به عنوان محدودیت های قابل قبول استفاده می شود. ویرایش اول این توصیه ها که در سال 2004 منتشر شد، حد بالایی را 25 درجه سانتیگراد در رطوبت 40 درصد تعیین کرد، در حالی که نسخه دوم (2008) حد بالایی را 27 درجه سانتیگراد در رطوبت 60 درصد تعیین کرد. در توصیه های سال 2011، دو کلاس جدید تجهیزات برای مراکز داده ظاهر شد - A3 و A4 با محدوده دمایی تا 40 و 45 درجه. اگرچه چنین خنک کننده "گرم" هنوز گسترده نیست، دوستداران نوآوری فعالانه شروع به استفاده از آن می کنند. این به ما امکان می دهد تا به طور قابل توجهی جغرافیای کاربرد خنک کننده "سبز" را گسترش دهیم.

خنک کننده آدیاباتیک همیشه مورد نیاز نیست - فقط در گرم ترین ماه ها. در طول فصل سرد، خنک کننده با استفاده از هوای خارجی رخ می دهد. چندی پیش، سیستم های خنک کننده آدیاباتیک عمدتاً در مناطقی با آب و هوای خشک و گرم استفاده می شد. اما پیشرفت‌های اخیر تولیدکنندگان تجهیزات کنترل آب و هوا پتانسیل زیادی برای استفاده از سیستم‌های خنک‌کننده آدیاباتیک در مناطق اروپایی با آب و هوای معتدل نشان داده است.

میخائیل بالکاروف، کارشناس فنی در Emerson Network Power توضیح می دهد که نه دمای اولیه آب و نه دمای هوا بر خلاف رطوبت عملاً هیچ تأثیری بر فرآیند ندارند. - بنابراین اگر مرکز داده در بیابان واقع شده باشد، اما در عین حال منبع آب داشته باشد، نتیجه یک سیستم کاملاً مؤثر است. اما اگر در دمای هوای مثبت 25 درجه سانتیگراد باران ببارد، افسوس که نمی توان خنک کننده ای از سیستم استخراج کرد، زیرا در هنگام باران رطوبت هوای بیرون نزدیک به 100٪ است.

میخائیل خاطرنشان می کند که لازم است ناهنجاری های رطوبت محلی را که در نزدیکی آب های بزرگ رخ می دهد در نظر گرفت. علاوه بر این، در مناطق روسیه با آب و هوای متغیر، ممکن است لازم باشد دو سیستم به طور همزمان داشته باشید - سنتی و جایگزین، که به میزان قابل توجهی اندازه سرمایه گذاری را افزایش می دهد و ممکن است تمام تلاش ها برای صرفه جویی در پول را باطل کند.

نقطه ضعف روش خنک کننده آدیاباتیک نیز افزایش رطوبت هوا است. ممکن است این نگرانی وجود داشته باشد که رطوبت تهدیدی برای تجهیزات الکترونیکی حساس در یک مرکز داده باشد. یکی از نمونه‌های چنین حادثه‌ای در زیر مورد بحث قرار گرفته است (به بخش «فیس‌بوک در باران» مراجعه کنید).

از دیگر معایب سیستم خنک کننده آدیاباتیک، کارشناس به مصرف آب و لزوم تهیه این آب اشاره می کند. بالکاروف می گوید: «آب در اوج مصرف حدود 2 لیتر در ساعت در هر 1 کیلووات در ساعت و در فصل گرم به طور متوسط ​​حدود 0.3 لیتر در ساعت مصرف می شود. "این پول قابل توجهی است و با توجه به هزینه های پاکسازی، حتی قابل توجه تر است."

میخائیل بالکاروف تأکید می کند که تصفیه آب ضروری است، زیرا پس از تبخیر تمام مواد معدنی به شکل گرد و غبار در هوا به پایان می رسد. این متخصص توضیح می‌دهد: «و اگر برای برج‌های خنک‌کننده این فرآیند نسبتاً ارزانی است که با تمیز کردن خشن مرتبط است - تمیز کردن عمدتاً برای جلوگیری از رسوب در نظر گرفته شده است - نازل‌ها در یک سیستم آدیاباتیک به میکروفیلتر و فیلتراسیون اسمزی نیاز دارند.» بنابراین نه تنها هزینه سیستم، بلکه هزینه های عملیاتی نیز افزایش می یابد.

هنگام استفاده از خنک کننده آدیاباتیک، باید به یاد داشته باشید که باید مسائل مربوط به تامین آب، دفع آب و تصفیه آب را نیز حل کنید، که به نوبه خود به مشکلات معماری و سازه های ساختمانی تبدیل می شود. هزینه آب را فراموش نکنید. در حالی که قیمت آن با هزینه برق قابل مقایسه نیست، دائما در حال رشد است.

ضریب WUE

استفاده از سیستم های خنک کننده آدیاباتیک مصرف PUE و انرژی را کاهش می دهد، اما مصرف آب می تواند بسیار بالا باشد. بنابراین، سازمان گرین گرید در مارس 2011 پارامتر دیگری را معرفی کرد که مصرف آب مفید در یک مرکز داده را مشخص می کند - ضریب WUE (اثر مصرف آب). ضریب با استفاده از فرمول محاسبه می شود:

WUE = مصرف سالانه آب / توان تجهیزات فناوری اطلاعات

واحد اندازه گیری WUE l/kWh است.

فیسبوک اولین اپراتور مرکز داده ای شد که معنای WUE را آشکارا به اشتراک گذاشت. در مرکز داده واقع در پرینویل در نیمه دوم سال 2011، این پارامتر 0.22 لیتر بر کیلووات ساعت بود.

به طور کلی، استفاده از خنک کننده آدیاباتیک دستیابی به راندمان انرژی بالای مرکز داده را امکان پذیر می کند: ضریب PUE می تواند به مقدار 1.043 برسد، زیرا تجهیزات کمکی، از جمله سیستم خنک کننده، حتی در تابستان فقط حدودا مصرف می کنند. 4٪ از انرژی مرکز داده، و در زمستان - حتی کمتر (در فصل زمستان PUE حدود 1.018 است). راندمان سیستم های کمپرسور متراکم مبتنی بر چیلر یا تهویه مطبوع DX به طور قابل توجهی کمتر است؛ برای آنها PUE = 1.3 یک نتیجه عالی است.

مرکز داده مرکوری که در ابتدای مقاله ذکر شد با مساحت 12600 متر مربع و ظرفیت 4 مگاوات بیش از یک سال است که فعالیت می کند. استفاده از خنک کننده آزاد همراه با خنک کننده تبخیری آدیاباتیک در این مرکز داده کارایی خود را به اثبات رسانده است.

مراکز داده فیسبوک

سیستم خنک کننده آدیاباتیک در مرکز داده فیس بوک

یکی دیگر از نمونه های بارز استفاده از فناوری های خنک کننده جدید، مراکز داده فیس بوک است. فیسبوک اولین مرکز داده خود را در شهر پرینویل آمریکا در سال 2010 ساخت. یک سال بعد، دومین مرکز داده اضافی در شهر فارست، کارولینای شمالی ساخته شد. این سایت ها دارای PUE 1.07 برای مرکز داده Prineville و 1.09 برای مرکز داده Forest City هستند. این تنها به دلیل کاهش تلفات در حین انتقال و تبدیل الکتریسیته و همچنین دمای هوای عملیاتی بالاتر در مرکز داده (+35 درجه سانتیگراد مجاز در قفسه‌ها در راهروی سرد) به دست آمد.

مراکز داده دارای سیستم خنک کننده سنتی هستند، اما فقط در شرایط اضطراری استفاده می شود. سیستم تهویه مطبوع اصلی خنک کننده آزاد مستقیم با چندین محفظه آماده سازی هوا است که هوای بیرون از آن عبور می کند.

ابتدا هوا از خارج توسط ورودی های هوای طبقه دوم گرفته شده و وارد محفظه آماده سازی می شود و در آنجا فیلتر شده و با هوای گرم مخلوط می شود. سپس هوا از پانل های تبرید عبور می کند. آنها یک محفظه رطوبت ساز با تعداد زیادی لوله هستند که آب مقطر را با نازل هایی تحت فشار بالا می پاشند و در نتیجه رطوبت را افزایش داده و دمای هوای دمیده شده را کاهش می دهند. برای جلوگیری از رسانایی جریان الکتریسیته توسط رطوبت پراکنده، از آب مقطر استفاده می شود. در طول مسیر هوا فیلترهای غشایی وجود دارد که ذرات بزرگ رطوبت را جدا می کند. سپس هوا توسط فن های قدرتمند به داخل اتاق ماشین هدایت می شود. فاضلاب در یک مخزن مخصوص جمع آوری و تصفیه می شود.

فیس بوک در باران

یک روز، ابری از رطوبت در داخل اتاق یخچالی مرکز داده فیس بوک در پرینویل تشکیل شد که به معنای واقعی کلمه اتاق های سرور را به همراه محاسبات ابری (به بهانه جناس) آنها پوشاند.

در سال 2001، این مرکز داده با مشکل سیستم کنترل مواجه شد که باعث شد دمای هوای مورد استفاده برای خنک کردن سرورها به بیش از 26 درجه سانتیگراد برسد و رطوبت از 95 درصد فراتر رود. در نتیجه، تراکم شروع به جمع شدن کرد و یک ابر بارانی تشکیل شد که کل فضا را با تجهیزات محاسباتی پر کرد. باور کردن اتفاقی که در حال رخ دادن بود غیرممکن بود. ما شروع کردیم به تماس با همکاران خود در مرکز تشدید مشکل، اما برای مدت طولانی آنها نمی توانستند بفهمند که ما در مورد چه نوع ابر بارانی صحبت می کنیم؟ متقاعد کردن آنها به اینکه درختان سیب در مریخ شکوفا شده اند راحت تر از متقاعد کردن آنها به داستانی در مورد باران بود.

فیسبوک برای صرفه جویی در مصرف برق، به جای سیستم سنتی، از هوای بیرون برای خنک کردن مرکز داده خود استفاده کرد. اما پس از از کار افتادن سیستم کنترل، هوای گرم شده با سطوح رطوبت کم شروع به چرخش مجدد از طریق یک سیستم خنک کننده مبتنی بر اواپراتور آب کرد.

این باعث شد که هوا بسیار مرطوب شود و ابری تشکیل شود که دردسرهای زیادی ایجاد کرد. برخی از سرورها کاملاً از کار افتاده بودند: آن متخصصانی که در مرکز داده بودند می توانستند جرقه و عذاب سرورها را تماشا کنند. تصور بدتر از این غیرممکن بود. با این حال، این حادثه دوباره اتفاق نیفتاد: متخصصان فیس بوک به دقت مخاطبینی را که سرورها به منابع تغذیه متصل بودند، جدا کردند و از آنها در برابر رطوبت محافظت کردند.

در روسیه چطور؟

سیستم های خنک کننده آدیاباتیک هنوز در روسیه محبوبیت زیادی ندارند، اما کارشناسان معتقدند که در سال های آینده، طراحان مراکز داده به طور فزاینده ای به آنها علاقه مند خواهند شد. دلیل این امر قانون فدرال FZ-261 است که محدودیت های سختی را برای مصرف انرژی تعیین می کند و نیاز به افزایش بهره وری انرژی تا سال 2020 تا 40 درصد دارد. تنها سناریوی ممکن که چنین الزاماتی را برآورده می کند، انتقال به خنک کننده آزاد در ترکیب با خنک کننده آدیاباتیک است. و اولین نمونه از چنین پیاده سازی ها در حال حاضر وجود دارد. به ویژه، این اصل خنک کننده در مرکز داده جدید DataPro در حال ساخت در مسکو استفاده خواهد شد.

طراحی این سایت شامل استفاده از یک راه حل مقرون به صرفه برای اطمینان از شرایط آب و هوایی لازم است - سیستم مدولار EcoBreeze که توسط اشنایدر الکتریک ساخته شده است. شرکت DataPro قصد دارد بزرگترین نصب این سیستم را در اروپا در مرکز داده بزرگ خود در مسکو در خیابان Aviamotornaya - تاسیساتی با ظرفیت نصب شده 20 مگاوات - اجرا کند. سیستم EcoBreeze با استفاده از اصل برج خنک کننده مرطوب (شکلی از فناوری خنک کننده آدیاباتیک) همراه با خنک کننده آزاد ساخته شده است که در این مقاله به آن پرداخته شده است. در مسکو که تعرفه های برق بالا است، استفاده از این سیستم باعث صرفه جویی قابل توجهی در هزینه های عملیاتی در مرکز داده می شود.

الکسی سولداتوف توضیح می دهد: "راه حل های فنی با استفاده از خنک کننده آدیاباتیک را نمی توان نوآورانه نامید، زیرا آنها با موفقیت در بسیاری از مراکز داده خارج از کشور استفاده می شوند." - اما استفاده از این اصل در مراکز داده روسیه پدیده نادری است. نصب EcoBreeze در سایت ما در مسکو یکی از اولین اجراها است.

اما در یک مرکز دیگر، در مرکز داده شرکت DataPro در Tver، از اصل سنتی استفاده از مسیرهای فریون برای خنک کردن اتاق های سرور و تجهیزات الکتریکی استفاده می شود که به دلیل هزینه سرمایه پایین و تعرفه پایین برق است.

در تاسیسات Tver، نسخه دیگری از اصل آدیاباتیک استفاده می شود - رطوبت همدما برای حفظ سطح رطوبت مورد نیاز در اتاق های سرور، در مقاله بعدی خود در مورد آن صحبت خواهیم کرد.

اصول کارکرد، اصول جراحی، اصول عملکرد
میخائیل بالکاروف گزیده ای از کتاب «سرور خنک کننده و مراکز داده. مبانی»، 2011.

اصل عملکرد یک سیستم خنک کننده آدیاباتیک اتمیزه کردن آب به شکل قطرات ریز است که به هوای گرم تزریق می شود. (آب باید از تمام ناخالصی ها پاک شود.) آب تبخیر شده در هوا می تواند آن را تا دمایی نزدیک به دمای دماسنج مرطوب خنک کند.

از نظر تئوری، حد خنک کننده در این فرآیند به میزان قابل توجهی کمتر است و برابر با دمای نقطه شبنم است. برای تحقق این امکان کافی است قسمتی از هوای اولیه را با تبخیر آب تا دمای حباب مرطوب خنک کنید و سپس از آن برای خنک کردن باقی مانده بدون رطوبت استفاده کنید. علاوه بر این، هوای سرد نیز مرطوب می شود و دمای کمتری به دست می آورد. این فرآیند را می توان دوباره با بخشی از هوا تکرار کرد و به دمای نزدیک به نقطه شبنم رسید. تنها مشکل فنی آشکار در دستیابی به حداقل دمای ممکن، افزایش چندین برابری حجم مورد نیاز هوای عرضه شده و منطقه مبدل حرارتی است.

چنین سیستم هایی یا بر اساس اصل برج های خنک کننده مرطوب ساخته می شوند - یعنی از سطح بزرگی از صفحات پوشیده شده با یک لایه نازک آب استفاده می کنند - یا آب را تحت فشار چند صد اتمسفر از طریق نازل های میکرونی در قطرات بسیار کوچک اسپری می کنند. مستقیما وارد مجاری هوا می شود.

در مرحله بعد، یا دما با چیزی که باید خنک شود مبادله می شود یا هوای مرطوب مستقیماً برای خنک کردن تجهیزات استفاده می شود. مصرف آب حدود 2 کیلوگرم به ازای هر 1 کیلووات در ساعت گرمای حذف شده است. از آنجایی که بیشتر آب تبخیر می شود، نیاز به ترکیب شیمیایی آن نیز به همین نسبت افزایش می یابد که این امر مستلزم استفاده از فیلترهای تبادل یونی یا فیلترهای اسمز معکوس است.

هنگام استفاده از انژکتورها، الزامات سختگیرانه ای در مورد آلودگی مکانیکی اعمال می شود؛ نصب میکروفیلترها پس از پمپ فشار بالا مورد نیاز است. این عوارض به این دلیل است که با شروع از اندازه قطرات مشخص، فرآیند تبخیر بسیار سریع اتفاق می افتد و به همین دلیل اندازه محفظه آبیاری به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.

استفاده از نازل های با قطر بیشتر، فشار متوسط ​​و کم، از نظر عملکرد نازل ها و فرآیند تصفیه آب آسان تر است. اما در عین حال، بخشی از آب در فرآیند شرکت نمی کند و تخلیه می شود (قطره ها زمان تبخیر کامل را ندارند)، علاوه بر این، اندازه اتاق های رطوبت قابل مقایسه با بقیه سیستم می شود.

یکی از راه های موثر برای افزایش بهره وری انرژی در مرکز داده، استفاده از خنک کننده هوای آدیاباتیک است که بر اساس ویژگی های منحصر به فرد آب است.

همانطور که مشخص است، برای ارزیابی کارایی مصرف انرژی در مراکز داده، از شاخص PUE (کارآمدی مصرف انرژی) استفاده می شود - نسبت کل مصرف انرژی به مصرف انرژی تجهیزات فناوری اطلاعات مرکز داده. همچنین یک نشانگر معکوس وجود دارد - DCE (کارایی مرکز داده). مقادیر PUE از 1.5 تا 2.0 معمولی در نظر گرفته می شود. دومی به این معنی است که تجهیزات فناوری اطلاعات تنها 50 درصد انرژی مصرف شده را مصرف می کنند (DCE = 0.5). در مورد سیستم های خنک کننده مکانیکی سنتی که از تهویه مطبوع تخصصی CRAC (Computer Room Air Conditioner) استفاده می کنند، معمولاً 35-40٪ از کل انرژی مصرفی را تشکیل می دهند.

اما رویکردی وجود دارد که امکان استفاده بسیار کارآمدتر از انرژی را در مرکز داده وجود دارد - خنک کننده هوای آدیاباتیک.

اصل روش

خنک کننده آدیاباتیک به دلیل خواص منحصر به فرد آب است که یکی از بالاترین مقادیر گرمای نهان تبخیر را در بین مایعات دارد (584.8 کیلو کالری بر کیلوگرم). اصل آن پاشیدن آب به شکل قطرات ریز است - از نظر انرژی، این بسیار مؤثرتر از خنک کننده مکانیکی است (همان اصل در پدیده های طبیعی نیز یافت می شود). در شرایط آدیاباتیک، که در آن محتوای انرژی کل محیط (که به صورت آنتالپی بیان می شود) بدون تغییر باقی می ماند، با تبخیر 1 لیتر آب در ساعت، 680 W (584.8/0.86، که در آن 0.86 ضریب تبدیل kcal/W است) از گرمای محسوس موجود در هوا و با دمای آن مشخص می شود، به گرمای نهان موجود در بخار آب حاصل تبدیل می شود. هنگام استفاده از مرطوب کننده های هوای نوع اسپری، مصرف انرژی خارجی نسبتاً کم است، مقدار معمول آنها فقط 4 وات در هر لیتر آب اسپری شده است که به دلیل کشش سطحی نسبتاً کم آب است. بنابراین، کارایی فرآیند خنک‌سازی آدیاباتیک به طور کلی با نسبت 680/4 = 170 مشخص می‌شود.

سرمایش مستقیم و غیر مستقیم

دو روش خنک کننده آدیاباتیک وجود دارد: DEC مستقیم (خنک کننده تبخیری مستقیم) و IEC غیر مستقیم (خنک کننده تبخیری غیر مستقیم). نمودار اجرای سازنده آنها در شکل نشان داده شده است. 1. خنک سازی مستقیم با پاشیدن آب در سمت ورودی انجام می شود. هوای تامینی که توسط تبخیر قطرات آب معلق در هوا خنک می‌شود، مستقیماً به حجم داخلی شیء سرویس‌دهی شده می‌رسد. با خنک کننده غیر مستقیم، آب به سمت اگزوز پاشیده می شود. هوای خنک شده وارد مبدل حرارتی صفحه ای می شود، جایی که گرمای محسوس با راندمان تقریباً 65 درصد بدون انتقال گرمای نهان متمرکز در بخار آب که در اثر تبخیر آب پاشیده شده در هود ایجاد می شود، مبادله می شود.

شرایط استفاده

هر دو روش بسته به ویژگی های گرما و رطوبت هوای اتمسفر محدودیت های خاصی در استفاده دارند. در دماهای نسبتاً پایین و رطوبت اتمسفر پایین، خنک‌کننده مستقیم آدیاباتیک DEC به‌طور قابل‌توجهی قابلیت‌های روش خنک‌کننده رایگان محبوب یا خنک‌کننده آزاد (FC) را که بدون پاشیدن آب در منبع و اگزوز انجام می‌شود، افزایش می‌دهد. سرمایش رایگان به شرطی امکان پذیر است که دمای هوای محیط از دمای داخل تأسیسات سرویس شده تجاوز نکند. در مورد DEC، به دلیل تبخیر آدیاباتیک آب اتمیزه شده، دمای هوای ورودی نسبت به دمای هوای محیط بیشتر کاهش می یابد. بنابراین، خنک کننده طبیعی، بدون استفاده از خنک کننده مکانیکی، در دمای هوای اتمسفر کمی بالاتر از دمای داخل جسم سرویس شده ارائه می شود. با این حال، محدودیتی در رابطه با اشباع هوا با بخار آب وجود دارد. افزایش همراه در آنتالپی نباید از مقادیری تجاوز کند که مطابق با دما و رطوبت نسبی مورد نیاز در داخل شیء سرویس شده باشد.

در مقابل، خنک‌سازی آدیاباتیک IEC تنها زمانی امکان‌پذیر است که دما و آنتالپی هوای داخل شیء مورد استفاده کمتر از دما و آنتالپی هوای محیط باشد.

همچنین باید در نظر داشت که سرمایش آزاد، علاوه بر محدودیت دمای فوق، تنها در شرایطی امکان پذیر است که رطوبت مطلق (رطوبت) هوای جو از مقدار مربوط به دما و رطوبت نسبی مورد نیاز تجاوز نکند. در داخل تاسیسات خدماتی

از این رو، سهم سرمایش مکانیکی (خنک‌کننده مکانیکی، MC) تنها ترکیبی از ویژگی‌های گرما-رطوبت هوای اتمسفر باقی می‌ماند، زمانی که در همان زمان دما و رطوبت مطلق آن از مقادیر مربوط به مقادیر مورد نیاز فراتر رود. دما و رطوبت نسبی داخل شیء سرویس شده

مقادیر بهینه دما و رطوبت نسبی در مراکز داده توسط توصیه های ASHRAE TC 9.9 (ویرایش 2008) تنظیم شده و به ترتیب 230 درجه سانتیگراد و 60 درصد است. در شکل شکل 2 نمودار i-d را نشان می دهد که محدودیت های ذکر شده در بالا را با در نظر گرفتن این مقادیر نشان می دهد، که به وضوح مناطق استفاده ترجیحی از روش های مختلف خنک کننده مراکز داده را نشان می دهد.

تحلیل مقایسه ای مصرف انرژی

ما ارزیابی مقایسه ای مصرف انرژی را هنگام استفاده از روش های مختلف مراکز داده خنک کننده انجام دادیم (نتایج این محاسبات در جدول خلاصه شده است). فرض بر این بود که تهویه مطبوع CRAC که در سیستم خنک کننده مکانیکی استفاده می شود، مانند اکثر مدل های دستگاه های موجود در بازار، دارای مقدار COP (ضریب عملکرد، مشخص کننده نسبت ظرفیت خنک کننده به مصرف برق) 2.8 هستند. مصرف انرژی واحدهای اسمز معکوس (RO) مورد استفاده در سیستم های تصفیه آب 2.4 W/(l/h) فرض می شود که با مقادیر معمولی مطابقت دارد.

نمونه‌هایی از مراکز داده که خنک‌کننده آدیاباتیک با موفقیت مورد استفاده قرار گرفته‌اند عبارتند از HP Wynyard Park (میدلزبرو، بریتانیا؛ عملیاتی از آوریل 2009، به ارزش 1.2 PUE) و مرکز داده فوجیتسو (نورنبرگ، آلمان؛ فعال از فوریه 2010، مقدار PUE رسیده است. 1.25). در هر دو مورد، کاهش هزینه های انرژی برای نیازهای سیستم های خنک کننده مرکز داده حدود 95٪ بود (یعنی هزینه های واقعی حدود 5٪ هزینه های خنک کننده مکانیکی است)، که در مثال اول باعث صرفه جویی سالانه 4.16 میلیون دلار شد. این اعداد برای خود صحبت می کنند.

حداکثر 35 تا 40 درصد از کل انرژی مصرف شده توسط یک مرکز داده صرف خنک کردن رک های سرور و سیستم های مهندسی می شود. اصل آدیاباتیک خنک کننده مرکز داده باعث کاهش قابل توجه مصرف انرژی در مقایسه با سیستم های سنتی می شود. یک روش اقتصادی برای خنک کردن یک مرکز داده در مرکز داده DataPro در مسکو پیاده سازی خواهد شد.

آب و هوا در مرکز داده

در سال‌های اخیر، تراکم قرارگیری تجهیزات در مراکز داده افزایش چشمگیری داشته و در کنار آن هزینه‌های برق نیز افزایش یافته است. در مراکز داده تجاری روسیه، یک رک به طور متوسط ​​بین 3 تا 10 کیلو وات مصرف می کند - تقریباً همان مقدار گرما باید از آن حذف شود. در عین حال، مهم ترین "سهم" به چشم انداز کلی مصرف انرژی توسط سیستم های خنک کننده انجام می شود: سهم آنها به 35-40٪ می رسد.

در تلاش برای بهینه سازی طراحی سنتی، کارشناسان سعی کرده اند با استفاده از مبردهای کارآمدتر و با انتخاب پارامترهای عملکرد بهینه سیستم، گرما را حذف کنند. اما اینها نیمی از اقدامات بود که امکان دستیابی به پس انداز قابل توجهی را فراهم نمی کرد.

پر انرژی ترین جزء در یک مدار خنک کننده سنتی، واحدهای کمپرسور و کندانسور هستند. حذف این اجزا در ترکیب با استفاده از هوای سرد بیرون (فری کولینگ نام علمی استفاده از خنک کننده آزاد است) اولین گام انقلابی به سمت یک سیستم خنک کننده بهینه و کم انرژی بود. این رویکرد توسط بسیاری از مراکز داده در سراسر جهان اتخاذ شده است. اصل خنک کننده رایگان اکنون به طور گسترده در بسیاری از مراکز داده در روسیه استفاده می شود - عمدتاً در مناطقی که دمای خارج از پنجره برای چندین ماه پایین می ماند. بدیهی است که استفاده از چنین فناوری در مورمانسک یا نوریلسک کاملاً موجه است. اما آیا می توان یک مرکز داده کارآمد در آب و هوای گرم ساخت؟ برای مراکز داده روسیه، این موضوع نیز بیکار نیست، زیرا در ماه های تابستان در عرض های جغرافیایی میانی و حتی شمالی دمای هوا می تواند بسیار بالا باشد.

خنک کننده گرم

مرکز داده "Mercury" شرکت eBay

به طور متناقض، نمونه های زیادی در سراسر جهان وجود دارد که مراکز داده در آب و هوای گرم واقع شده اند - در شرایط بسیار شدیدتر از روسیه. به عنوان مثال، eBay مرکز داده Mercury را در شهر آمریکایی فینیکس، آریزونا - در یک بیابان گرم، جایی که دماسنج در تابستان به 50 درجه سانتیگراد می‌رسد، ساخت. برای تجارت eBay به درخواست کاربران در سراسر جهان بسیار مهم است - در هر ثانیه حجم عظیمی از تراکنش ها در مجموع حدود 2 هزار دلار در پورتال این شرکت انجام می شود. یعنی قابلیت اطمینان تمامی سیستم های مرکز داده در رتبه اول لیست اولویت ها قرار دارد. به نظر می رسد که برای خنک کردن چنین مرکز داده ای، معقول تر است که آن را در عرض های جغرافیایی شمالی قرار دهیم.

و با این حال، eBay مرکز داده خود را در آریزونا ساخت و شکست نخورد. به نظر می رسد که استفاده از هوای خارجی مورد بحث نیست. اما، پس از تجزیه و تحلیل تمام گزینه های موجود برای کاهش مصرف انرژی، کارشناسان eBay به این نتیجه رسیدند که خنک کننده رایگان به بهترین وجه کارایی مورد نیاز یک مرکز داده جدید را در بیابان فراهم می کند. راز این است که رطوبت آدیاباتیک در ترکیب با خنک کننده رایگان در این مرکز استفاده شده است.

باد از دریا می‌وزید

مدت‌هاست متوجه شده‌اند که هوایی که از دریا می‌آید خنک‌تر از باد استپی است که در جهت ناحیه آب می‌وزد. در روم باستان، خانه ها به این ترتیب خنک می شدند: در زیر پنجره های باز استخری با فواره وجود داشت: با عبور از روی آب، هوا در نتیجه تبخیر آن خنک می شد.

برج های خنک کننده مرطوب نیز بر اساس این اصل هستند، یکی از قدیمی ترین روش های خنک کننده که به طور فعال در تولید استفاده می شود. اصل کار این سیستم ها بر پایه خنک کردن آب توسط جریانی از هوا است که از سطح آن دمیده می شود.

نسخه پیشرفته تر این فرآیند در سیستم های خنک کننده هوای آدیاباتیک استفاده می شود.

اقتصاد موضوع

خنک کننده آدیاباتیک یک مرکز داده یک سیستم ارزان و قابل اعتماد است که به واحدهای پیچیده و اجزای اضافی نیاز ندارد. برای اجرای رطوبت آدیاباتیک، عملاً به برق نیاز نیست - فقط آب مصرف می شود. بنابراین هزینه هوای خنک شده کم است که در صورت استفاده صحیح می تواند به میزان قابل توجهی بهره وری انرژی سیستم های تهویه مطبوع را بهبود بخشد.

به طور کلی، تجهیزات مراکز داده مدرن می توانند هم دمای بالاتر و هم افزایش رطوبت هوا را به خوبی تحمل کنند. پارامترهای توصیه شده توسط ASHRAE (انجمن مهندسین گرمایش، تبرید و تهویه مطبوع آمریکا) به عنوان محدودیت های قابل قبول استفاده می شود. ویرایش اول این توصیه ها که در سال 2004 منتشر شد، حد بالایی را 25 درجه سانتیگراد در رطوبت 40 درصد تعیین کرد، در حالی که نسخه دوم (2008) حد بالایی را 27 درجه سانتیگراد در رطوبت 60 درصد تعیین کرد. در توصیه های سال 2011، دو کلاس جدید تجهیزات برای مراکز داده ظاهر شد - A3 و A4 با محدوده دمایی تا 40 و 45 درجه. اگرچه چنین خنک کننده "گرم" هنوز گسترده نیست، دوستداران نوآوری فعالانه شروع به استفاده از آن می کنند. این به ما امکان می دهد تا به طور قابل توجهی جغرافیای کاربرد خنک کننده "سبز" را گسترش دهیم.

خنک کننده آدیاباتیک همیشه مورد نیاز نیست - فقط در گرم ترین ماه ها. در طول فصل سرد، خنک کننده با استفاده از هوای خارجی رخ می دهد. چندی پیش، سیستم های خنک کننده آدیاباتیک عمدتاً در مناطقی با آب و هوای خشک و گرم استفاده می شد. اما پیشرفت‌های اخیر تولیدکنندگان تجهیزات کنترل آب و هوا پتانسیل زیادی برای استفاده از سیستم‌های خنک‌کننده آدیاباتیک در مناطق اروپایی با آب و هوای معتدل نشان داده است.

میخائیل بالکاروف، کارشناس فنی در Emerson Network Power توضیح می دهد که نه دمای اولیه آب و نه دمای هوا بر خلاف رطوبت عملاً هیچ تأثیری بر فرآیند ندارند. - بنابراین اگر مرکز داده در بیابان واقع شده باشد، اما در عین حال منبع آب داشته باشد، نتیجه یک سیستم کاملاً مؤثر است. اما اگر در دمای هوای مثبت 25 درجه سانتیگراد باران ببارد، افسوس که نمی توان خنک کننده ای از سیستم استخراج کرد، زیرا در هنگام باران رطوبت هوای بیرون نزدیک به 100٪ است.

میخائیل خاطرنشان می کند که لازم است ناهنجاری های رطوبت محلی را که در نزدیکی آب های بزرگ رخ می دهد در نظر گرفت. علاوه بر این، در مناطق روسیه با آب و هوای متغیر، ممکن است لازم باشد دو سیستم به طور همزمان داشته باشید - سنتی و جایگزین، که به میزان قابل توجهی اندازه سرمایه گذاری را افزایش می دهد و ممکن است تمام تلاش ها برای صرفه جویی در پول را باطل کند.

نقطه ضعف روش خنک کننده آدیاباتیک نیز افزایش رطوبت هوا است. ممکن است این نگرانی وجود داشته باشد که رطوبت تهدیدی برای تجهیزات الکترونیکی حساس در یک مرکز داده باشد. یکی از نمونه‌های چنین حادثه‌ای در زیر مورد بحث قرار گرفته است (به بخش «فیس‌بوک در باران» مراجعه کنید).

از دیگر معایب سیستم خنک کننده آدیاباتیک، کارشناس به مصرف آب و لزوم تهیه این آب اشاره می کند. بالکاروف می گوید: «آب در اوج مصرف حدود 2 لیتر در ساعت در هر 1 کیلووات در ساعت و در فصل گرم به طور متوسط ​​حدود 0.3 لیتر در ساعت مصرف می شود. "این پول قابل توجهی است و با توجه به هزینه های پاکسازی، حتی قابل توجه تر است."

میخائیل بالکاروف تأکید می کند که تصفیه آب ضروری است، زیرا پس از تبخیر تمام مواد معدنی به شکل گرد و غبار در هوا به پایان می رسد. این متخصص توضیح می‌دهد: «و اگر برای برج‌های خنک‌کننده این فرآیند نسبتاً ارزانی است که با تمیز کردن خشن مرتبط است - تمیز کردن عمدتاً برای جلوگیری از رسوب در نظر گرفته شده است - نازل‌ها در یک سیستم آدیاباتیک به میکروفیلتر و فیلتراسیون اسمزی نیاز دارند.» بنابراین نه تنها هزینه سیستم، بلکه هزینه های عملیاتی نیز افزایش می یابد.

هنگام استفاده از خنک کننده آدیاباتیک، باید به یاد داشته باشید که باید مسائل مربوط به تامین آب، دفع آب و تصفیه آب را نیز حل کنید، که به نوبه خود به مشکلات معماری و سازه های ساختمانی تبدیل می شود. هزینه آب را فراموش نکنید. در حالی که قیمت آن با هزینه برق قابل مقایسه نیست، دائما در حال رشد است.

ضریب WUE

استفاده از سیستم های خنک کننده آدیاباتیک مصرف PUE و انرژی را کاهش می دهد، اما مصرف آب می تواند بسیار بالا باشد. بنابراین، سازمان گرین گرید در مارس 2011 پارامتر دیگری را معرفی کرد که مصرف آب مفید در یک مرکز داده را مشخص می کند - ضریب WUE (اثر مصرف آب). ضریب با استفاده از فرمول محاسبه می شود:

WUE = مصرف سالانه آب / ظرفیت تجهیزات فناوری اطلاعات

واحد اندازه گیری WUE l/kWh است.

فیسبوک اولین اپراتور مرکز داده ای شد که معنای WUE را آشکارا به اشتراک گذاشت. در مرکز داده واقع در پرینویل در نیمه دوم سال 2011، این پارامتر 0.22 لیتر بر کیلووات ساعت بود.

به طور کلی، استفاده از خنک کننده آدیاباتیک دستیابی به راندمان انرژی بالای مرکز داده را امکان پذیر می کند: ضریب PUE می تواند به مقدار 1.043 برسد، زیرا تجهیزات کمکی، از جمله سیستم خنک کننده، حتی در تابستان فقط حدودا مصرف می کنند. 4٪ از انرژی مرکز داده، و در زمستان - حتی کمتر (در فصل زمستان PUE حدود 1.018 است). راندمان سیستم های کمپرسور متراکم مبتنی بر چیلر یا تهویه مطبوع DX به طور قابل توجهی کمتر است؛ برای آنها PUE = 1.3 یک نتیجه عالی است.

مرکز داده مرکوری که در ابتدای مقاله ذکر شد با مساحت 12600 متر مربع و ظرفیت 4 مگاوات بیش از یک سال است که فعالیت می کند. استفاده از خنک کننده آزاد همراه با خنک کننده تبخیری آدیاباتیک در این مرکز داده کارایی خود را به اثبات رسانده است.

مراکز دادهفیس بوک

سیستم خنک کننده آدیاباتیک در مرکز دادهفیس بوک

یکی دیگر از نمونه های بارز استفاده از فناوری های خنک کننده جدید، مراکز داده فیس بوک است. فیسبوک اولین مرکز داده خود را در شهر پرینویل آمریکا در سال 2010 ساخت. یک سال بعد، دومین مرکز داده اضافی در شهر فارست، کارولینای شمالی ساخته شد. این سایت ها دارای PUE 1.07 برای مرکز داده Prineville و 1.09 برای مرکز داده Forest City هستند. این تنها به دلیل کاهش تلفات در حین انتقال و تبدیل الکتریسیته و همچنین دمای هوای عملیاتی بالاتر در مرکز داده (+35 درجه سانتیگراد مجاز در قفسه‌ها در راهروی سرد) به دست آمد.

مراکز داده دارای سیستم خنک کننده سنتی هستند، اما فقط در شرایط اضطراری استفاده می شود. سیستم تهویه مطبوع اصلی خنک کننده آزاد مستقیم با چندین محفظه آماده سازی هوا است که هوای بیرون از آن عبور می کند.

ابتدا هوا از خارج توسط ورودی های هوای طبقه دوم گرفته شده و وارد محفظه آماده سازی می شود و در آنجا فیلتر شده و با هوای گرم مخلوط می شود. سپس هوا از پانل های تبرید عبور می کند. آنها یک محفظه رطوبت ساز با تعداد زیادی لوله هستند که آب مقطر را با نازل هایی تحت فشار بالا می پاشند و در نتیجه رطوبت را افزایش داده و دمای هوای دمیده شده را کاهش می دهند. برای جلوگیری از رسانایی جریان الکتریسیته توسط رطوبت پراکنده، از آب مقطر استفاده می شود. در طول مسیر هوا فیلترهای غشایی وجود دارد که ذرات بزرگ رطوبت را جدا می کند. سپس هوا توسط فن های قدرتمند به داخل اتاق ماشین هدایت می شود. فاضلاب در یک مخزن مخصوص جمع آوری و تصفیه می شود.

فیس بوک در باران

یک روز، ابری از رطوبت در داخل اتاق یخچالی مرکز داده فیس بوک در پرینویل تشکیل شد که به معنای واقعی کلمه اتاق های سرور را به همراه محاسبات ابری (به بهانه جناس) آنها پوشاند.

در سال 2001، این مرکز داده با مشکل سیستم کنترل مواجه شد که باعث شد دمای هوای مورد استفاده برای خنک کردن سرورها به بیش از 26 درجه سانتیگراد برسد و رطوبت از 95 درصد فراتر رود. در نتیجه، تراکم شروع به جمع شدن کرد و یک ابر بارانی تشکیل شد که کل فضا را با تجهیزات محاسباتی پر کرد. باور کردن اتفاقی که در حال رخ دادن بود غیرممکن بود. ما شروع کردیم به تماس با همکاران خود در مرکز تشدید مشکل، اما برای مدت طولانی آنها نمی توانستند بفهمند که ما در مورد چه نوع ابر بارانی صحبت می کنیم؟ متقاعد کردن آنها به اینکه درختان سیب در مریخ شکوفا شده اند راحت تر از متقاعد کردن آنها به داستانی در مورد باران بود.

فیسبوک برای صرفه جویی در مصرف برق، به جای سیستم سنتی، از هوای بیرون برای خنک کردن مرکز داده خود استفاده کرد. اما پس از از کار افتادن سیستم کنترل، هوای گرم شده با سطوح رطوبت کم شروع به چرخش مجدد از طریق یک سیستم خنک کننده مبتنی بر اواپراتور آب کرد.

این باعث شد که هوا بسیار مرطوب شود و ابری تشکیل شود که دردسرهای زیادی ایجاد کرد. برخی از سرورها کاملاً از کار افتاده بودند: آن متخصصانی که در مرکز داده بودند می توانستند جرقه و عذاب سرورها را تماشا کنند. تصور بدتر از این غیرممکن بود. با این حال، این حادثه دوباره اتفاق نیفتاد: متخصصان فیس بوک به دقت مخاطبینی را که سرورها به منابع تغذیه متصل بودند، جدا کردند و از آنها در برابر رطوبت محافظت کردند.

در روسیه چطور؟

سیستم های خنک کننده آدیاباتیک هنوز در روسیه محبوبیت زیادی ندارند، اما کارشناسان معتقدند که در سال های آینده، طراحان مراکز داده به طور فزاینده ای به آنها علاقه مند خواهند شد. دلیل این امر قانون فدرال FZ-261 است که محدودیت های سختی را برای مصرف انرژی تعیین می کند و نیاز به افزایش بهره وری انرژی تا سال 2020 تا 40 درصد دارد. تنها سناریوی ممکن که چنین الزاماتی را برآورده می کند، انتقال به خنک کننده آزاد در ترکیب با خنک کننده آدیاباتیک است. و اولین نمونه از چنین پیاده سازی ها در حال حاضر وجود دارد. به ویژه، این اصل خنک کننده در مرکز داده جدید DataPro در حال ساخت در مسکو استفاده خواهد شد.

طراحی این سایت شامل استفاده از یک راه حل مقرون به صرفه برای اطمینان از شرایط آب و هوایی لازم است - سیستم مدولار EcoBreeze که توسط اشنایدر الکتریک ساخته شده است. شرکت DataPro قصد دارد بزرگترین نصب این سیستم را در اروپا در مرکز داده بزرگ خود در مسکو در خیابان Aviamotornaya - تاسیساتی با ظرفیت نصب شده 20 مگاوات - اجرا کند. سیستم EcoBreeze با استفاده از اصل برج خنک کننده مرطوب (شکلی از فناوری خنک کننده آدیاباتیک) همراه با خنک کننده آزاد ساخته شده است که در این مقاله به آن پرداخته شده است. در مسکو که تعرفه های برق بالا است، استفاده از این سیستم باعث صرفه جویی قابل توجهی در هزینه های عملیاتی در مرکز داده می شود.

الکسی سولداتوف توضیح می دهد: "راه حل های فنی با استفاده از خنک کننده آدیاباتیک را نمی توان نوآورانه نامید، زیرا آنها با موفقیت در بسیاری از مراکز داده خارج از کشور استفاده می شوند." - اما استفاده از این اصل در مراکز داده روسیه پدیده نادری است. نصب EcoBreeze در سایت ما در مسکو یکی از اولین اجراها است.

اما در یک مرکز دیگر، در مرکز داده شرکت DataPro در Tver، از اصل سنتی استفاده از مسیرهای فریون برای خنک کردن اتاق های سرور و تجهیزات الکتریکی استفاده می شود که به دلیل هزینه سرمایه پایین و تعرفه پایین برق است.

در تاسیسات Tver، نسخه دیگری از اصل آدیاباتیک استفاده می شود - رطوبت همدما برای حفظ سطح رطوبت مورد نیاز در اتاق های سرور، در مقاله بعدی خود در مورد آن صحبت خواهیم کرد.

اصول کارکرد، اصول جراحی، اصول عملکرد

میخائیل بالکاروف گزیده ای از کتاب "خنک سازی اتاق های سرور و مراکز داده. مبانی."، 2011

اصل عملکرد یک سیستم خنک کننده آدیاباتیک اتمیزه کردن آب به شکل قطرات ریز است که به هوای گرم تزریق می شود. (آب باید از تمام ناخالصی ها پاک شود.) آب تبخیر شده در هوا می تواند آن را تا دمایی نزدیک به دمای دماسنج مرطوب خنک کند.

از نظر تئوری، حد خنک کننده در این فرآیند به میزان قابل توجهی کمتر است و برابر با دمای نقطه شبنم است. برای تحقق این امکان کافی است قسمتی از هوای اولیه را با تبخیر آب تا دمای حباب مرطوب خنک کنید و سپس از آن برای خنک کردن باقی مانده بدون رطوبت استفاده کنید. علاوه بر این، هوای سرد نیز مرطوب می شود و دمای کمتری به دست می آورد. این فرآیند را می توان دوباره با بخشی از هوا تکرار کرد و به دمای نزدیک به نقطه شبنم رسید. تنها مشکل فنی آشکار در دستیابی به حداقل دمای ممکن، افزایش چندین برابری حجم مورد نیاز هوای عرضه شده و منطقه مبدل حرارتی است.

چنین سیستم هایی یا بر اساس اصل برج های خنک کننده مرطوب ساخته می شوند - یعنی از سطح بزرگی از صفحات پوشیده شده با یک لایه نازک آب استفاده می کنند - یا آب را تحت فشار چند صد اتمسفر از طریق نازل های میکرونی در قطرات بسیار کوچک اسپری می کنند. مستقیما وارد مجاری هوا می شود.

در مرحله بعد، یا دما با چیزی که باید خنک شود مبادله می شود یا هوای مرطوب مستقیماً برای خنک کردن تجهیزات استفاده می شود. مصرف آب حدود 2 کیلوگرم به ازای هر 1 کیلووات در ساعت گرمای حذف شده است. از آنجایی که بیشتر آب تبخیر می شود، نیاز به ترکیب شیمیایی آن نیز به همین نسبت افزایش می یابد که این امر مستلزم استفاده از فیلترهای تبادل یونی یا فیلترهای اسمز معکوس است.

هنگام استفاده از انژکتورها، الزامات سختگیرانه ای در مورد آلودگی مکانیکی اعمال می شود؛ نصب میکروفیلترها پس از پمپ فشار بالا مورد نیاز است. این عوارض به این دلیل است که با شروع از اندازه قطرات مشخص، فرآیند تبخیر بسیار سریع اتفاق می افتد و به همین دلیل اندازه محفظه آبیاری به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.

استفاده از نازل های با قطر بیشتر، فشار متوسط ​​و کم، از نظر عملکرد نازل ها و فرآیند تصفیه آب آسان تر است. اما در عین حال، بخشی از آب در فرآیند شرکت نمی کند و تخلیه می شود (قطره ها زمان تبخیر کامل را ندارند)، علاوه بر این، اندازه اتاق های رطوبت قابل مقایسه با بقیه سیستم می شود.

شرح:

بدیهی است که حتی در یک منطقه که افراد به ورزش بدنی می پردازند، سیستم های تهویه مطبوع باید با در نظر گرفتن این واقعیت طراحی شود که در چنین منطقه ای، مناطق جداگانه ای برای انواع فعالیت های بدنی در نظر گرفته شده است و هوا درمانی برای آنها باید انجام شود. به شیوه ای خاص سازماندهی شده است.

آسایش اقلیمی در مراکز تناسب اندام

خنک کننده آدیاباتیک با بازیابی گرما

مراکز تناسب اندام مؤسسات جداگانه ای هستند یا بخشی از مجموعه های چند منظوره مختلف (استخرها، هتل ها و غیره) هستند. در سال های اخیر، مناطق بسیار بزرگ (تا 5000 متر مربع) به طور فزاینده ای برای مراکز تناسب اندام اختصاص یافته است. مراکز تناسب اندام نه تنها شامل سالن های ورزشی، بلکه استخرهای شنا، مناطق استراحت با امکانات هیدروماساژ، سولاریوم، سونا، حمام ترکی، و همچنین رستوران ها و بارها هستند.

بدیهی است که حتی در یک منطقه که افراد به ورزش بدنی می پردازند، سیستم های تهویه مطبوع باید با در نظر گرفتن این واقعیت طراحی شود که در چنین منطقه ای، مناطق جداگانه ای برای انواع فعالیت های بدنی در نظر گرفته شده است و هوا درمانی برای آنها باید انجام شود. به شیوه ای خاص سازماندهی شده است.

به طور معمول، چنین تقسیم بندی در حال حاضر در مرحله تهیه یک طرح کلی تسهیلات انجام می شود، زیرا برخی از انواع تمرینات بدنی به سادگی سازگار نیستند: به عنوان مثال، ایروبیک، که در آن افراد زیادی در یک اتاق نسبتا کوچک هستند، و تمرینات روی تجهیزات ورزشی که در سالن های بزرگتر انجام می شود، زیرا علاوه بر فضای ورزشکاران، فضای لازم برای قرار دادن خود دستگاه های ورزشی نیز لازم است. نوع خاص دیگر ورزش، ورزش بر روی دوچرخه های ورزشی است که مشکل اصلی حذف رطوبت با در نظر گرفتن حجم زیاد گرمای نهان ورزشکاران است.

داده های طراحی

هر منطقه از مرکز تناسب اندام با نرخ اشغال متفاوت و انواع تمرینات بدنی مشخص می شود که بر پارامترهای ریزاقلیم محاسبه شده تأثیر می گذارد. در شکل شکل 1 دینامیک نوسانات دمای هوا را بسته به نوع فعالیت بدنی و لباس ورزشکاران با شاخص عایق حرارتی 0.1 clo (بسیار سبک)، 0.5 (سبک) و 0.9 (سنگین) (خلاصه کلو - واحد حرارتی نشان می دهد. عایق لباس).

بار حرارتی ایجاد شده توسط شخص نیز با تمرینات بدنی انجام شده تعیین می شود. جدول پارامترهای میانگین شاخص متابولیک (Met) (برون ده گرمایی انسان) را در طول انواع مختلف ورزش نشان می دهد. مقدار 1 Met مربوط به 58 W/m2 است. علاوه بر نوع تمرین بدنی، تولید گرما نیز با شدت تمرین تعیین می شود. در افرادی که آموزش ندیده و عادت به بارهای سنگین ندارند، تولید گرما معمولاً به حداکثر می رسد - بدن بیشترین مقدار گرما را آزاد می کند، عمدتاً به صورت نهفته (به صورت تعریق) که جبران حرارتی و استفاده از افزایش است. دمای ناشی از تنش عضلانی به عنوان یک قاعده، تمریناتی که به تنش شدید نیاز دارند طولانی نیستند و باید به تناوب در طول جلسه انجام شوند. به عنوان مثال، اگر یک اتاق دوچرخه ورزشی را در نظر بگیریم، که در آن میانگین مدت کلاس ها از 20 تا 40 دقیقه متغیر است، دوره حداکثر استرس، زمانی که بیشترین مقدار گرما آزاد می شود، بیش از 5-10 دقیقه طول نمی کشد.

راندمان حذف حرارت فیزیکی، به ویژه گرمای نهان، تا حد زیادی توسط سطح رطوبت نسبی در اتاق تعیین می شود. در نتیجه، با استرس فیزیکی یکسان، فردی که در اتاقی است که رطوبت نسبی هوا در آن کمتر است، کمتر از کسی که در اتاقی با رطوبت هوای بالاتر ورزش می کند، عرق می کند، زیرا در حالت اول هوا کمتر اشباع می شود و ... تمایل بیشتری به جذب بخار آب ترشح شده از پوست انسان دارد.

در این شرایط تنظیم سطح رطوبت در سالن ورزشی از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

میز 1

نوع ورزش بدنی Met (1 Met = 58 W/m2) دستگاه آموزشی 3–4 رقص های مدرن و محلی 4–5 تربیت بدنی 4–6 تنیس 5–7 ایروبیک 6–8 دویدن با سرعت 15 کیلومتر در ساعت 9 دویدن 12 کیلومتر در ساعت 8 دویدن با سرعت 9 کیلومتر در ساعت 7 هنرهای رزمی، بوکس 7–9 دوچرخه تمرینی 8–10

عامل مهم دیگری که باید در نظر گرفته شود سرعت هوا است، زیرا با در نظر گرفتن نوع فعالیت بدنی، میزان تبادل گرما بین بدن انسان و هوای اتاق را تعیین می کند. در این راستا، توصیه می شود از معیار ارزیابی پیشنهاد شده توسط P. Ole Fanger، استاد دانشگاه فنی دانمارک استفاده کنید، که به ویژه خاطرنشان می کند: "وضعیت راحتی به طور مستقیم به دمای متوسط ​​پوست بستگی دارد و نیروی حرارتی صادر شده توسط بدن به شکل ترشح مایع است که عمدتاً از طریق مکانیسم تعریق رخ می دهد.

مجموع تولید گرمای فردی که با لباس ورزشی مناسب ورزش می کند 390 وات است که 135 وات آن گرمای محسوس و 255 وات گرمای نهان است (شکل 2). با توجه به اینکه گرمای تبخیر 2501 ژول بر گرم است، مقدار 255 وات مربوط به خروج بخار آب در حجم 367 گرم در ساعت برای هر نفر است.

پارامترهای طراحی

با توجه به موارد فوق و با در نظر گرفتن هدف سالن های اختصاصی برای ورزش های مختلف، می توان حداقل پارامترهای طراحی را برای جریان حجمی هوا برای اتاق های جداگانه تعیین کرد. هنگام محاسبه تبادل هوا، باید میزان بخار آب ایجاد شده در اثر تعریق، تعداد افرادی که ورزش می کنند و نوع خاص ورزش را در نظر بگیرید. محاسبه جریان حجمی فقط بر اساس داده‌های مبادله هوای مورد نیاز (معمولاً از 60 تا 120 متر بر ساعت برای هر نفر) در اینجا کافی نیست، زیرا اصلاحات برای حذف رطوبت و تقاضای گرما ضروری است. پس از تعیین حجم کل رطوبت آزاد شده در اتاق (q mv، بیان شده بر حسب گرم در ساعت)، میزان جریان حجمی هوای مورد نیاز برای حذف رطوبت از هوا با تفاوت بین رطوبت مطلق هوای داخلی و هوای عرضه شده تعیین می شود. با فرمول محاسبه می شود:

q ma = q mu / x a – x ​​m، kg/h،

V a = q ma / p a، m 3 / h.

مقدار هوای مورد نیاز برای خنثی کردن بار حرارتی فیزیکی (q s) با تفاوت بین دمای هوای داخلی و هوای ورودی تعیین می شود و با فرمول محاسبه می شود:

Va = q s (بار حرارتی فیزیکی) / 0.34 ∆t، m 3 /h.

لازم به ذکر است (به هر حال، این شرایط اغلب نادیده گرفته می شود) که بدن انسان در طول تمرینات بدنی طولانی مدت، اکسیژن هوا را به مقدار قابل توجهی مصرف می کند. بنابراین، هرچه ورزشی که اتاق برای آن در نظر گرفته شده شدیدتر باشد، مهمتر است که از تبادل هوای مورد نیاز اطمینان حاصل شود، صرف نظر از اینکه پارامترهای گرما و رطوبت واقعی اتاق تا چه اندازه الزامات نظارتی یا داده های محاسبه شده را برآورده می کند. به منظور ایجاد آسایش لازم، محل مراکز تناسب اندام در حالت کار باید به طور مداوم با جریان ثابت هوای بیرون فراهم شود.

تجهیزات خاص

برای مراکز تناسب اندام تهویه مطبوع، سیستم های تصفیه هوا با طراحی خاص از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند. این تجهیزات دارای تعدادی ویژگی طراحی متمایز است:

قدرت خنک کنندگی و حذف رطوبت را در حجم مورد نیاز برای یک نوع تمرین بدنی خاص فراهم می کند.

هنگامی که مقادیر جریان حجمی هوا و پارامترهای گرما و رطوبت هوای عرضه شده بسته به گرمای محسوس و نهان که باید حذف شود تنظیم می شود، بسته به تمرینات بدنی انجام شده، می توان پارامترهای ریزاقلیم را دقیقاً تنظیم کرد.

مشخصه این تجهیزات کاهش مصرف انرژی به لطف دو فناوری مدرن است:

بازیابی گرما از هوای خروجی با استفاده از دو مبدل حرارتی جریان متقابل که در خط نصب شده و در جریان مخالف کار می کنند.

سیستم خنک کننده آدیاباتیک همراه با یک سیستم خنک کننده مبتنی بر چرخه تبرید.

سرعت جریان هوای این تجهیزات از 1200 تا 27000 متر مربع در ساعت متغیر است، کل بار تبرید (سیستم آدیاباتیک به اضافه واحد تبرید) از 6.6 تا 159 کیلو وات متغیر است.

ما در مورد سیستم های کاملاً مستقل صحبت می کنیم که به طور کامل با تجهیزات الکتریکی و یک سیستم کنترل خودکار عرضه می شوند. فن های تغذیه و اگزوز دارای یک پروانه چرخش آزاد با کارایی بالا با پره های خمیده هستند که مستقیماً روی محور موتور الکتریکی نصب شده است که سرعت چرخش آن توسط یک اینورتر جداگانه کنترل می شود. عملکرد سیستم به طور کلی توسط سنسورهای ارتعاش ویژه تنظیم می شود. فیلترهای کیسه ای (کلاس EU4) روی مکش (هوای بیرون و هوای خروجی) نصب می شوند، به راحتی حذف می شوند، فواصل تعمیر و نگهداری مطابق با قرائت سنسور فشار دیفرانسیل واقع در تابلوی برق اصلی مشاهده می شود.

سیستم بازیابی حرارت هوای خروجی مبتنی بر دو مبدل حرارتی صفحه ای با جریان متقاطع است که در خط نصب شده اند.

واحد بازسازی امکان تلفات بار بسیار کم را فراهم می کند در حالی که ضریب انتقال حرارت و راندمان بازیابی انرژی را تا 75 درصد افزایش می دهد. تشت جمع آوری میعانات با تخلیه اجباری از پلی پروپیلن ساخته شده است. خنک‌سازی هوای آدیاباتیک با پاشیدن آب بر روی سطح مبدل‌های آب اتفاق می‌افتد و افت دما حدود 10 درجه سانتی‌گراد ایجاد می‌کند. این تاسیسات مجهز به نازل، سیستم تنظیم سطح آب، شیر تامین و تخلیه آب، پمپ چرخش، فیلتر، سیستم تعویض آب و سیکل شستشوی اتوماتیک می باشد.

حالت های عملیاتی

در شکل شکل های 3-7 حالت های عملکرد این تجهیزات را در زمان های مختلف سال نشان می دهد. در شکل شکل 3 حالتی را با بازیابی کامل گرما نشان می دهد که سرمایش تابستانی یا گرمایش زمستانی هوای داخل را فراهم می کند. در طول دوره انتقال، نصب را می توان در حالت بازیابی حرارت نسبی با دور زدن (دور زدن) حجم معینی از هوا از مبدل حرارتی (شکل 4) یا در حالت خنک کننده کامل طبیعی در طول دوره انتقال یا شب از طریق دور زدن کامل شروع کرد. (بدون بازیابی گرما) زمانی که بیشترین حجم جریان هوا را تا 10% افزایش می دهد (شکل 5).

در تابستان، از یک سیستم خنک کننده آدیاباتیک استفاده می شود (شکل 6)، که در دمای بیرونی بالا، می تواند با یک سیستم خنک کننده و رطوبت زدایی از طریق یک چرخه تبرید ادغام شود (شکل 7).

با اختصارات از مجله RCI ترجمه شده است.

ترجمه از ایتالیایی S. N. Bulekova.