Обеспечение климат-контроля объектов связи при температурах наружного воздуха ниже -15°С

Обеспечение климат-контроля объектов связи при температурах
наружного воздуха ниже -15°С

Б. Финкельштейн ( руководитель направления ООО "ВЕНТСПЕЦСТРОЙ" )

Введение

Именно до -15°С гарантируют штатную работу своих кондиционеров с выносными воздушными конденсаторами без специальных опций подавляющее большинство производителей. Это связано не только с особенностями работы холодильного контура, основными элементами которого  являются компрессор, конденсатор и испаритель, но и с отсутствием температур наружного воздуха ниже -15°С у основных потребителей. Для других предназначена опция «низкотемпературный комплект», расширяющая диапазон рабочих температур до -35°С.

До такой же температуры могут функционировать без специальной доработки кондиционеры со встроенными водяными конденсаторами и выносной градирней, а так же системы, состоящие из чиллера и кондиционеров-доводчиков.

 Однако для многих районов нашей страны -35°С далеко не минимальная температура. Морозы с температурой ниже -40°С в январе этого года в средней полосе России – яркое тому подтверждение.

Практически единственным решением, способным обеспечить безаварийную и стабильную работу системы климат-контроля при низких и сверхнизких (от -35°С до
-50°С) температурах окружающей среды, является использование специально предназначенного для этих целей оборудования с функцией естественного охлаждения (фрикулинга), гарантирующего при этом ещё и значительную экономию электроэнергии.

К такому оборудованию несомненно следует отнести разработанные ООО "ВЕНТСПЕЦСТРОЙ" кондиционеры Мистраль-телеком(MISTRAL TELECOM)  и устройства вентиляционные УВ ЕНИСЕЙ 2000 (см. Сборник трудов. СПРЭС 2012, стр. 148). Это право они завоевали почти десятилетней, более чем успешной, эксплуатацией нескольких сотен кондиционеров и устройств в районах крайнего Севера России
(г. Норильск, полуостров Ямал, Новосибирские острова и т.п.) и на севере Казахстана.

Отличительным особенностям оборудования, разработанного ООО "ВЕНТСПЕЦСТРОЙ", позволяющим успешно работать при низких и сверхнизких  температурах, в отличие от большинства «фрикулинговых систем», в изобилии представленных на нашем рынке, и посвящён данный доклад.

1. Моноблочное исполнение и теплоизолированный корпус

Почти все кондиционеры с функцией фрикулинга, аналогичные кондиционеру Мистраль-телеком, представляют собой моноблоки. Подавляющее большинство из них не рассчитаны для работы при сверхнизких температурах наружного воздуха, о чём говорит нижняя граница диапазона рабочих температур данных кондиционеров, ограниченная  
-30, -35°С.

Некоторые кондиционеры с функцией фрикулинга используют холодный наружный воздух только до -15°С, переходя при более низких температурах на механическое (компрессорное) охлаждение при обязательной опции «низкотемпературный комплект». В результате энергопотребление возрастает, надёжность системы климат-контроля падает (задействовано больше сложных агрегатов), усиливается зависимость от наличия питания ≈ 220В, с которым как раз в морозы перебои более чем вероятны.

Большинство вентиляционных устройств, в отличие от моноблочного УВ ЕНИСЕЙ 2000, представляют собой раздельные системы, состоящие из приточного и вытяжного блока. Если приточный блок при желании может быть надёжно теплоизолирован, то обеспечить при низких температурах наружного воздуха гарантированную теплоизоляцию вытяжного отверстия, даже используя дополнительный клапан с электроприводом, не удаётся.

Моноблочная конструкция УВ ЕНИСЕЙ 2000 и кондиционера Мистраль-телеком позволяет одним клапаном с одним приводом управлять двумя отверстиями для забора холодного наружного воздуха и выброса теплого (см. рис. 1).

Теплоизоляцию УВ ЕНИСЕЙ 2000 можно увидеть на рис. 1. Аналогичным образом теплоизолирован и кондиционер Мистраль-телеком. Следует обратить внимание на теплоизоляцию дверцы УВ ЕНИСЕЙ 2000 (см. рис. 1), которая не соприкасается с наружной стеной объекта, однако в некоторых режимах работы её внутренняя поверхность имеет контакт с наружным воздухом.

Рис. 1 Конструкция УВ ЕНИСЕЙ 2000

2. Специальная конструкция клапана фрикулинга

Обычный клапан, даже с теплоизоляцией, может не обеспечить должной защиты от наружного воздуха с низкой и тем более сверхнизкой температурой. На рис. 1 можно увидеть клапан фрикулинга, с двух сторон покрытый теплоизоляцией, специальной конструкции (позиция 4), которая не только не промерзает, но и позволяет решать ряд других задач (см. ниже).

3. Привод клапана фрикулинга с пропорциональным регулированием

Легко можно встретить оборудование с функцией фрикулинга без клапана, у многих клапан есть, но работает только в режиме ON/OFF, что также недопустимо при низких наружных температурах. Самым «благоприятным» результатом работы такого оборудования будет переохлаждение объекта с необходимостью включения электронагревателя, что приводит к значительным  дополнительным затратам электроэнергии.

В УВ ЕНИСЕЙ 2000 и кондиционере Мистраль-телеком клапан фрикулинга может занимать любое положение от максимально открытого (100%) до максимально закрытого (0%). Текущее положение клапана рассчитывается контроллером по специальному алгоритму на основании температурных данных и уставок и реализуется приводом клапана. Это позволяет подавать на объект необходимое в данный момент количество воздуха для поддержания температуры в строго заданном интервале.

4. Приточный вентилятор

Количество наружного воздуха, подаваемого на объект, прямо пропорционально скорости приточного вентилятора, которая должна быть переменной в зависимости от значений температур : наружного воздуха и внутри объекта. В УВ ЕНИСЕЙ 2000 и кондиционере Мистраль-телеком используется вентилятор EBM-PAPST (Германия) с плавным изменением скорости и тем самым расхода воздуха.

5. Камера смешения

Даже небольшое количество воздуха с отрицательной температурой, подаваемое на объект на минимальной скорости вентилятора может негативно сказаться на работе объекта. Чтобы не допустить этого, в УВ ЕНИСЕЙ 2000 и кондиционере Мистраль-телеком для подготовки подаваемого на объект (приточного) воздуха существует камера смешения холодного наружного воздуха с температурой до -50°С и тёплого воздуха с температурой около +26°С, удаляемого из объекта. За счёт смешивания различного объёма холодного и тёплого воздуха можно подготовить воздух достаточно высокой температуры. Количество подаваемого воздуха для охлаждения объекта регулируется клапаном фрикулинга.

Моноблочная конструкция УВ ЕНИСЕЙ 2000 и кондиционера Мистраль-телеком позволяет так же в камере смешения подготовить удаляемый из объекта воздух, значительно понизив его температуру, тем самым, препятствуя образованию инея и наледи на стенках объекта.

В оборудовании с функцией фрикулинга, состоящем из приточного и вытяжного блока (не моноблочном), отсутствует возможность создания камеры смешения выводимого воздуха и снижения его температуры.

6. Датчик температуры приточного воздуха

Для контроля и обеспечения температуры воздуха, подаваемого на объект, не ниже +5°С при любых температурах наружного воздуха, в УВ ЕНИСЕЙ 2000 и кондиционере Мистраль-телеком установлен дополнительный датчик температуры. Это датчик температуры приточного воздуха, наряду с традиционными для оборудования с функцией фрикулинга датчиками наружной и внутренней температуры. Он расположен между электронагревателем и приточной решёткой (см. рис. 1).

7. Встроенный электронагреватель

В УВ ЕНИСЕЙ 2000 и кондиционере Мистраль-телеком есть опция встроенный электронагреватель мощностью 1,5/3,0 кВт (см. рис. 1). Он начинает работать только, когда температура внутри объекта из-за низкой или сверхнизкой наружной температуры грозит опуститься за нижний предел заданного температурного интервала. В других режимах работы рассматриваемого оборудования электронагреватель не используется.

8. Логика работы и контроллер

Все вышеперечисленные качества представляют собой необходимые, но не достаточные условия для выполнения поставленной задачи.

Приточный вентилятор с переменной скоростью вращения или привод клапана фрикулинга с пропорциональным регулированием практически бесполезны (разве что, для «галочки» в таблице соответствия техническим требованиям какого-нибудь тендера), если не будут разработаны и реализованы оптимальные алгоритмы управления их параметрами (скоростью для вентилятора, % открытия для привода) в реальном режиме времени. Совокупность таких алгоритмов и представляет собой логику работы того или иного оборудования.

Логика работы УВ ЕНИСЕЙ 2000 и кондиционера Мистраль-телеком базируется на многоуровневом алгоритме, программная реализация которого загружена в контроллер CAREL pCOxs (Италия). Высокая эффективность этого алгоритма и полное соответствие поставленным задачам доказаны многократным тестированием и многолетней успешной эксплуатацией.

Выводы

Кроме основной задачи оборудования с функцией фрикулинга – экономии электроэнергии на климат-контроле объектов, есть не менее значимая – обеспечение безаварийной и стабильной работы системы климат-контроля при низких и сверхнизких (от -35°С до -50°С) температурах окружающей среды.

Эта задача может быть выполнена только оборудованием, обладающим следующими качествами:

            - моноблочное исполнение и теплоизолированный корпус;

            - специальная (непромерзающая) конструкция клапана фрикулинга;

            - привод клапана фрикулинга с пропорциональным регулированием;

            - приточный вентилятор с переменной скоростью вращения;

            - камера смешения для подготовки приточного воздуха;

            - датчик температуры приточного воздуха;

            - встроенный электронагреватель;

            - эффективная логика работы, реализуемая высокопроизводительным контроллером.

Сотни УВ ЕНИСЕЙ 2000 и кондиционеров Мистраль-телеком, разработанные ООО "ВЕНТСПЕЦСТРОЙ", в полной мере обладая всеми этими качествами, почти десятилетие обеспечивают надёжный и энергоэффективный климат-контроль объектов связи в самых северных точках нашей страны.