Adiabatické chladiace systémy. Aplikácia adiabatického zvlhčovania na chladenie vzduchu Praktické aspekty implementácie systému

02.09.2023

Ako je známe, adiabatické zvlhčovanie umožňuje nielen zvýšenie vlhkosti vzduchu, ale aj zníženie jeho teploty, čím sa spájajú procesy zvlhčovania a chladenia. Zároveň na realizáciu adiabatického zvlhčovania nie je potrebná prakticky žiadna spotreba energie - spotrebováva sa iba voda. Náklady na chladený a zvlhčený vzduch sú teda nízke, čo pri správnom používaní môže výrazne zlepšiť energetickú účinnosť rôznych systémov.

Adiabatické zvlhčovanie vnútorného vzduchu

Najjednoduchšou aplikáciou procesu adiabatického zvlhčovania je ochladzovanie vetracieho vzduchu – prívodného aj recirkulačného. Chladenie prebieha bez použitia parného chladiaceho cyklu a významnej spotreby energie. Vzniknutý vzduch však obsahuje veľa vlhkosti a jeho priamy prívod do miestnosti vytvorí pre človeka nepríjemné podmienky.

Napríklad pri adiabatickom zvlhčovaní štandardného vonkajšieho vzduchu pre Moskovský región s teplotou 28 °C a entalpiou 54 kJ/kg (relatívna vlhkosť 43 %) na človeku príjemných 22 °C sa vlhkosť zvýši na 74 %, čo je viac ako odporúčané maximum 60 %.

Situácia sa ešte zhorší, ak je vonkajší vzduch ešte teplejší alebo vlhký (adiabatické ochladzovanie z 26°C/55% na 22°C prinesie výkon 78% a z 30°C/40% na 82%).

Priame ochladzovanie vzduchu metódou adiabatického zvlhčovania je teda obmedzené maximálnou vlhkosťou vzduchu 60 %, preto ho treba považovať len za pomocný proces pri vytváraní komfortnej vnútornej mikroklímy. Jeden zo spôsobov, ako vytvoriť komfortné podmienky za účasti adiabatického zvlhčovania - nepriame chladenie odparovaním - bol diskutovaný v článku „Výpočet nepriameho odparovacieho chladiaceho systému“ („Svet klímy“ č. 71).

Adiabatické zvlhčovanie vzduchu pred kondenzátorom

Ďalším využitím adiabatického zvlhčovania je predchladenie vzduchu, ktorý sa privádza do kondenzátora klimatizačného systému. Táto metóda je najžiadanejšia v teplej sezóne.

V tomto prípade nezáleží na tom, aký druh klimatizačného systému sa zvažuje - domáci split systém, viaczónový systém alebo chladiaci systém na báze chladiča. Konštrukcia kondenzátora (vstavaného alebo vzdialeného) tiež nezáleží, aj keď, samozrejme, takéto riešenia sú jednoduchšie na použitie v kombinácii so vzdialeným kondenzátorom. Okrem toho je predmetný systém vhodný na použitie nielen s kondenzátormi, ale aj so suchými chladičmi (drycoolers).

Riešenie je založené na skutočnosti, že teplota vzduchu chladiaceho kondenzátor určuje kondenzačnú teplotu chladiva v parnom kompresnom chladiacom cykle a čím je táto teplota nižšia, tým je spotreba energie chladiaceho systému nižšia, tj. tým vyššia je jeho energetická účinnosť.

Ako je známe, zníženie kondenzačnej teploty o 1 °C vedie k zvýšeniu koeficientu výkonu o 3 %. Na základe ID diagramu môžeme konštatovať, že adiabatické zvlhčovanie je celkom schopné znížiť kondenzačnú teplotu aj o 10 °C. A to je už tretie zvýšenie energetickej účinnosti klimatizačného systému.

Základná schéma adiabatického zvlhčovania vzduchu pred kondenzátorom je nasledovná (obr. 1): voda zo zdroja vody prechádza čistiacim systémom, potom je čerpaná čerpadlom a rozprašovaná tryskami do prúdu vzduchu vpredu. kondenzátora. Vzhľad inštalácie je znázornený na obr. 2.

Zloženie systému

Vo všeobecnosti sa systém adiabatického zvlhčovania vzduchu pred kondenzátorom skladá z nasledujúcich prvkov:

riadiaci systém so zabudovaným regulátorom;
potrubia s injektormi (tryskami) vyrobenými na mieru - na obr. 3, namontovaný na strane nasávania vzduchu;
elektrický ventil na vypúšťanie vody;
reduktor s manometrom na nastavenie požadovaného tlaku vody pre efektívne striekanie;
Mäkká voda (zmäkčovač vody) je elektronické zariadenie, ktoré znižuje tvrdosť vody, aby sa zabránilo * usadzovaniu vodného kameňa na rebrovanom povrchu výmenníka tepla (kondenzátora);

elektrický ventil na ovládanie prívodu vody;

termostat na ochranu pred zamrznutím vody v chladnom období;
ovládacia skriňa chránená pred vodou (verzia IP65 pri inštalácii vonku v blízkosti zvlhčovacieho systému).

Ryža. 3. Vzhľad vstrekovačov

Účinnosť zvlhčovania priamo závisí od stupňa atomizácie vody, to znamená od priemeru výsledných kvapiek. V dýzach používaných v adiabatických zvlhčovacích systémoch je priemer kvapiek spravidla v rozsahu 0,06 až 0,08 mm.

Ďalšou dôležitou charakteristikou pre hodnotenie prúdenia zmesi kvapôčok vzduchu a vody je rýchlosť stúpania kvapôčky. Ak je rýchlosť stúpania kvapky nižšia ako rýchlosť prúdenia vzduchu vytvoreného ventilátorom kondenzátora, potom je kvapka unášaná vzduchom. Nesenie kvapky mimo hranice výmenníka tepla je samozrejme nežiaduce. V tabuľke Obrázok 1 znázorňuje charakteristické rýchlosti stúpania kvapiek v závislosti od priemeru.

Tabuľka 1. Závislosť rýchlosti stúpania kvapky od jej priemeru

d kvapky, mm	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

Na zníženie odstraňovania kvapiek za kondenzátorom sa odporúča obmedziť rýchlosť vzduchu na 2-2,3 m/s.

Výpočet adiabatického zvlhčovacieho systému pomocou trysiek

Prestup tepla a hmoty v komorách je charakterizovaný pomerom skutočného prestupu tepla k maximálnemu možnému prestupu tepla v ideálnej komore. Tento vzťah je vo všeobecnosti vyjadrený vzorcom:

kde I 1, I 2 sú počiatočné a konečné entalpie vzduchu, kJ/kg; Ja“ v.n. — entalpia nasýteného vzduchu na povrchu vody pri jej počiatočnej teplote; ΔI, ΔI a sú v tomto poradí skutočné a maximálne (ideálne) rozdiely entalpie.

Ako charakteristiky účinnosti procesov prenosu tepla a hmoty sa používajú dva koeficienty účinnosti:

kde t v.n., t v.k. — počiatočná a konečná teplota vody, °C; t c1, t c2, t m1, t m2 - počiatočná a konečná teplota vzduchu podľa suchých a mokrých teplomerov, °C.

Koeficient E' sa nazýva univerzálny, pretože experimentálne testovanie preukázalo jeho vhodnosť na popis a výpočet všetkých procesov úpravy vzduchu vodou.

Zároveň poznamenávame, že v izoenthalpických (adiabatických) procesoch t m2 = t m1, teda E a = E’.

Pri výpočtoch procesov, ktoré sa vyskytujú pri zmenách entalpie vzduchu, sa navyše používa rovnica tepelnej rovnováhy medzi vzduchom a vodou:

kde B = W / G je koeficient zavlažovania.

Koeficienty E, E' a Ea závisia od priemeru výstupného otvoru. Najmä s priemerom 5 mm máme:

kde v a ρ sú rýchlosť a hustota vzduchu; vzorec je použiteľný pre tlak vody do 2,5 bar.

Pre rozsah teplôt mokrého teplomera 8 °C - 20 °C možno rovnicu tepelnej bilancie znázorniť približne takto:

Z rovníc (1), (2) a (3) môžeme získať vzorce na určenie teploty vzduchu a vody:

Kombinované použitie rovníc popisujúcich zmeny koeficientov E' a E a rovnice tepelnej bilancie umožňuje vykonávať akékoľvek výpočty, vrátane hľadania neznámych konečných alebo počiatočných parametrov vzduchu. Hlavné parametre, ktoré by sa mali určiť pri výpočte uvažovaných systémov adiabatického zvlhčovania, sú teplota zvlhčovaného vzduchu a množstvo vody potrebné na zvlhčovanie.

Praktické aspekty implementácie systému

Z praktického hľadiska sú dôležité vlastnosti dodávanej vody.

Maximálna tvrdosť vody by mala byť v rozmedzí 8-12°Zh (°Zh - stupeň tvrdosti, jednotka merania tvrdosti vody, zavedená v Rusku od roku 2005 a zodpovedajúca koncentrácii prvku alkalickej zeminy, číselne sa rovná na 1/2 svojho molu, vyjadreného v mg/dm3; 1°F = 1 mEq/l). Inými slovami, maximálny obsah CaC03 je 80-120 ppm.

Hodnota pH (pH je vodíkový indikátor; hodnota charakterizujúca koncentráciu vodíkových iónov) vody by mala byť nižšia ako 7, aby sa zabránilo korózii na rebrovanom povrchu výmenníka tepla.

Pre správnu funkciu postrekovacieho systému musí byť pretlak vody pred tryskou minimálne 2,5 baru. Prietok vody jednou tryskou závisí od konkrétneho modelu vstrekovača, pri tlaku 2,5 bar sa môže pohybovať od 1,15 do 1,9 l/min. (69-114 kg/h).

Z hľadiska dispozičného riešenia systému je potrebné, aby sa rozprášená voda nedostala ku kondenzátoru, pretože jej výskyt na povrchu výmenníka tepla zhorší prenos tepla a tým skomplikuje proces kondenzácie. Preto je odporúčaná vzdialenosť od trysiek k okraju výmenníka tepla 20-50 cm.

Okrem toho poznamenávame, že v praxi nie je vždy možné dosiahnuť úplné odparenie rozprášenej vody. Preto, ak je inštalácia umiestnená vo výške a spad neodparenej vody smerom nadol je nežiaduci, je potrebné nainštalovať vaničku a vypustiť drenáž do kanalizácie. Najčastejšie sa však takéto schémy realizujú pre kondenzátory umiestnené buď priamo na zemi alebo na streche budovy. V týchto prípadoch sa paleta spravidla nevyžaduje.

Ďalšie výhody

Použitie systému zvlhčovania vzduchu pred kondenzátorom poskytuje množstvo ďalších výhod. Najmä suchá chladiaca veža alebo vzdialený vzduchový kondenzátor sa vyberá na použitie pri nižšej vonkajšej teplote, čo umožňuje zmenšiť veľkosť teplovýmennej plochy, a teda aj samotného zariadenia. Všímame si aj možnosť chladenia kvapaliny pri vyššej vonkajšej teplote. To umožňuje používanie zariadenia pri vonkajších teplotách prekračujúcich limit povolený výrobcom, pretože je v skutočnosti privádzaný chladnejší vzduch, ktorého teplota je v prijateľných medziach.

Navyše kombinácia adiabatického systému s invertorovým frekvenčným regulátorom pre ventilátory umožňuje znížiť elektrickú spotrebu motorov, výrazne znížiť hladinu akustického tlaku a optimalizovať spotrebu vody.

Adiabatické zvlhčovanie a rekuperácia vzduchu

Ďalšou dôležitou aplikáciou adiabatického zvlhčovania sú rekuperačné výmenníky tepla.

Ako viete, v teplom období je rekuperácia určená na ochladzovanie vonkajšieho, teplejšieho, privádzaného vzduchu na úkor chladnejšieho odpadového vzduchu. V tomto prípade sa odpadový vzduch uvoľňuje do okolia, a preto s ním môžete urobiť „čokoľvek“. V našom prípade sa navrhuje jeho zvlhčovanie adiabatickou metódou, vďaka čomu sa vďaka súčasne získanému chladeniu zefektívni spätné získavanie tepla (alebo v našom prípade chladu).

Schéma posudzovaného systému je znázornená na obr. 4. Odpadový vzduch vstupuje najskôr do zvlhčovacej časti („1“ na obr. 4), kde sa ochladzuje a vstupuje do regeneračnej časti („2“), v ktorej ochladzuje teplý privádzaný vzduch.

Pre vyhodnotenie výhod použitia adiabatického zvlhčovacieho úseku pred rekuperátorom vypočítame tento systém.

Parametre vonkajšieho vzduchu (bod „1“, obr. 5):

Návrhový tlak: P vypočítaný = 0,1 MPa.
Teplota vonkajšieho vzduchu: t out = +28 °C.
Entalpia vonkajšieho vzduchu: iad = +54 kJ/kg.
Vlhkosť vonkajšieho vzduchu (určená I-d diagramom): φad = 43 %.

Parametre vnútorného vzduchu (bod „3“, obr. 5):

Teplota udržiavaná v miestnosti: t izbová = 22 °C.
Vlhkosť udržiavaná v miestnosti: φ miestnosť = 55 %
Entalpia vzduchu v miestnosti (určená z I-d diagramu): i miestnosť = 45,5 kJ/kg.

Adiabatické zvlhčovanie teoreticky umožní dosiahnuť relatívnu vlhkosť až φ = 100%, ale v praxi bude hodnota tohto parametra asi 90%. Parametre bodu za zvlhčovačom (bod „4“, obr. 5):

Vlhkosť φ uvl = 55 %.
Entalpia i uvl = 45,5 kJ/kg.
Teplota (určená z I-d diagramu): teplota = 17 °C.

Pre výpočet výstupných parametrov môžete použiť parameter účinnosti rekuperácie (η=30...85% v závislosti od typu rekuperátora). Pre náš prípad zoberme η=45 % a určme teplotu privádzaného vzduchu za rekuperátorom t riek (bod „2“, obr. 5):

Všimnite si, že teplotný trec možno určiť aj na základe rozdielu teplôt na studenom konci rekuperátora (rozdiel teplôt medzi bodmi „2“ a „4“). Prax ukazuje, že v systémoch s nízkymi teplotnými rozdielmi je to 2-6 °C. V našom prípade to vyšlo Δt = t rieka - t uvl = 28-23 = 5 °C, čo dobre koreluje s experimentálnymi údajmi.

Ak by pred rekuperátorom nebola sekcia pre adiabatické zvlhčovanie výfukového prúdu, teplota privádzaného vzduchu za rekuperátorom by bola:

Pri prietoku privádzaného vzduchu G air = 10 000 m 3/h budú úspory chladiaceho výkonu:

a jeho hustota

Na jednej strane to umožňuje ušetriť na kapitálových nákladoch výberom chladiacej jednotky s výkonom o takmer 30 kW menším (pri celkovom potrebnom chladiacom výkone 51,8 kW je úspora 27,7 kW viac ako 50 %).

Na druhej strane, ak uvážime, že na výrobu 3 kW chladiaceho výkonu je potrebný 1 kW elektrickej energie, dosiahne sa úspora elektrickej energie 9 kW.

Záver

Chladiaci efekt v procese adiabatického zvlhčovania je teda pri priamom ochladzovaní vnútorného vzduchu ťažko aplikovateľný z toho dôvodu, že výsledný vzduch síce bude mať požadovanú teplotu, ale jeho vlhkosť výrazne prekročí hornú hranicu komfortu. rozsah.

Existuje však množstvo možností na nepriame využitie chladiaceho efektu pri adiabatickom zvlhčovaní - kde nie je dôležitá vlhkosť výsledného vzduchu a zaujímavá je len nízka teplota.

Plne to platí pre vzduch, ktorý ochladzuje kondenzátor alebo suchý chladič chladiacich jednotiek. Vďaka inštalácii rozprašovaním vody je možné znížiť kondenzačnú teplotu chladiva až o 10 °C, a tým zvýšiť energetickú účinnosť klimatizačného systému až o 30 %.

Ďalšou oblasťou použitia adiabatického zvlhčovania je ochladzovanie prúdu spalín pred rekuperačným úsekom vzduchotechnickej jednotky v teplom období. Vplyvom zvlhčovania sa do rekuperátora dostáva chladnejší vzduch, a preto je možné získať chladnejší privádzaný vzduch na výstupe.

Ako ukazuje prax a výpočty, zavedenie zvlhčovacej časti pred rekuperátor umožňuje ušetriť viac ako 50% chladiaceho výkonu potrebného na chladenie privádzaného vzduchu, čo bude mať pozitívny ekonomický efekt ako z hľadiska investičných nákladov na chladiace zariadenie. a z hľadiska prevádzkových nákladov na elektrickú energiu a napájanie klimatizačného systému.

Zo všetkého vyššie uvedeného vyplýva, že pri energeticky efektívnych riešeniach v oblasti klimatizačných systémov treba mať vždy na pamäti nástroj, akým je adiabatické zvlhčovanie vzduchu.

Yuri Khomutsky, technický redaktor časopisu Climate World

Článok využíva metodiku Vedecko-výskumného ústavu sanitárnej techniky na výpočet adiabatického zvlhčovacieho systému pomocou trysiek.

Až 35 – 40 % všetkej energie spotrebovanej dátovým centrom sa minie na chladenie serverových stojanov a inžinierskych systémov. Adiabatický princíp chladenia dátového centra umožňuje výrazné zníženie spotreby energie v porovnaní s tradičnými systémami. Ekonomický spôsob chladenia dátového centra bude implementovaný v dátovom centre DataPro v Moskve.

Počasie v dátovom centre

V posledných rokoch sa hustota rozmiestnenia zariadení v dátových centrách výrazne zvýšila a spolu s tým sa zvýšili aj náklady na energiu. V ruských komerčných dátových centrách spotrebuje jeden stojan v priemere od 3 do 10 kW – treba z neho odobrať približne rovnaké množstvo tepla. Zároveň najvýznamnejší „príspevok“ k celkovej spotrebe energie majú chladiace systémy: ich podiel dosahuje 35 – 40 %.

V snahe optimalizovať tradičnú konštrukciu sa odborníci pokúsili odstrániť teplo použitím účinnejších chladív a výberom optimálnych prevádzkových parametrov systému. Boli to však polovičné opatrenia, ktoré neumožňovali dosiahnuť významné úspory.

Energeticky najnáročnejšou súčasťou tradičného chladiaceho okruhu sú kompresorové a kondenzačné jednotky. Eliminácia týchto komponentov v kombinácii s použitím studeného vonkajšieho vzduchu (freecooling je vedecký názov pre využitie voľného chladenia) bola prvým revolučným krokom k optimalizovanému, nízkoenergetickému chladiacemu systému. Tento prístup si osvojilo mnoho dátových centier po celom svete. Princíp voľného chladenia je v súčasnosti široko používaný v mnohých dátových centrách v Rusku - hlavne v tých regiónoch, kde teplota mimo okna zostáva nízka po mnoho mesiacov. Je zrejmé, že použitie takejto technológie je v Murmansku alebo Norilsku celkom opodstatnené. Je však možné vybudovať energeticky efektívne dátové centrum v horúcom podnebí? Pre ruské dátové centrá táto otázka tiež nie je nečinná, pretože v letných mesiacoch v stredných a dokonca aj severných zemepisných šírkach môže byť teplota vzduchu pomerne vysoká.

Teplé chladenie

Dátové centrum "Mercury" spoločnosť eBay

Paradoxne, na celom svete existuje veľa príkladov dátových centier umiestnených v horúcom podnebí – v podmienkach oveľa extrémnejších ako v Rusku. Napríklad eBay postavil dátové centrum Mercury v americkom meste Phoenix v Arizone – v horúcej púšti, kde v lete teplomer dosahuje 50 stupňov C. A to aj napriek tomu, že faktory ako kontinuita a doba odozvy aplikácie sú pre podnikanie eBay je mimoriadne dôležité na žiadosť používateľov na celom svete - každú sekundu sa na portáli tejto spoločnosti uzatvára obrovský objem transakcií v celkovej hodnote asi 2 000 dolárov. To znamená, že spoľahlivosť všetkých systémov dátových centier je na prvom mieste v zozname priorít. Zdalo by sa, že na chladenie takéhoto dátového centra by bolo rozumnejšie umiestniť ho v severných zemepisných šírkach.

Napriek tomu eBay vybudoval svoje dátové centrum v Arizone a nezlyhal. Zdalo by sa, že použitie vonkajšieho vzduchu neprichádzalo do úvahy. Po analýze všetkých dostupných možností na zníženie spotreby energie však odborníci z eBay dospeli k záveru, že požadovanú efektivitu nového dátového centra v púšti najlepšie poskytne bezplatné chladenie. Tajomstvom je, že v tomto zariadení bolo použité adiabatické zvlhčovanie v kombinácii s voľným chladením.

Vietor fúkal od mora

Dávno sa zistilo, že vzduch prichádzajúci z mora je chladnejší ako stepný vietor fúkajúci smerom k vodnej ploche. V starom Ríme boli domy ochladzované týmto spôsobom: pod otvorenými oknami bol bazén s fontánou: prechádzajúc cez vodu, vzduch sa ochladzoval v dôsledku jej vyparovania.

Na tomto princípe sú založené aj mokré chladiace veže, jedna z najstarších metód chladenia, ktorá sa aktívne využíva vo výrobe. Princíp činnosti týchto systémov je založený na chladení vody prúdom vzduchu vháňaným cez jej povrch.
Pokročilejšia verzia tohto procesu sa používa v adiabatických vzduchových chladiacich systémoch.

Ekonomika problematiky

Adiabatické chladenie dátového centra je lacný a spoľahlivý systém, ktorý nevyžaduje zložité jednotky a nevyžaduje redundantné komponenty. Na realizáciu adiabatického zvlhčovania nie je potrebná prakticky žiadna elektrina – spotrebováva sa iba voda. Náklady na chladený vzduch sú teda nízke, čo pri správnom používaní môže výrazne zlepšiť energetickú účinnosť klimatizačných systémov.

Vo všeobecnosti platí, že vybavenie moderných dátových centier dobre odoláva vyšším teplotám aj zvýšenej vlhkosti vzduchu. Parametre odporúčané ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers) sa používajú ako prijateľné limity. Prvé vydanie týchto odporúčaní, publikované v roku 2004, stanovilo hornú hranicu na 25 stupňov Celzia pri 40 % vlhkosti, zatiaľ čo druhé (2008) stanovilo hornú hranicu na 27 stupňov Celzia pri 60 % vlhkosti. V odporúčaniach z roku 2011 sa objavili dve nové triedy zariadení pre dátové centrá – A3 a A4 s teplotným rozsahom do 40 a 45 stupňov. Hoci takéto „horúce“ chladenie ešte nie je rozšírené, milovníci inovácií ho aktívne začínajú využívať. To nám umožňuje výrazne rozšíriť geografiu aplikácie „zeleného“ chladenia.

Adiabatické chladenie nie je vždy potrebné - iba v najhorúcejších mesiacoch. V chladnom období dochádza k ochladzovaniu vonkajším vzduchom. Nie je to tak dávno, čo sa adiabatické chladiace systémy používali hlavne v regiónoch so suchým a horúcim podnebím. Ale nedávny vývoj výrobcov zariadení na reguláciu klímy ukázal veľký potenciál pre použitie adiabatických chladiacich systémov v európskych regiónoch s miernym podnebím.

Treba poznamenať, že ani počiatočná teplota vody, ani teplota vzduchu nemajú na proces na rozdiel od vlhkosti prakticky žiadny vplyv, vysvetľuje Michail Balkarov, technický expert spoločnosti Emerson Network Power. - Ak sa teda dátové centrum nachádza v púšti, no zároveň má zdroj vody, výsledkom je úplne efektívny systém. Ak však prší pri teplote vzduchu plus 25 stupňov Celzia, potom, bohužiaľ, nebude možné zo systému získať žiadne chladenie, pretože počas dažďa je vlhkosť vonkajšieho vzduchu takmer 100%.

Michail poznamenáva, že je potrebné vziať do úvahy miestne anomálie vlhkosti, ktoré sa vyskytujú v blízkosti veľkých vodných plôch. Okrem toho v ruských regiónoch s premenlivým počasím môže byť potrebné mať dva systémy súčasne - tradičný a alternatívny, čo výrazne zvýši objem kapitálových investícií a môže anulovať všetky pokusy o úsporu peňazí.

Nevýhodou adiabatického spôsobu chladenia je aj zvýšenie vlhkosti vzduchu. Môžu existovať obavy, že vlhkosť bude predstavovať hrozbu pre citlivé elektronické zariadenia v dátovom centre. Jeden príklad takéhoto incidentu je popísaný nižšie (pozri časť „Facebook v daždi“).

Medzi ďalšie nevýhody adiabatického chladiaceho systému odborník uvádza spotrebu vody a potrebu prípravy tejto vody. „Voda sa pri špičkovej spotrebe spotrebuje okolo 2 l/h na 1 kW/h a v teplom období v priemere okolo 0,3 l/h,“ hovorí Balkarov. "Sú to značné peniaze a vzhľadom na náklady na čistenie sú ešte významnejšie."

Vodu je potrebné čistiť, zdôrazňuje Michail Balkarov, pretože po vyparení všetky minerály končia vo vzduchu vo forme jemného prachu. „A ak je to pre chladiace veže pomerne lacný proces spojený s hrubým čistením – čistenie má hlavne zabrániť usadzovaniu vodného kameňa – potom trysky v adiabatickom systéme vyžadujú mikrofiltre a osmotickú filtráciu,“ vysvetľuje odborník. Zvyšujú sa teda nielen náklady na systém, ale aj prevádzkové náklady.“

Pri používaní adiabatického chladenia by ste mali pamätať na to, že budete musieť vyriešiť aj otázky zásobovania vodou, likvidácie vody a úpravy vody, čo sa následne prenesie do problémov architektúry a stavebných konštrukcií. Nezabudnite na náklady na vodu. Hoci jeho cena nie je porovnateľná s nákladmi na elektrinu, neustále rastie.

koeficient WUE

Použitie adiabatických chladiacich systémov znižuje PUE a spotrebu energie, ale spotreba vody môže byť veľmi vysoká. Organizácia Green Grid preto v marci 2011 zaviedla ďalší parameter charakterizujúci spotrebu úžitkovej vody v dátovom centre – koeficient WUE (Water Usage Effectiveness). Koeficient sa vypočíta podľa vzorca:

WUE = ročná spotreba vody / výkon IT zariadení

Mernou jednotkou pre WUE je l/kWh.

Facebook sa stal prvým prevádzkovateľom dátového centra, ktorý otvorene zdieľal význam WUE. V dátovom centre v Prineville v druhej polovici roku 2011 bol tento parameter 0,22 l/kWh.

Vo všeobecnosti použitie adiabatického chladenia umožňuje dosiahnuť vysokú energetickú účinnosť dátového centra: koeficient PUE môže dosiahnuť hodnotu 1,043, pretože pomocné zariadenia, vrátane chladiaceho systému, aj v lete spotrebujú len cca. 4% energie dátového centra av zime ešte menej (v zime je obdobie PUE asi 1,018). Účinnosť kompresorovo-kondenzačných systémov na báze chillerov alebo DX klimatizácií je výrazne nižšia, pre nich je PUE = 1,3 výborný výsledok.

Dátové centrum Mercury spomínané na začiatku článku s rozlohou 12 600 metrov štvorcových a kapacitou 4 MW funguje už viac ako rok. Použitie voľného chladenia v spojení s adiabatickým chladením odparovaním v tomto dátovom centre preukázalo svoju účinnosť.

dátové centrá Facebooku

Adiabatický chladiaci systém v dátovom centre Facebooku

Ďalším nápadným príkladom využitia nových technológií chladenia sú dátové centrá Facebooku. Facebook postavil svoje prvé dátové centrum v americkom meste Prineville v roku 2010. O rok neskôr bolo vo Forest City v Severnej Karolíne postavené druhé, redundantné dátové centrum. Tieto stránky majú PUE 1,07 pre dátové centrum Prineville a 1,09 pre dátové centrum Forest City. To sa podarilo len vďaka zníženým stratám pri prenose a premene elektriny, ako aj vyššej prevádzkovej teplote vzduchu vo vnútri dátového centra (v stojanoch v studenej uličke povolených +35 °C).

Dátové centrá majú tradičný chladiaci systém, ktorý sa však používa len v núdzových situáciách. Hlavným klimatizačným systémom je priame voľné chladenie s niekoľkými komorami na prípravu vzduchu, cez ktoré prechádza vonkajší vzduch.

Vzduch zvonku je najprv nasávaný vzduchovými prívodmi na druhom poschodí a vstupuje do prípravnej komory, kde je filtrovaný a zmiešaný s horúcim vzduchom. Vzduch potom prechádza cez chladiace panely. Sú to zvlhčovacia komora s veľkým počtom rúrok, ktoré tryskami pod vysokým tlakom rozprašujú destilovanú vodu, čím zvyšujú vlhkosť a znižujú teplotu vyfukovaného vzduchu. Aby sa zabránilo tomu, že jemne rozptýlená vlhkosť vedie elektrický prúd, používa sa destilovaná voda. Ďalej pozdĺž cesty vzduchu sú membránové filtre, ktoré oddeľujú veľké častice vlhkosti. Vzduch je potom nasmerovaný výkonnými ventilátormi do strojovne. Odpadová voda sa zhromažďuje v špeciálnej nádrži a čistí sa.

Facebook v daždi

Jedného dňa sa vo vnútri chladiacej miestnosti dátového centra Facebooku v Prineville vytvoril oblak vlhkosti, ktorý doslova pokryl serverové miestnosti spolu s ich (prepáčte slovnú hračku) „cloud computingom“.

V roku 2001 sa toto dátové centrum stretlo s problémom riadiaceho systému, ktorý spôsobil, že teplota vzduchu používaná na chladenie serverov dosiahla viac ako 26 stupňov Celzia a vlhkosť presiahla 95 %. V dôsledku toho sa začala hromadiť kondenzácia a vytvoril sa dažďový mrak, ktorý zaplnil celý priestor výpočtovou technikou. Nedalo sa uveriť tomu, čo sa deje. Začali sme telefonovať kolegom do centra eskalácie problémov, no dlho nevedeli prísť na to, o akom dažďovom mraku hovoríme? Presvedčiť ich o tom, že na Marse kvitli jablone, bolo ľahšie, ako ich presvedčiť o rozprávke o daždi.

Aby Facebook ušetril elektrinu, použil na chladenie svojho dátového centra vonkajší vzduch namiesto tradičného systému. Ale po zlyhaní riadiaceho systému začal ohriaty vzduch s nízkou úrovňou vlhkosti recirkulovať cez chladiaci systém založený na vodnom výparníku.

To viedlo k tomu, že vzduch sa veľmi zvlhčil a vytvoril sa oblak, ktorý spôsobil veľa problémov. Niektoré servery boli úplne mimo prevádzky: tí špecialisti, ktorí boli v dátovom centre, mohli sledovať, ako servery iskria a trápia sa. Nebolo možné si predstaviť nič horšie. Incident sa však už neopakoval: špecialisti Facebooku starostlivo izolovali kontakty, kde boli servery pripojené k napájacím zdrojom, a chránili ich pred vlhkosťou.

A čo v Rusku?

Adiabatické chladiace systémy zatiaľ nie sú v Rusku veľmi populárne, no odborníci sa domnievajú, že v najbližších rokoch o ne budú mať dizajnéri dátových centier čoraz väčší záujem. Dôvodom je federálny zákon FZ-261, ktorý stanovuje prísne limity pre spotrebu energie a vyžaduje zvýšenie energetickej účinnosti o 40 % do roku 2020. Jediný možný scenár, ktorý uspokojí takéto požiadavky, je prechod na voľné chladenie v kombinácii s adiabatickým chladením. A prvé príklady takýchto implementácií už existujú. Tento princíp chladenia sa bude využívať najmä v novom budovanom dátovom centre DataPro v Moskve.

Návrh tejto lokality zahŕňa použitie cenovo výhodného riešenia na zabezpečenie potrebných klimatických podmienok – modulárneho systému EcoBreeze vyrábaného spoločnosťou Schneider Electric. Spoločnosť DataPro plánuje realizovať najväčšiu inštaláciu tohto systému v Európe vo vlastnom mega-dátovom centre v Moskve na ulici Aviamotornaya - zariadení s inštalovaným výkonom 20 MW. Systém EcoBreeze je postavený na princípe mokrej chladiacej veže (forma technológie adiabatického chladenia) v kombinácii s voľným chladením, o ktorom sa hovorí v tomto článku. V Moskve, kde sú vysoké tarify za elektrinu, použitie tohto systému umožní výraznú úsporu prevádzkových nákladov v dátovom centre.

„Technické riešenia využívajúce adiabatické chladenie nemožno nazvať inovatívnymi, pretože sa úspešne používajú v mnohých dátových centrách v zahraničí,“ vysvetľuje Alexey Soldatov. - Ale použitie tohto princípu v ruských dátových centrách je zriedkavý jav. Inštalácia EcoBreeze v našej lokalite v Moskve je jednou z prvých implementácií.

Ale v inom zariadení, v dátovom centre spoločnosti DataPro v Tveri, sa na chladenie serverových miestností a elektrických zariadení používa tradičný princíp využívajúci freónové cesty, čo je spôsobené nízkymi kapitálovými nákladmi a nízkymi tarifami za elektrinu.

V zariadení v Tveri sa používa iná verzia adiabatického princípu - izotermické zvlhčovanie na udržanie požadovanej úrovne vlhkosti v serverových miestnostiach, o tom si povieme v našom ďalšom článku.

Princíp fungovania
Michail Balkarov. Výňatok z knihy „Chladenie serverov a dátových centier. Základy“, 2011.

Princíp činnosti adiabatického chladiaceho systému spočíva v atomizácii vody vo forme malých kvapôčok, ktoré sú vstrekované do horúceho vzduchu. (Voda musí byť zbavená všetkých nečistôt.) Voda odparujúca sa na vzduchu ju môže ochladiť na teplotu blízku teplote vlhkého teplomera.

Prísne teoreticky je limit chladenia v tomto procese výrazne nižší a rovná sa teplote rosného bodu. Na realizáciu tejto možnosti stačí časť počiatočného vzduchu ochladiť na teplotu mokrého teplomeru odparením vody a potom ju použiť na ochladenie zvyšku bez jeho zvlhčovania. Ďalej je studený vzduch tiež zvlhčený, čím získava nižšiu teplotu. Proces možno zopakovať opäť s časťou vzduchu, pričom sa dosiahne teplota blízka rosnému bodu. Jediným zjavným technickým problémom pri dosahovaní minimálnej možnej teploty je niekoľkonásobné zvýšenie požadovaných objemov privádzaného vzduchu a plochy výmenníka.

Takéto systémy sú vyrobené buď na princípe mokrých chladiacich veží - to znamená, že využívajú veľký povrch dosiek pokrytých tenkým filmom vody - alebo rozprašujú vodu pod tlakom niekoľkých stoviek atmosfér cez mikrónové trysky vo veľmi malých kvapkách. priamo do vzduchových potrubí.

Ďalej sa buď vymení teplota s tým, čo je potrebné ochladiť, alebo sa vlhký vzduch priamo použije na chladenie zariadenia. Spotreba vody je cca 2 kg na 1 kW/h odobratého tepla. Keďže sa väčšina vody vyparí, zodpovedajúcim spôsobom sa zvyšujú požiadavky na jej chemické zloženie, čo si vyžaduje použitie iónomeničových filtrov alebo filtrov s reverznou osmózou.

Pri použití injektorov sú kladené prísne požiadavky na mechanické znečistenie, je potrebná inštalácia mikrofiltrov za vysokotlakovým čerpadlom. Tieto komplikácie sú spôsobené tým, že od určitej veľkosti kvapiek prebieha proces vyparovania veľmi rýchlo a vďaka tomu sa veľkosť zavlažovacej komory výrazne zmenšuje.

Použitie dýz väčšieho priemeru, stredného a nízkeho tlaku, je jednoduchšie z hľadiska prevádzky dýz a procesu úpravy vody. Zároveň sa však časť vody nezúčastňuje procesu a je odvádzaná (kvapky sa nestihnú úplne odpariť), navyše sa veľkosť zvlhčovacích komôr stáva porovnateľnou so zvyškom systému.

Jedným z efektívnych spôsobov zvýšenia energetickej účinnosti v dátovom centre je využitie adiabatického chladenia vzduchom, ktoré je založené na jedinečných vlastnostiach vody.

Ako je známe, na hodnotenie efektívnosti využívania energie v dátových centrách sa používa ukazovateľ PUE (Power Usage Effectiveness) - pomer celkovej spotreby energie k spotrebe energie IT zariadení dátového centra. Existuje aj inverzný ukazovateľ – DCE (Data Center Efficiency). Hodnoty PUE od 1,5 do 2,0 sa považujú za typické; druhý znamená, že IT zariadenia spotrebujú len 50 % spotrebovanej energie (DCE = 0,5). V prípade tradičných mechanických chladiacich systémov využívajúcich špecializované klimatizácie CRAC (Computer Room Air Conditioner) zvyčajne predstavujú približne 35-40 % celkovej spotreby energie.

Existuje však prístup, ktorý umožňuje oveľa efektívnejšie využitie energie v dátovom centre – adiabatické chladenie vzduchom.

Princíp metódy

Adiabatické chladenie je dané unikátnymi vlastnosťami vody, ktorá má jednu z najvyšších hodnôt latentného tepla vyparovania medzi kvapalinami (584,8 kcal/kg). Jeho princípom je rozprašovanie vody vo forme drobných kvapôčok – z energetického hľadiska je to oveľa efektívnejšie ako mechanické chladenie (rovnaký princíp nájdeme aj v prírodných javoch). Za adiabatických podmienok, pri ktorých celkový energetický obsah média (vyjadrený ako entalpia) zostáva nezmenený, pri odparovaní 1 litra vody za hodinu, 680 W (584,8/0,86, kde 0,86 je konverzný faktor kcal/W) citeľné teplo obsiahnuté vo vzduchu a charakterizované svojou teplotou sa mení na latentné teplo obsiahnuté vo výslednej vodnej pare. Pri použití sprejových zvlhčovačov vzduchu je vonkajšia spotreba energie relatívne malá, ich typická hodnota je len 4 W na 1 liter striekanej vody, čo je spôsobené relatívne nízkym povrchovým napätím vody. Účinnosť adiabatického chladiaceho procesu ako celku je teda charakterizovaná pomerom 680/4 = 170.

Priame a nepriame chladenie

Existujú dva spôsoby adiabatického chladenia: priame chladenie DEC (Direct Evaporative Cooling) a nepriame IEC (Nepriame chladenie odparovaním); schéma ich konštruktívnej implementácie je znázornená na obr. 1. Priame chladenie sa vykonáva striekaním vody na prítokovej strane. Privádzaný vzduch ochladzovaný odparovaním vodných kvapiek suspendovaných vo vzduchu je privádzaný priamo do vnútorného objemu obsluhovaného objektu. Pri nepriamom chladení sa voda rozprašuje na stranu výfuku. Ochladený vzduch vstupuje do doskového výmenníka tepla, kde dochádza k výmene citeľného tepla s približne 65% účinnosťou bez odovzdávania latentného tepla koncentrovaného vo vodnej pare, ktorá vzniká odparovaním rozprášenej vody v digestore.

Podmienky používania

Obe metódy majú určité obmedzenia pri použití v závislosti od tepelných a vlhkostných charakteristík atmosférického vzduchu. Pri relatívne nízkych teplotách a nízkej vlhkosti vzduchu priame adiabatické chladenie DEC výrazne rozširuje možnosti populárnej metódy voľného chladenia alebo voľného chladenia (FC), vykonávaného bez rozstrekovania vody do prívodu aj výfuku. Voľné chladenie je možné za predpokladu, že teplota okolitého vzduchu neprekročí teplotu vo vnútri obsluhovaného zariadenia. V prípade DEC sa v dôsledku adiabatického vyparovania atomizovanej vody teplota vstupného vzduchu ďalej znižuje v porovnaní s teplotou okolitého vzduchu. Prirodzené chladenie je teda zabezpečené bez použitia mechanického chladenia pri teplotách atmosférického vzduchu o niečo vyšších ako je teplota vo vnútri obsluhovaného objektu. S nasýtením vzduchu vodnou parou však súvisí obmedzenie. Sprievodný nárast entalpie by nemal prekročiť hodnoty, ktoré zodpovedajú požadovaným teplotám a relatívnej vlhkosti vo vnútri obsluhovaného objektu.

Naproti tomu adiabatické IEC chladenie je možné len vtedy, keď je teplota a entalpia vzduchu vo vnútri obsluhovaného objektu nižšia ako teplota a entalpia okolitého vzduchu.

Treba si uvedomiť aj to, že voľné chladenie je okrem vyššie uvedeného teplotného obmedzenia možné len vtedy, ak absolútna vlhkosť (vlhkosť) atmosférického vzduchu nepresahuje hodnotu zodpovedajúcu požadovanej teplote a relatívnej vlhkosti vo vnútri obsluhovaného zariadení.

Podiel mechanického chladenia (Mechanical Cooling, MC) teda zostáva len takou kombináciou tepelno-vlhkostných charakteristík atmosférického vzduchu, kedy jeho teplota aj absolútna vlhkosť zároveň prekračujú hodnoty zodpovedajúce požadovaným hodnotám. teploty a relatívnej vlhkosti vo vnútri obsluhovaného objektu.

Optimálne hodnoty teploty a relatívnej vlhkosti v dátových centrách sú stanovené odporúčaniami ASHRAE TC 9.9 (vydanie z roku 2008) a sú 230 °C a 60 %. Na obr. Na obrázku 2 je znázornený i-d diagram zohľadňujúci vyššie uvedené obmedzenia s prihliadnutím na tieto hodnoty, ktorý jasne ukazuje oblasti preferenčného využitia rôznych spôsobov chladenia dátových centier.

Porovnávacia analýza spotreby energie

Vykonali sme porovnávacie hodnotenie spotreby energie pri použití rôznych spôsobov chladenia dátových centier (výsledky týchto výpočtov sú zhrnuté v tabuľke). Predpokladalo sa, že klimatizácie CRAC používané v mechanickom chladiacom systéme majú hodnotu COP (Coefficient of Performance, charakterizuje pomer chladiacej kapacity k spotrebe energie) 2,8, ako väčšina modelov zariadení na trhu. Spotreba energie jednotiek reverznej osmózy (RO) používaných v systémoch úpravy vody sa predpokladá na 2,4 W/(l/h), čo zodpovedá typickým hodnotám.

Príklady dátových centier, kde sa úspešne používa adiabatické chladenie, zahŕňajú HP Wynyard Park (Middlesbrough, Spojené kráľovstvo; v prevádzke od apríla 2009, dosiahlo hodnotu PUE 1,2) a dátové centrum Fujitsu (Norimberk, Nemecko; aktívne od februára 2010, hodnota PUE dosiahla 1,25). V oboch prípadoch bolo zníženie nákladov na energiu pre potreby chladiacich systémov dátových centier približne 95 % (t. j. skutočné náklady sú približne 5 % nákladov na mechanické chladenie), čo v prvom príklade prinieslo ročnú úsporu 4,16 milióna USD. tieto čísla hovoria samy za seba.

Počasie v dátovom centre

Teplé chladenie

Dátové centrum "Mercury" spoločnosť eBay

Vietor fúkal od mora

Pokročilejšia verzia tohto procesu sa používa v adiabatických vzduchových chladiacich systémoch.

Ekonomika problematiky

Adiabatické chladenie nie je vždy potrebné - iba v najhorúcejších mesiacoch. V chladnom období dochádza k ochladzovaniu vonkajším vzduchom. Nie je to tak dávno, čo sa adiabatické chladiace systémy používali hlavne v regiónoch so suchým a horúcim podnebím. Ale nedávny vývoj výrobcov zariadení na reguláciu klímy ukázal veľký potenciál pre použitie adiabatických chladiacich systémov v európskych regiónoch s miernym podnebím.

Vodu je potrebné čistiť, zdôrazňuje Michail Balkarov, pretože po vyparení všetky minerály končia vo vzduchu vo forme jemného prachu. „A ak je to pre chladiace veže pomerne lacný proces spojený s hrubým čistením – čistenie má hlavne zabrániť usadzovaniu vodného kameňa – potom trysky v adiabatickom systéme vyžadujú mikrofiltre a osmotickú filtráciu,“ vysvetľuje odborník. Zvyšujú sa teda nielen náklady na systém, ale aj prevádzkové náklady.“

koeficient WUE

WUE = ročná spotreba vody / kapacita IT zariadení

Mernou jednotkou pre WUE je l/kWh.

Facebook sa stal prvým prevádzkovateľom dátového centra, ktorý otvorene zdieľal význam WUE. V dátovom centre v Prineville v druhej polovici roku 2011 bol tento parameter 0,22 l/kWh.

Dátové centráFacebook

Adiabatický chladiaci systém v dátovom centreFacebook

Facebook v daždi

A čo v Rusku?

Princíp fungovania

Michail Balkarov. Úryvok z knihy"Chladenie serverových miestností a dátových centier. Základy.", 2011

Popis:

Je zrejmé, že aj len v rámci jednej zóny, kde sa ľudia venujú fyzickému cvičeniu, by sa klimatizačné systémy mali navrhovať s ohľadom na skutočnosť, že v rámci takejto zóny sú vyčlenené samostatné priestory pre rôzne druhy pohybových aktivít a úprava vzduchu pre nich by mala byť organizované osobitným spôsobom.

Klimatický komfort vo fitness centrách

Adiabatické chladenie s rekuperáciou tepla

Fitness centrá sú samostatné prevádzky alebo sú súčasťou rôznych multifunkčných komplexov (bazény, hotely a pod.). V posledných rokoch sa fitness centrám čoraz viac prideľujú pomerne veľké plochy (až 5 000 m2). Fitness centrá zahŕňajú nielen telocvične, ale aj bazény, relaxačné zóny s hydromasážnymi zariadeniami, soláriá, sauny, turecké kúpele, ale aj reštaurácie a bary.

Zvyčajne sa takéto rozdelenie vykonáva už vo fáze zostavovania všeobecného plánu zariadenia, pretože niektoré typy fyzických cvičení jednoducho nie sú kompatibilné: napríklad aerobik, kde je veľa ľudí v relatívne malej miestnosti a cvičenia na športovom náradí, ktoré prebiehajú v priestrannejších sálach, pretože okrem priestoru pre cvičiacich je potrebný priestor aj na umiestnenie samotných posilňovacích strojov. Ďalším špecifickým druhom cvičenia je cvičenie na rotopede, kde je hlavným problémom odvod vlhkosti s prihliadnutím na veľký objem latentného tepla od športovcov.

Konštrukčné údaje

Pre každú zónu fitness centra je charakteristická iná vyťaženosť a druh fyzickej záťaže, čo ovplyvňuje vypočítané parametre mikroklímy. Na obr. Na obrázku 1 je znázornená dynamika kolísania teploty vzduchu v závislosti od druhu pohybovej aktivity a oblečenia športovcov s indexom tepelnej izolácie 0,1 clo (veľmi ľahký), 0,5 (ľahký) a 0,9 (ťažký) (skr. clo - jednotka tepelnej izolácie izolácia odevov).

Tepelná záťaž, ktorú človek vytvára, je daná aj vykonávanými fyzickými cvičeniami. V tabuľke sú uvedené parametre priemerného metabolického indexu (Met) (výdaj tepla človeka) pri rôznych druhoch záťaže. Hodnota 1 Met zodpovedá 58 W/m2. O tvorbe tepla rozhoduje okrem druhu fyzického cvičenia aj intenzita cvičenia. U ľudí, ktorí nie sú trénovaní a nie sú zvyknutí na veľkú záťaž, sa tvorba tepla zvyčajne blíži k maximu - telo uvoľňuje najväčšie množstvo tepla, väčšinou v latentnej forme (vo forme potenia), čo je tepelná kompenzácia a využitie zvýšenia teplota spôsobená svalovým napätím. Cvičenia, ktoré vyžadujú extrémne napätie, spravidla nie sú dlhé a mali by sa podľa toho striedať počas celého sedenia. Ak si vezmeme napríklad miestnosť na rotopede, kde sa priemerná dĺžka hodín pohybuje od 20 do 40 minút, tak obdobie maximálneho stresu, kedy sa uvoľňuje najväčšie množstvo tepla, netrvá dlhšie ako 5–10 minút.

Účinnosť odvádzania fyzikálneho tepla, najmä latentného tepla, je do značnej miery určená úrovňou relatívnej vlhkosti v miestnosti. Výsledkom je, že pri rovnakom fyzickom strese sa človek, ktorý je v miestnosti s nižšou relatívnou vlhkosťou vzduchu, potí menej ako ten, kto cvičí v miestnosti s vyššou vlhkosťou vzduchu, pretože v prvom prípade je vzduch menej nasýtený a majú väčšiu tendenciu absorbovať vodnú paru vylučovanú ľudskou pokožkou.

Za týchto okolností je mimoriadne dôležité regulovať úroveň vlhkosti v telocvični.

stôl 1

Druh fyzického cvičenia	Met (1 Met = 58 W/m2)
Tréningový prístroj	3–4
Moderné a ľudové tance	4–5
Fyzický tréning	4–6
tenis	5–7
Aerobik	6–8
Beh 15 km/h	9
Beh 12 km/h	8
Beh 9 km/h	7
Bojové umenia, box	7–9
Cvičný bicykel	8–10

Ďalším dôležitým faktorom, ktorý je potrebné vziať do úvahy, je rýchlosť vzduchu, pretože určuje rýchlosť výmeny tepla medzi ľudským telom a vzduchom v miestnosti, berúc do úvahy typ fyzickej aktivity. V tejto súvislosti je vhodné použiť hodnotiace kritérium navrhnuté P. Ole Fangerom, profesorom na Technickej univerzite v Dánsku, ktorý najmä poznamenáva: „Stav komfortu priamo závisí od priemernej teploty pokožky a tepelná sila, ktorú telo vydáva vo forme sekrécie tekutín, ku ktorej dochádza hlavne prostredníctvom mechanizmu potenia.

Celkový vývin tepla človeka cvičiaceho vo vhodnom športovom oblečení je 390 W, z toho 135 W je citeľné teplo a 255 W je latentné teplo (obr. 2). Vzhľadom na to, že výparné teplo je 2 501 J/g, hodnota 255 W zodpovedá uvoľneniu vodnej pary v objeme 367 g/h na osobu.

Dizajnové parametre

Na základe uvedeného a s prihliadnutím na účel jednotlivých hál vyčlenených na rôzne športy je možné stanoviť minimálne návrhové parametre objemového prietoku vzduchu pre jednotlivé miestnosti. Pri výpočte výmeny vzduchu by ste mali brať do úvahy množstvo vodnej pary vytvorenej potením, počet cvičiacich ľudí a konkrétny druh cvičenia. Výpočet objemového prietoku len na základe údajov o potrebnej výmene vzduchu (zvyčajne od 60 do 120 m 2 / h na osobu) tu nestačí, pretože sú potrebné korekcie na odvod vlhkosti a potrebu tepla. Po určení celkového objemu vlhkosti uvoľnenej v miestnosti (q mv, vyjadrené v g/h) sa objemový prietok vzduchu potrebný na odstránenie vlhkosti zo vzduchu určí z rozdielu medzi absolútnou vlhkosťou vnútorného a privádzaného vzduchu a sa vypočíta podľa vzorca:

q ma = q mu / x a – x m, kg/h,

Va = q ma / p a, m3 / h.

Množstvo vzduchu potrebné na neutralizáciu fyzickej tepelnej záťaže (q s) je určené rozdielom medzi teplotou vnútorného a privádzaného vzduchu a vypočíta sa podľa vzorca:

V a = q s (fyzikálne tepelné zaťaženie) / 0,34 ∆t, m 3 /h.

Je potrebné poznamenať (mimochodom, táto okolnosť je veľmi často prehliadaná), že ľudské telo pri dlhšom fyzickom výkone spotrebúva kyslík zo vzduchu v znateľných množstvách. Čím intenzívnejší šport, na ktorý je miestnosť určená, tým dôležitejšie je teda zabezpečiť požadovanú výmenu vzduchu bez ohľadu na to, nakoľko aktuálne parametre tepla a vlhkosti miestnosti spĺňajú regulačné požiadavky alebo vypočítané údaje. Pre zabezpečenie potrebného komfortu musia byť priestory fitness centier v prevádzkovom režime nepretržite zabezpečené stálym prúdením vonkajšieho vzduchu.

Špeciálne vybavenie

Pre klimatizačné fitness centrá sú obzvlášť zaujímavé špeciálne navrhnuté systémy na úpravu vzduchu. Toto zariadenie má niekoľko charakteristických dizajnových prvkov:

Poskytuje chladiaci výkon a odvod vlhkosti v objemoch potrebných pre konkrétny typ fyzického cvičenia;

Parametre mikroklímy je možné presne nastaviť v závislosti od vykonávaných fyzických cvičení, kedy sa hodnoty objemového prietoku vzduchu a tepelno-vlhkostné parametre privádzaného vzduchu nastavujú v závislosti od odvádzaného citeľného a latentného tepla.

Toto zariadenie sa vyznačuje zníženou spotrebou energie vďaka dvom moderným technológiám:

Rekuperácia tepla z odpadového vzduchu pomocou dvoch krížových výmenníkov tepla, ktoré sú inštalované v rade a pracujú v protiprúde;

Adiabatický chladiaci systém kombinovaný s chladiacim systémom na báze chladiaceho cyklu.

Prietok vzduchu tohto zariadenia sa pohybuje od 1 200 do 27 000 m 2 /h, celková chladiaca záťaž (adiabatický systém plus chladiaca jednotka) sa pohybuje od 6,6 do 159 kW.

Hovoríme o úplne nezávislých systémoch dodávaných kompletne s elektrickou výzbrojou a automatickým riadiacim systémom. Prívodné a výfukové ventilátory majú vysokovýkonné voľne sa otáčajúce obežné koleso so zakrivenými lopatkami, namontované priamo na hriadeli elektromotora, ktorého rýchlosť otáčania je riadená samostatným meničom. Prevádzka systému ako celku je regulovaná špeciálnymi snímačmi vibrácií. Vrecové filtre (trieda EU4) sa inštalujú na nasávanie (vonkajší vzduch a odpadový vzduch), ľahko sa demontujú, intervaly údržby sa dodržiavajú podľa údajov snímača diferenčného tlaku umiestneného na hlavnom elektrickom paneli.

Systém rekuperácie tepla odpadového vzduchu je založený na dvoch doskových výmenníkoch tepla s priečnym prúdením namontovaných v rade.

Regeneračná jednotka umožňuje extrémne nízku stratu zaťaženia pri zvýšení koeficientu prestupu tepla a účinnosti rekuperácie energie až na 75 %. Nádoba na zachytávanie kondenzátu s núteným odtokom je vyrobená z polypropylénu. Adiabatické ochladzovanie vzduchom prebieha rozprašovaním vody na povrch výmenníkov vody a spôsobuje pokles teploty asi o 10 °C. Zariadenie je vybavené dýzami, systémom nastavenia hladiny vody, ventilom na prívod a odvod vody, recirkulačným čerpadlom, filtrom, systémom výmeny vody a automatickým umývacím cyklom.

Prevádzkové režimy

Na obr. Obrázky 3–7 zobrazujú prevádzkové režimy tohto zariadenia v rôznych obdobiach roka. Na obr. Obrázok 3 zobrazuje režim s úplným spätným získavaním tepla, ktorý zabezpečuje letné chladenie alebo zimné ohrievanie vnútorného vzduchu. V prechodnom období je možné inštaláciu spustiť v režime s čiastočným rekuperáciou tepla obtokom (obtokom) určitého objemu vzduchu z výmenníka (obr. 4) alebo v režime plného prirodzeného chladenia v prechodnom alebo nočnom období úplným obtokom. (bez rekuperácie tepla), keď najväčší objem zvýši prietok vzduchu až o 10 % (obr. 5).

V lete sa používa adiabatický chladiaci systém (obr. 6), ktorý je možné pri vysokých vonkajších teplotách integrovať s chladiacim a odvlhčovacím systémom prostredníctvom chladiaceho cyklu (obr. 7).

Preložené skratkami z časopisu RCI.

Preklad z taliančiny S. N. Buleková.