Холодоснабжение, кондиционирование воздуха
Coolling and air conditioning
  Энергосберегающее климатическое оборудование для объектов связи
Telecom free cooling air conditioning
 
Статьи

ПОДДЕРЖАНИЕ КЛИМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ ОБЪЕКТАХ (Часть 1)

П. Л. Ронжин
 
Бурное развитие рынка телекоммуникаций в целом и мобильной связи в частности привело в последние годы к массовому строительству базовых станций контейнерного типа (шелтеров), наличие и нормальное функционирование которых является основным фактором, определяющим качественное обслуживание абонентов в заявленных зонах обслуживания операторов связи. Надежность работы телекоммуникационного оборудования базовых станций зависит не только от качества его изготовления, но и в немалой степени от технических решений, выбранных при строительстве шел-тера. Наиболее трудными задачами, возникающими на этапах строительства и эксплуатации сети телекоммуникационных объектов, являются обеспечение электропитания и поддержание внутри шелтеров заданных климатических параметров.
В России исторически сложились два подхода к решению задачи поддержания необходимого температурного диапазона внутри базовых станций. Это применение кондиционеров комфортной серии типа «сплит-система» и использование прецизионных кондиционеров для телекоммуникаций. Сейчас уже никому не надо объяснять, что такое сплит-система. Они применяются повсюду — от квартир и загородных домов до офисов и магазинов. Повсеместное распространение сплит-си-стем и их относительно низкая стоимость стали основными факторами, повлиявшими на то, что базовые станции сотовой связи на первом этапе предпочитали оснащать именно таким кондиционер-ным оборудованием.
Совсем другая ситуация сложилась с прецизионными кондиционерами для телекоммуникаций. Хотя данный класс кондиционеров появился довольно давно (около 10 лет назад), но далеко не все знают, в чем их отличие от сплит-систем и в чем — от просто прецизионных кондиционеров.

ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

В последние годы стало очевидным, что отвод тепла от технологического оборудования и поддержание заданного температурного режима на таких телекоммуникационных объектах, как базовые станции и контроллеры мобильной связи, является серьезной проблемой, для решения которой требуется применение специального оборудования. Таким оборудованием и стали прецизионные кондиционеры для телекоммуникаций.
Какие же характеристики телекоммуникационных объектов были учтены при конструировании прецизионных кондиционеров этого класса? Прежде всего необходимо заметить, что базовые станции монтируются таким образом, чтобы обеспечить надежную связь не только в населенных пунктах, но и вне их (вдоль дорог и т. д.), что подразумевает их разбросанность и удаленность. Следовательно, кондиционеры должны требовать для своей работы минимального присутствия специалистов, круглосуточно и круглогодично работать в автоматическом режиме, адекватно реагировать на аварийные ситуации — например, пропадание основного электропитания.
Кратко перечислим основные требования к кондиционерам для подобных телекоммуникационных объектов:
• высокая надежность при круглосуточной и круглогодичной эксплуатации при температуре наружного воздуха от -40 °С до +40 °С;
• большой ресурс работы;
• низкое энергопотребление;
• возможность удаленного контроля и управления;
• возможность работать от аварийного источника питания 48 В (аккумуляторов);
• антивандальное исполнение (кондиционер, выполненный в виде моноблока и приспособленный для монтажа внутри базовой станции).
Приведенным выше требованиям отвечают кондиционеры прецизионного типа. Отличием же таких кондиционеров, разработанных для телекоммуникаций от классических прецизионных, применяемых в серверных комнатах и дата-центрах, стала реализация другой логики работы, направленной не на точное поддержание температуры и влажности, а на поддержание температуры внутри шелтера в приемлемом диапазоне с минимальными энергозатратами. Для решения этой задачи используются встроенные системы естественного охлаждения (free cooling), имеющие приоритет перед включением компрессора. При пропадании основного электропитания кондиционер переходит в аварийный режим работы, при котором температурный режим внутри объекта обеспечивается за счет работы клапана естественного охлаждения, приточного вентилятора, датчиков температуры и контроллера.
В большинстве случаев прецизионный кондиционер для телекоммуникаций — это моноблочный агрегат, оборудованный системой естественного охлаждения, встроенным воздушным конденсатором, герметичным компрессором, приточным вентилятором с изменяемой скоростью вращения и питанием от постоянного напряжения 48 В, электронагревателем, воздушным фильтром и микропроцессорной системой, которая контролирует работу всех компонентов и обеспечивает удаленное управление.
По сравнению со сплит-система-ми прецизионные кондиционеры для телекоммуникаций обеспечивают большую кратность воздухообмена и, как следствие этого, лучшее отношение явной холодопроизводи-тельности к полной. Иными словами, на единицу затраченной электроэнергии прецизионный кондиционер вырабатывает больше полезного холода, чем сплит-система.
Обычно в прецизионном кондиционере для телекоммуникаций предусмотрены следующие режимы обработки воздуха:
• естественное охлаждение;
• принудительное охлаждение;
• смешанное охлаждение (совмещение естественного и принудительного охлаждения);
• принудительный нагрев;
• аварийный режим.

Естественное охлаждение воздуха

В режиме естественного охлаждения температура воздуха в помещении поддерживается за счет холодного наружного воздуха, подаваемого вентилятором испарителя (приточным вентилятором) через клапан естественного охлаждения. При этом наружный воздух проходит через воздушный фильтр, где очищается от пыли, а также через неиспользуемые в данном режиме теплообменник испарителя и электронагреватель. Теплый воздух из помещения уходит наружу через клапан естественного охлаждения, конденсатор и вентилятор. Режим естественного охлаждения воздуха применяется при условии, что температура наружного воздуха ниже температуры воздуха в помещении на 2 °С и более.

Принудительное охлаждение воздуха в режиме рециркуляции

В режиме принудительного охлаждения заданная температура воздуха в помещении поддерживается за счет работы компрессора кондиционера. При этом воздух движется по замкнутому кругу: через вентилятор испарителя поступает из помещения, последовательно проходит клапан естественного охлаждения, воздушный фильтр и теплообменник испарителя, где его температура снижается, и попадает опять в помещение, где охлаждает телекоммуникационное оборудование. Данный режим применяется лишь в случае отсутствия условий для естественного охлаждения помещения.

Смешанное охлаждение воздуха

Если естественного охлаждения недостаточно для поддержания заданной температуры, дополнительно включается принудительное охлаждение приточного наружного воздуха. При этом маршрут движения воздуха полностью совпадает с тем маршрутом, который проходит воздух в режиме естественного охлаждения.
Принудительный нагрев воздуха

Данный режим используется для поддержания необходимой температуры воздуха в помещении, если она упала ниже заданной. Воздух движется как в режиме его принудительного охлаждения, только вместо холодильной машины включается электрический нагреватель.

ПРЕИМУЩЕСТВА
Рассмотрим подробнее те преимущества, которые имеют прецизионные кондиционеры для телекоммуникаций перед кондиционерами комфортных серий типа «сплит-система».

1.Ресурс
Сплит-системы конструируются и производятся в основном для бытовых нужд, т. е. для создания комфортных климатических условий для людей. Решая эту задачу, они работают в режиме охлаждения в течение 2-3 летних месяцев и в режиме обогрева в течение 1-2 месяцев весенне-осеннего межсезонья. При этом в редких случаях продолжительность работы кондиционера составляет более 10 ч в сутки. Соответственно при заявленном сроке эксплуатации 10 лет ресурс лучших образцов сплит-си-стем, выраженный в моточасах, составляет не более 36 тыс. ч. При условии круглосуточной работы данный ресурс вырабатывается за 4 года эксплуатации, после чего кондиционер должен быть подвергнут серьезной проверке или заменен.
Прецизионные кондиционеры для телекоммуникаций имеют заявленный срок службы 10-12 лет и предназначены для работы в режиме 24 ч в сутки, 365 дней в году, что соответствует ресурсу 105 тыс. ч. Таким образом, ресурс прецизионных кондиционеров почти в три раза выше ресурса сплит-систем.

1. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНДИЦИОНЕРОВ ФИРМЫ DANTHERM HMS

 

Характеристика
Danline4.0
Danline5.5
Danline8.0
Danline 11.2     
Danline 13.5
Холодопроизводительность при механическом охлаждении, кВт
3,7
5,5
7
11,7
13,5
Расход воздуха в режиме рециркуляции,м3ч
850
1150
1900
2850
2850
Мощность нагрева,кВт
 
 
1,5
 
 
ДлинаХширинаХвысота,мм
300х600х2000
400х600х2000
600х600х2000
650х900х2000
650х900х2000
Масса,кг
120
140
170
253
273
Хладаген
 
 
R134a
 
 
По стандарту ARI:наружная температура+35С, температура воздуха внутри помещения+27С, влажность 30%
 

 

2. Температура наружного воздуха

Комфортные кондиционеры предназначены для работы в летний и весенне-осенний периоды года, поэтому их работоспособность (в стандартной комплектации) в режиме охлаждения ограничена температурой наружного воздуха -15 °С, а в режиме обогрева — -9 °С. Для использования на базовых станциях сплит-системы дополнительно оснащают низкотемпературными комплектами, которые позволяют работать кондиционерам при температуре наружного воздуха до -30 °С. При этом оснащенный таким комплектом кондиционер уже не может работать в режиме обогрева. Именно поэтому на базовых станциях чаще всего используют кондиционеры, работающие только на охлаждение. Работа при более низких температурах катастрофически быстро приводит к выработке ресурса и/или поломкам таких кондиционеров. Для подогрева воздуха в шелтерах с плохой теплоизоляцией в зимних условиях применяют дополнительные нагревательные приборы (например, масляные радиаторы). Максимальная температура наружного воздуха, при которой сплит-системы сохраняют свою работоспособность, не указывается практически ни одним производителем комфортных кондиционеров. Из практики известно, что кондиционеры данной группы сохраняют заявленные рабочие параметры до температуры +35 °С.
Большинство прецизионных кондиционеров для телекоммуникаций в стандартной версии исполнения могут работать при температуре наружного воздуха от -35 до + 40 °С, а некоторые от -40 до + 45 °С

3. Конструкция кондиционеров

Сплит-системы состоят из двух блоков: наружного компрессорно-конденсаторного и внутреннего испарительного. При монтаже и пус-коналадке таких кондиционеров необходимо соединить блоки между собой медными трубами в теплоизоляции (их длина в среднем составляет 5-6 м), проложить межблочные электрические соединения, организовать дренаж конденсата, подключить электрическое питание, проверить (опрессовать под давлением 30 бар) фреоновые трубопроводы и отвакуумировать их, проверить параметры работы холодильного контура, а затем дозаправить систему фреоном с учетом длины трасс. Для выполнения всех этих работ требуется высокая квалификация монтажников.
Наиболее распространенные прецизионные кондиционеры для телекоммуникаций имеют моноблочную компоновку и предназначены для установки внутри помещений. Они поставляются в полностью готовом виде и уже прошедшими испытания. Монтаж представляет собой установку кондиционера на предназначенное ему место у наружной стены (в которой подготовлены отверстия для забора и выброса воздуха), выведение патрубка слива конденсата и подключение к системе электропитания.
Наружные блоки сплит-систем нередко подвергаются актам ван
дализма и воровству. Моноблочный кондиционер, установленный внутри помещения и защищенный антивандальными решетками, практически недоступен для злоумышленников.
Во фреоновом контуре комфортных кондиционеров в качестве дросселирующего устройства обычно используется  капиллярная трубка, которая из-за своих конструктивных особенностей не может обеспечить


постоянной величины перегрева паров фреона в испарителе, что отражается на эффективности работы кондиционера и его  надежности.
 В прецизионных кондиционерах используется терморегулирующий вентиль, что положительно сказывается на термодинамических характеристиках холодильного цикла.
Фреоновый контур моноблочных прецизионных кондиционеров собран и проверен в заводских условиях, что отличает его от фреоновых трасс сплит-систем, которые монтируются непосредственно на объекте, в результате чего создаются предпосылки для возможной утечки фреона.
 

 
На базовых станциях сетей сотовой связи система кондиционирования воздуха — это один из основных потребителей электрической энергии. При наличии эффективной теплоизоляции шелтера часто складывается ситуация, в которой необходимо снимать теплоизбытки, когда температура наружного воздуха существенно ниже температуры внутри станции. В этом случае использование сплит-систем приводит к избыточному потреблению электороэнергии. Прецизионные кондиционеры для телекоммуникаций стандартно оснащены системой естественного охлаждения, использующей холодный наружный воздух, подаваемый приточным вентилятором внутрь контейнера через воздушный фильтр. В условиях эксплуатации кондиционеров в Московской области работа системы естественного охлаждения позволяет снизить энергопотребление на 75 % (по сравнению с эксплуатацией сплит-систем).
В ряде прецизионных кондиционеров для телекоммуникаций логикой управления предусмотрено плавное снижение скорости вращения вентилятора испарителя вплоть до минимального значения в режиме естественного охлаждения (в зависимости от тепловой нагрузки и температур в помещении и снаружи). Таким образом, в данном режиме не только выключается компрессор, но и максимально снижается энергопотребление вентилятора.
Отношение явной холодопроиз-водительности к полной для сплит-систем составляет в среднем 0,5, а для прецизионных кондиционеров — 0,9-1,0. Данные значения показывают, что в сплит-системах на конденсацию влаги из воздуха затрачивается 50 % общей холодопро-изводительности, тогда как в прецизионных кондиционерах на этот процесс уходит меньше 10 %.
В кондиционерах комфортных серий применяются воздушные фильтры с небольшой поглощающей способностью, которые требуют более частой очистки, чем фильтры прецизионных кондиционеров 

4. Логика работы

Логика работы сплит-системы подчинена задаче поддержания в помещении заданной температуры. Алгоритм работы жестко «зашит» в контроллере кондиционеров, оператор может лишь менять уставки по температуре и включать разные режимы работы: охлаждение, обогрев, осушение.
В прецизионных кондиционерах реализована более гибкая логика работы, нацеленная на поддержание температуры в кондиционируемом помещении в заданном (допустимом для данных помещений) диапазоне с минимальными затратами электроэнергии. С этой целью предусматривается возможность раздельного изменения уставок по включению электронагревателя, компрессора, системы естественного охлаждения и вентиляторов, а также регулировка других служебных параметров. В зависимости от поставленных задач кондиционер может поддерживать температуру с точностью, сравнимой с точностью поддержания температуры другими типами прецизионных кондиционеров, или обеспечивать максимальное энергосбережение.

5. Удаленное управление

Сплит-системы обычно не предназначены для подключения к системе удаленного контроля и управления. Устройства же управления прецизионных кондиционеров могут работать совместно с системой диспетчеризации здания или отдельных инженерных систем. Для этого в контроллеры устанавливают сетевую плату для подключения к сети, например, по стандарту RS485 

2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНДИЦИОНЕРОВ ФИРМЫ EMERSON

 

 

Характеристика
HilinePIOS
Hiline PI 07
Hiline P110
Hiline P112
Hiline P115
Полная холодопроизводительность при механическом охлаждении* (нижняя/верхняя подача воздуха), кВт
5,2/5,2
7,5/7,4
10,8/10,8
12,9/13,1
16,5/16,1
Расход воздуха при естественном охлаждении (нижняя/верхняя подача воздуха), м7ч
1500/1890
1570/1920
10,8/10,8
3480/3480
16,5/16,1
Расход воздуха в режиме рециркуляции, (нижняя/верхняя подача воздуха), м
1950/2100
2050/2200
3405/3560
3780/3890
4000/4200
Мощность нагрева, кВт
3
4,5
 
6
 
Длина х ширина х высота, мм
 
650х650х1990
900 x 750 x 2050
 
Длина х ширина х высота, мм
228/232
231/236
3405/3560
287/292
4000/4200
Длина х ширина х высота, мм
 
 
R407c
 
 

Программой контроллеров прецизионных кондиционеров допускается возможность произ­вольного ограничения перечня аварийных сигналов кондиционе­ра, передаваемых в сеть. Преду­сматривается просмотр и измене­ние всех параметров для настрой­ки работы устройства управления, просмотр состояния всех выходов контроллера, просмотр и измене­ние уставок температур, просмотр показаний аналоговых датчиков, подключенных к контроллеру, просмотр и изменение перемен­ных программы контроллера. Кроме того, предусматривается дистанционное включение и вы­ключение кондиционера.

 

Продолжение статьи читайте http://ventss.ru/stats.php?start=0&statid=25