Экспертный доклад - Dantherm · 2020. 11. 24. · [2] ASHRAE, 2012, Thermal Guidelines for Data Processing Environments, Third Edition [3] ETSI EN 300 019-1-3 V2.2.2

ОТСУТСТВИЕ НЕГАТИВНОГО ВЛИЯНИЯ ВЛАЖНОСТИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СИСТЕМ ЕСТЕСТВЕННОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ДЛЯ БАЗОВЫХ СТАНЦИЙ С ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ

ЭСАН Б. ХАГИГИ ДОКТОР НАУК, СПЕЦИАЛИСТ ПО ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ, DANTHERM COOLING

21

https://www.dantherm.com/gb/electronics-cooling/

ОТСУТСТВИЕ НЕГАТИВНОГО ВЛИЯНИЯ ВЛАЖНОСТИ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СИСТЕМ ЕСТЕСТВЕННОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ДЛЯ БАЗОВЫХ СТАНЦИЙ С ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ/ЧАСТЬ ВТОРАЯ

1. ВВЕДЕНИЕВ первой части этого доклада проведен анализ возможности использования систем естественного охлаждения для управления температурным режимом на телекоммуникационных объектах, расположенных в регионах с очень влажным климатом. Результаты анализа четко указывают на безопасность данного метода охлаждения независимо от высокой влажности, если соблюдаются определенные рекомендации. Во второй части доклада рассматриваются риски, связанные с высокой влажностью в помещениях, оснащенных комбинацией систем кондиционирования и естественного охлаждения.

В данном исследовании приводятся расчеты для трех разных регионов мира с очень влажным климатом. Это исследование основано на расчетах, которые выполнены в соответствии с законами термодинамики и с учетом допустимых и рекомендованных ASHRAE и ETSI классов окружающей среды для электронного оборудования, работающего на уровне моря [2][3].

Экспертный доклад Отсутствие негативного влияния влажности при использовании систем естественного охлаждения для базовых станций с телекоммуникационным оборудованием, часть втораяД-р Эсан Б. Хагиги (Ehsan B. Haghighi, PhD) Специалист по теплоэнергетике, Dantherm Cooling

ЧТО НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ: КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ• При совместном использовании систем естественного охлаждения и кондиционирования

на телекоммуникационных базовых станциях во влажном климате возникают более серьезные риски, связанные с образованием конденсата.

• Главной целью расчетов, приведенных в данном докладе, являлось определение относительной влажности в помещениях, оснащенных этими двумя типами систем охлаждения.

• Расчеты выполнены для трех стандартных установок в различных условиях влажности. Результаты расчетов сравнивались с допустимым диапазоном влажности, указанным в стандартах ASHRAE/ETSI.

• Из результатов расчетов видно, что риск образования конденсата исчезает, если мощность охлаждения и расход воздуха соответствуют количеству тепла, вырабатываемому в помещении.

i


2. УСЛОВИЯ И ПРИНЦИП РАБОТЫ


При охлаждении электронного оборудования в регионах с влажным климатом часто возникает проблема, связанная с образованием конденсата по причине высокой влажности внутри помещения. Считается, что при использовании систем кондиционирования в сочетании с системами естественного охлаждения риск образования конденсата увеличивается.

Чтобы оценить риск высокой влажности и образования конденсата внутри помещений, оснащенных системами кондиционирования и естественного охлаждения, сначала необходимо понять принцип работы подобных установок и определить этапы, на которых такой риск теоретически может присутствовать.

На рис. 1a–1c показана стандартная телекоммуникационная базовая станция, оснащенная системами естественного охлаждения и кондиционирования. Режим кондиционирования основан на охлаждении в закрытом цикле, когда поток воздуха в помещении изолирован от потока наружного воздуха (см. рис. 1b). В режиме естественного охлаждения воздух подается с одной стороны помещения, циркулирует в помещении и выводится с другой стороны (см. рис. 1c). Как видно на рис. 1b и 1c, переключение между двумя режимами охлаждения зависит от температуры окружающей среды.

При использовании режима естественного охлаждения влажный наружный воздух подается в помещение и нагревается при контакте с теплым оборудованием (см. рис. 1c и зеленую стрелку на рис. 3). Однако при включении кондиционера в уравнение добавляется процесс охлаждения/осушения, который происходит до нагрева воздуха теплом в помещении. Это связано с тем, что воздух проходит через блок кондиционера и осушается в змеевике испарителя (синяя стрелка на рис. 3). Холодный осушенный воздух смешивается с теплым воздухом в помещении и нагревается (красная стрелка на рис. 3).

Рис. 1b. Режим кондиционирования воздуха

Рис. 1c. Режим естественного охлаждения

Рис. 1a. Кондиционер и блоки естественного охлаждения, установленные в стандартном помещении


3. ПАРАМЕТРЫ РАСЧЕТА

При переводе параметров в расчетные величины необходимо исходить из того, что воздух в помещении является однородным в отношении температуры и влажности независимо от режима охлаждения. Такое допущение позволяет выполнить расчет для наиболее неблагоприятного случая, эквивалентного параметрам наружного воздуха. Процесс охлаждения в режиме кондиционирования теперь можно разделить на этапы 1, 2 и 3.

3.1 Процесс охлаждения в режиме кондиционированияЭтап 1 (см. рис. 2 и 3) является начальным этапом, на котором значения температуры и влажности воздуха считаются равными показателям наружного воздуха. Синяя стрелка (1) на рис. 3 показывает изменение параметров воздуха по мере охлаждения и осушения воздуха в змеевике испарителя на этапе 2. И, наконец, на этапе 3 воздух поступает в помещение и нагревается присутствующим в нем теплом. Рис. 2. Процессы охлаждения/осушения

и нагрева в режиме кондиционирования

Основные уравнения в соответствии с рис. 2 и 3:

(1)

(2)

(3)

Объяснение: уравнения (1, 2, 3) относятся к этапам охлаждения/осушения/нагрева, показанным на рис. 3. Переменные q1-2 и q2-3 — это мощность (кВт) охлаждения и нагрева для этапов 1–2 и 2–3 соответственно. Переменные hi и Wi — это удельная энтальпия влажного воздуха и отношение удельной энтальпии влажного воздуха к влажности соответственно. Переменная hw2 — это удельная энтальпия насыщенной жидкости (кДж/кг), mw — массовый расход насыщенной воды, m ̇da — массовый расход сухого воздуха.

Главной задачей является расчет относительной влажности на этапе 3 (внутри помещения) и сравнение результата расчета с допустимым диапазоном влажности, указанным в стандартах ASHRAE и ETSI [2][3]. Обычно метеорологические данные для этапа 1, такие как температура сухого термометра (Tdb), температура влажного термометра (Twb), относительная влажность φ (%), m ̇da и q2-3, являются известными величинами. Порядок расчета остальных параметров подробно описан в стандартах ASHRAE [4].Рис. 3. Психрометрическая диаграмма, метрические единицы измерения СИ, уровень моря, барометрическое давление 101,3 кПа. Описывает этапы режима кондиционирования; построена в соответствии с рекомендованными и допустимыми ASHRAE классами окружающей среды для электронного оборудования, работающего на уровне моря


Рекомендуемая

Допустимая для A1




3.2 Процесс охлаждения в режиме естественного охлажденияВ отличие от режима кондиционирования, при естественном охлаждении не происходит активного осушения воздуха. Вместо этого приточный воздух непосредственно смешивается с теплым воздухом в помещении. Чтобы обеспечить «наименее благоприятный сценарий», упомянутый в начале раздела 3, предполагается, что помещение равномерно заполнено воздухом, температура и влажность которого эквивалентны показателям наружного воздуха. Данный вопрос подробно рассматривается в первой части этого доклада.


4. МОДЕЛЬНЫЕ РАСЧЕТЫ

Чтобы выполнить этот расчет, из справочника ASHRAE [4] были взяты расчетные значения влажного термометра и средние совпадающие значения температуры сухого термометра в г. Новый Орлеан (США) за июль (накопленная повторяемость: 0,4). Эти значения равны Twb = 29,0 °C и Tdb = 32,0 °C соответственно при относительной влажности φ = 96 %.

Этот воздух охлаждается при прохождении змеевика кондиционера, а затем нагревается (см. рис. 2). Объемный расход сухого воздуха (количество воздуха, регулируемое системой кондиционирования) можно настраивать в соответствии с размером блока кондиционирования. Можно вычислить количество тепла, необходимое для уменьшения относительной влажности до приемлемого значения. Результаты этого расчета показаны на рис. 4.

По оси X показана температура воздуха, поступающего от блока кондиционирования, а по оси Y — расчетная относительная влажность воздуха при нагреве от электронного оборудования. Как видно из графиков, при массовом расходе в 100 м3/ч, 776 м3/ч, 2328 м3/ч и 3100 м3/ч требуется тепловая нагрузка не менее 0,15 кВт, 0,8 кВт, 3 кВт и 4 кВт соответственно для создания относительной влажности ниже 80 % (см. рис. 3). Чтобы добиться более низкой влажности (например, φ = 20 %), требуемая тепловая нагрузка должна составлять 0,8 кВт, 6,5 кВт, 20 кВт и 25 кВт соответственно.

Рис. 4. Графики зависимости относительной влажности в помещении от температуры приточного воздуха при различных значениях расхода и тепловой нагрузки для стандартной базовой станции, расположенной в Новом Орлеане (США)


Расход воздуха, 100 м3/ч,Новый Орлеан, США

Отн. в

лажно

сть в по

мещ

ении

, ф (%

)

Тепловая нагрузка [q]= 0,80 кВт


Tвход (°C)


Отн. в

лажно

сть в по

мещ

ении

, ф (%

)

Tвход (°C)

Тепловая нагрузка [q]= 20 кВт



Отн. в

лажно

сть в по

мещ

ении

, ф (%

)

Tвход (°C)




Отн. в

лажно

сть в по

мещ

ении

, ф (%

)

Tвход (°C)




5. МОДЕЛЬНЫЕ РАСЧЕТЫ, ПРОДОЛЖЕНИЕ

Рис. 5. Графики зависимости относительной влажности в помещении от температуры приточного воздуха при различных значениях расхода и тепловой нагрузки для стандартной базовой станции, расположенной в Сингапуре

Схожие расчеты были выполнены для июльских значений в Сингапуре (Tdb = 30,2 °C, Twb = 27,6 °C, φ = 96 %) и Шанхае (Tdb = 33,9 °C, Twb = 28,8 °C, φ = 93 %). См. рис. 5 и 6 соответственно.

Рис. 6. Графики зависимости относительной влажности в помещении от температуры приточного воздуха при различных значениях расхода и тепловой нагрузки для стандартной базовой станции, расположенной в Шанхае (Китай)


Расход воздуха, 100 м3/ч,Сингапур



Отн. в

лажно

сть в по

мещ

ении

, ф (%

)

Tвход (°C)




Отн. в

лажно

сть в по

мещ

ении

, ф (%

)

Tвход (°C)




Отн. в

лажно

сть в по

мещ

ении

, ф (%

)

Tвход (°C)

Расход воздуха, 100 м3/ч,Шанхай, Китай



Отн. в

лажно

сть в по

мещ

ении

, ф (%

)

Tвход (°C)




Отн. в

лажно

сть в по

мещ

ении

, ф (%

)

Tвход (°C)




Отн. в

лажно

сть в по

мещ

ении

, ф (%

)

Tвход (°C)




Отн. в

лажно

сть в по

мещ

ении

, ф (%

)




Отн. в

лажно

сть в по

мещ

ении

, ф (%

)

Tвход (°C) Tвход (°C)


6. РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОД

Главной целью этого исследования был расчет относительной влажности в помещениях, оснащенных комбинацией систем кондиционирования и естественного охлаждения, для трех стандартных объектов, которые расположены в регионах с влажным климатом, а также сравнение результатов расчета с допустимым диапазоном влажности, указанным в стандартах ASHRAE и ETSI.

6.1. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТОВ И ВЫВОДРезультаты расчетов показывают, что уровень относительной влажности для всех рассматриваемых регионов остается в рекомендованном/допустимом диапазоне, если мощность охлаждения и расход воздуха соответствуют тепловой нагрузке в помещении. Причиной этого является тепло, которое вырабатывается в помещении и мгновенно нагревает наружный воздух, поступающий в помещение в режиме естественного охлаждения. Таким образом, можно сделать вывод, что сочетание естественного охлаждения и кондиционирования можно безопасно использовать в регионах с высокой влажностью, если мощность охлаждения и расход воздуха соответствуют создаваемой тепловой нагрузке.

Литература [1] Отсутствие негативного влияния влажности при использовании систем естественного охлаждения для базовых станций с телекоммуникационным оборудованием, часть первая[2] ASHRAE, 2012, Thermal Guidelines for Data Processing Environments, Third Edition[3] ETSI EN 300 019-1-3 V2.2.2 (2004-03), European Standard (Telecommunications series)[4] ASHRAE Handbook Fundamentals, 2013

6.2 УСТАНОВКИ, НАХОДЯЩИЕСЯ В ЭКСПЛУАТАЦИИТип установок, описанный в этом докладе, успешно используется в 52 странах по всему миру. Наши контактные данные приведены ниже. Обращайтесь за консалтинговыми услугами, носящими рекомендательный характер, уже сегодня.

Позвоните нам: Главный офис: +45 9614 3783 / США: +1 (864) 595-9800 / Азиатско-Тихоокеанский регион: 0512 6667 8522

Напишите нам: [email protected]

Наш веб-сайт: www.danthermcooling.com


mailto:electronicscooling%40dantherm.com?subject=Системы%20кондиционирования%20и%20естественного%20охлажденияhttps://www.dantherm.com/gb/electronics-cooling/https://www.dantherm.com/gb/electronics-cooling/

DANTHERM COOLING ПРЕДЛАГАЕТ НАДЕЖНЫЕ И ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ

ПО ОХЛАЖДЕНИЮ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОГО И ЭЛЕКТРОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

КОМПАНИЯ DANTHERM COOLING ЯВЛЯЕТСЯ ПРЕДПОЧИТАЕМЫМ ПАРТНЕРОМ ДЛЯ РАЗРАБОТКИ

РЕШЕНИЙ ПО ОХЛАЖДЕНИЮ ЭЛЕКТРОННОГО ОСНАЩЕНИЯ И ВЕДУЩИМ ПОСТАВЩИКОМ

КЛИМАТИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ

[email protected]
mailto:electronicscooling%40dantherm.com?subject=Please%20tell%20me%20more%20about%20free%20cooling%2C%20air%20conditioning%20and%20humidity

Экспертный доклад - Dantherm · 2020. 11. 24. · [2] ASHRAE, 2012, Thermal Guidelines for Data Processing Environments, Third Edition [3] ETSI EN 300 019-1-3 V2.2.2

Documents