Выбор способа охлаждения электротехнического шкафа. Шкаф с охлаждением


Основы охлаждения монтажных шкафов

Поскольку компьютерное оборудование и системы питания становятся всё более компактными, вопрос рассеивания тепла приобретает всё большее значение.

Подобное оборудование имеет специальные требования по рабочей температуре, и когда оно смонтировано внутри серверных или монтажных шкафов, температура может стать настоящей проблемой.

Избыток тепла, выделяемый оборудованием внутри монтажного шкафа, является наиболее важным фактором, негативно влияющим на производительность, надежность и приводит к сбоям. Требования по  охлаждению стоит учитывать ещё на начальном этапе конструирования, так как наличие эффективной стратегии охлаждения в значительной степени помогает с теплоотводом. 

Перенос тепла

  Перенос тепла происходит одним из трех способов: через излучение, теплопроводность, естественную или принудительную конвекцию. Перенос тепла излучением осуществляется посредством электромагнитных волн, примером может быть солнечная энергия, достигающая Земли. Тепло также может передаваться при непосредственном контакте объектов, пример - чип микропроцессора, охлаждаемый при помощи радиатора, имеющего с ним прямой контакт.

В большинстве случаев отвод тепла осуществляется комбинацией всех способов, даже если акцент делается на одном методе. Например, чип процессора может охлаждаться радиатором (теплопроводность), в который встроен вентилятор (принудительная конвекция). Основной принцип поддержания оборудования в охлажденном состоянии заключается в том, чтобы выводить тепло из шкафа, одновременно подавая холодный воздух к местам, где это нужно. Производители монтажных шкафов могут давать пользователям рекомендации по выбору подходящих методов охлаждения.

Наиболее часто используемые методы охлаждения монтажных шкафов, в порядке увеличения стоимости, это естественная конвекция, принудительная конвекция (например, созданная вентиляторами) и кондиционирование воздуха.

  Естественная конвекция

Естественная конвекция подходит большинству систем, которые выделяют умеренное количество тепла. Обычно температура монтажных шкафов может быть выше комнатной температуры, хотя и оставаться в допустимых для оборудования пределах. Крайне важно убедиться, что внутренняя компоновка шкафа не мешает свободному прохождению потока воздуха. Шкаф должен иметь достаточные размеры вентиляционных отверстий как сверху, так и снизу, чтобы способствовать появлению воздушного потока и эффекта вытяжки. Наилучшим путем циркуляции воздуха внутри монтажного шкафа является вариант, когда воздух всасывается через дно и выходит через верхнюю крышку шкафа.

Верхняя крышка шкафа может быть как сплошной, так и содержать съемные панели, помимо этого её делают вентилируемой или невентилируемой. Хотя вариант сплошной крышки и дешевле, в этом случае отсутствует доступ сверху и усложняется ввод кабелей или создание вентиляционных отверстий. Вариант вентилируемой крышки обеспечивает естественный отток нагретого воздуха и позволяет поддерживать низкую температуру внутри. Некоторые производители предлагают вентилируемые крышки с заранее подготовленными местами для крепления вытяжного вентилятора, если таковой понадобится. Серьезной проблемой, связанной с входом потока воздуха в монтажный шкаф, является попадание пыли и других посторонних частиц. Жалюзи являются популярным решением проблемы входа и выхода воздуха для конвекционного охлаждения, поскольку предоставляют некоторую защиту против пыли, при этом скрывая содержимое шкафов. 

  Принудительная конвекция

Там, где естественная конвекция не подходит, может использоваться принудительная конвекция посредством осевых и центробежных вентиляторов. Основное различие между осевым и центробежным вентилятором в их характеристиках потока и создаваемого избыточного давления. В осевом вентиляторе потоки воздуха направлены вдоль оси вращения крыльчатки, такие вентиляторы могут обеспечивать высокую скорость потоков. Однако они подходят только для шкафов с малым или средним обратным давлением, где сопротивление потоку, оказываемое оборудованием монтажного шкафа, мало.

В центробежных вентиляторах потоки воздуха обычно направлены перпендикулярно оси вращения крыльчатки. Они подходят для средних и высоких потоков воздуха при большом обратном давлении. Комбинация осевых и центробежных вентиляторов иногда работает наилучшим образом в шкафах с высокой плотностью монтажа оборудования.

Осевые вентиляторы

Существует несколько таких типов вентиляторов. Наиболее популярны такие, как пропеллерный вентилятор (propeller), вентиляторы с цилиндрическим кожухом (tube-axial) и с направляющим аппаратом (vane-axial).

Пропеллерные вентиляторы наиболее просты. Они состоят только из мотора и пропеллера. Однако, слабая производительность при сопротивлении потоку или обратном давлении и возможность турбулентности, вызванной воздушными вихрями, делает их неподходящими для монтажных шкафов. Осевой вентилятор с цилиндрическим кожухом – наиболее распространенный вид, используемый в системах охлаждения для электроники. Он подобен пропеллерному вентилятору, за исключением отрезка цилиндрической трубы, помещенной вокруг пропеллера для уменьшения воздушных вихрей. Осевые вентиляторы с направляющим аппаратом дополнены направляющими, которые расположены за крыльчаткой, чтобы ламинизировать вихревой поток воздуха.

Обычно используемые для вытяжки нагретого воздуха из системы, а также для обдувания каких-либо греющихся узлов, осевые вентиляторы на подшипниках весьма долговечны. Вытяжные вентиляторы могут быть вмонтированы внутри или снаружи верхней крышки монтажного шкафа. В некоторых системах вытяжные вентиляторы также устанавливаются на передней, задней или боковых стенках.

Центробежные вентиляторы

Когда в монтажном шкафу плотно размещено оборудование, вытяжных вентиляторов из-за высокого сопротивления воздуха может оказаться недостаточно, чтобы удалить нагретый воздух. В таких случаях используются центробежные вентиляторы, чтобы задувать холодный воздух из окружающего помещения в шкаф.

Центробежный вентилятор может использоваться снизу, чтобы создавать повышенное давление внутри шкафа. Тогда нагретый воздух может выводиться через вентиляционные отверстия в верхней крышке шкафа. Здесь важно именно нагнетание воздуха в шкаф, чтобы через небольшие щели вокруг дверей и через другие отверстия воздух только выходил, препятствуя, таким образом, проникновению пыли и грязи через эти отверстия. Иногда посредством добавления вытяжного вентилятора сверху можно улучшить циркуляцию воздуха. Большинство центробежных вентиляторов имеют фильтр со стороны входа воздуха, чтобы препятствовать проникновению пыли и грязи в шкаф.

Выбирая вентиляторы, обращайте внимание на уровень шума. Центробежные вентиляторы, обычно, имеют уровень шума от 50 до 65 децибел, тогда как для осевых типичны от 30 до 55 децибел. Проектировщики должны гарантировать, что вентиляторы обеспечивают достаточный расход воздуха (обычно измеряемый в кубических футах в минуту, cfm) в условиях реальной величины обратного давления. Большинство производителей устройств прилагают график производительности, который показывает расход воздуха при различных уровнях обратного давления. Требования по обратному давлению должны определяться путем опытных замеров – они не могут быть рассчитаны.

Тщательный подход к расположению вентиляторов в монтажных шкафах улучшает эффективность охлаждения. Устанавливайте центробежные вентиляторы возле входных отверстий для холодного воздуха, предпочтительно в нижней части шкафа, подальше от крупных источников тепла, таких как трансформаторы и источники питания. По возможности, наиболее тепловыделяющие устройства надо помещать у выхода, чтобы нагретый воздух сразу выходил наружу. Также, избегайте негерметичностей на пути потока между входными и выходными вентиляционными отверстиями, которые будут нарушать эффективность воздушного потока.

Вентиляционные панели 

Шкафы с таким оборудованием, как крейты, сервера, ящики и полки все же могут содержать перегревающиеся места, которые трудно охладить в виду ограниченного потока воздуха. Таким образом, в добавление к нагнетательным и вытяжным вентиляторам, используются вентиляционные панели, чтобы направить потоки воздуха в подобные места. Такая панель представляет собой несущий каркас с рядом небольших осевых вентиляторов, соединенных последовательно и подсоединенных к общему источнику питания. Эта панель может быть установлена непосредственно под чувствительным оборудованием или перегревающимся местом. 

  Кондиционирование воздуха

Для большинства приложений комбинация естественного удаления воздуха и вентиляторов поможет достичь желаемых результатов. Для критических и особо чувствительных к перегреву систем, а также для герметичных шкафов, кондиционеры обеспечивают максимальную возможность для отвода тепла. Они также позволяют охлаждать шкафы до температуры ниже, чем температура окружающей среды.

Типичный кондиционер для шкафа имеет два теплообменника. Внутренний вентилятор затягивает горячий воздух в теплообменник внутри шкафа и вдувает охлажденный воздух обратно в шкаф. Поглощенное тепло передается внешнему теплообменнику, который охлаждается внешним воздухом с использованием другого вентилятора. Кондиционер использует сжатый фреон или другой хладагент для процесса охлаждения.

Большинство шкафов с кондиционерами герметичны, и внутри шкафа циркулирует один и тот же объем воздуха. Это защищает шкаф от проникновения внутрь влажного воздуха, создающего конденсат, который, в свою очередь, может повредить чувствительное оборудование. Однако, если шкаф негерметичен, и внутренние компоненты находятся при температуре более низкой, чем температура окружающей среды, то чтобы предотвратить образование конденсата, понадобятся силикагель или другие удаляющие влагу средства. Чтобы подобрать кондиционер для серверного шкафа, используйте программное обеспечение, предоставленное производителем. 

  Базовый расчет расхода воздуха

Расход воздуха, который необходимо для достижения желаемого охлаждения, выражается следующим уравнением, которое связывают расход с ΔT: Расход воздуха (ft³/min) = БТЕ / час / (1,95 х ?T) = (1760 х kW)/?T *БТЕ - британская тепловая единица (0,252 большой калории) Типичное значение для ?T – это 10°C. Добавьте 25% для запаса надежности (12,5°C). Заметьте, что ?T представляет перепад температуры по отношению к температуре окружающего воздуха. Если внешняя температура чересчур высока, то может статься, что поддерживать безопасную рабочую температуру без кондиционирования окажется сложным или даже невозможным.   Источник: Журнал DATAWEEK Electronics & Communications Technology www.dataweek.co.za  

www.cmo.ru

Системы охлаждения воздуха в шкафах

Скачать брошюру Cabinet Cooler Systems

Системы охлаждения шкафов управления - это экономичные и надежные решения по охлаждению электронных компонентов систем управления, связи, наблюдения, вычислительных и компьютерных систем. Вихревые трубки в составе систем охлаждения EXAIR обеспечивают холодный воздух, генерируемый ими из сжатого воздуха.

Компактные системы Cabinet Cooler® могут быть установлены за минуты с использованием стандартных отверстий шкафов для кабелей. Системы охлаждения серий NEMA 12, 4 и 4X (IP54 и IP66), которые соответствуют стандартам NEMA (Национальная ассоциация производителей электрооборудования США), выпускаются в разных комплектациях и разной мощности для различных случаев применения.

В своей работе системы охлаждения используют холодный воздух, получаемый из сжатого воздуха с помощью вихревых трубок. Вихревая трубка – это устройство, работающее на основе эффекта Ранка-Хилша, при котором поток газа или жидкости разделяется в цилиндрической или конической камере при закручивании на 2 фракции. На периферии образуется закрученный поток с большей температурой, а в центре — закрученный охлажденный поток. Охлажденный поток воздуха поступает в шкаф с электронным оборудованием. Внутри шкафа объемы теплого воздуха, нагретого электронными компонентами, замещаются более холодным воздухом системы охлаждения, поднимаются вверх и выводятся наружу через вентиляционное отверстие системы охлаждения. Наружный воздух не может попасть внутрь шкафа, за счет более высокого давления воздуха внутри. Таким образом, шкаф управления постоянно вентилируется чистым холодным воздухом от источника сжатого воздуха.

 Большинство стандартных систем охлаждения имеет ряд недостатков, часто делающих их использование в условиях производства невозможным. Использование теплообменников и похожих систем возможно только при имеющейся разнице в температурах снаружи и внутри шкафа управления. Панели охлаждения и стандартные кондиционеры часто выходят из строя из-за пыли и грязи в условиях производства. Многие устройства систем охлаждения, работающих по тому же принципу, что и системы охлаждения EXAIR, часто используют в работе термопару, разработанную для жидкости. Такие термопары не могут обеспечить должный контроль температуры, включение и выключение могут происходить с задержкой, приводя к перегреванию электронных компонентов или к перерасходу сжатого воздуха.

Системы охлаждения EXAIR разработаны для применения в условиях производства. В своей работе они используют сжатый воздух от источника сжатого воздуха. Входящий в состав фильтр удаляет все примеси и влагу из используемого для охлаждения воздуха. Эти системы не содержат движущиеся части, поэтому не требуют технического обслуживания. Они очень легко и быстро устанавливаются и просты в использовании.

Все системы охлаждения шкафов управления поставляются либо с регулятором температуры, либо без регулятора для работы в непрерывном режиме. Любая система охлаждения поставляется вместе с фильтром-разделителем, предотвращающим попадание водяного конденсата или загрязнений внутрь ящика, а также вместе с системой распределения холодного воздуха, которая обеспечивает циркуляцию воздуха в шкафу или охлаждение наиболее нагретых зон или компонентов.

Применение

- охлаждение программируемых контроллеров;

- систем управления электродвигателями; 

- блоков систем связи;

- панелей с реле;

- систем управления с ЭВМ;

- модулярных блоков управления;

- систем видеонаблюдения;

- компьютерных блоков;

- корпусов лазерных систем;

- электронных весов;

- оборудования предприятий общественного питания.

Компания EXAIR также производит специальные системы охлаждения для использования в условиях более высоких температур, в коррозионных условиях, в условиях опасного производства и т.д. 

Модельный ряд систем охлаждения шкафов от EXAIR 

Системы охлаждения NEMA 12 (IP54) идеальны для стандартных производственных условий при отсутствии в воздухе влаги или другой жидкости и коррозионных материалов. Стандарты NEMA 12 (стандарты Национальной ассоциации производителей электрооборудования США) разработаны для обеспечения защиты электронных компонентов от влияния окружающей среды.

См. модели и артикулы NEMA 12 >>

Системы охлаждения NEMA 4 (IP66) (защита компонентов от пыли, масла, искры и разрядов, от влияния наружного окружающего воздуха при работе внутри и вне помещений). Системы охлаждения, соответствующие стандартам NEMA 4 (IP66), имеют в составе предохранительные клапаны для вихревых трубок и вентиляционных отверстий системы охлаждения. Эти клапаны обеспечивают герметичность шкафа при низком давлении воздуха внутри него. Т.е. при выключении системы охлаждения предохранительные клапаны закрывают отверстия, через которые внутрь шкафа может попасть окружающий воздух и вещества, содержащиеся в нем.

См. модели и артикулы NEMA 4 >>

Системы охлаждения NEMA 4X (IP66) обеспечивают ту же степень защиты, что и системы NEMA 4, но выполнены из нержавеющей стали для применения в условиях пищевых производств и в коррозионных условиях.

См. модели и артикулы NEMA 4X >>

Все системы охлаждения шкафов управления поставляются либо с регулятором температуры, либо без регулятора - для работы в непрерывном режиме. Системы охлаждения с температурным регулятором – это наиболее эффективный способ использования системы охлаждения шкафов управления. В этих системах охлаждение работает только тогда, когда температура превышает определенный критический уровень. Системы с температурным регулятором отлично подойдут для использования в условиях с изменяющейся температурой окружающей среды, например, при сезонных изменениях температуры. Стандартная система охлаждения с температурным регулятором включает в себя настраиваемый регулятор с установленной по умолчанию температурой включения 35°C.

Системы охлаждения с электронным контролем температуры обеспечивают определенную температуру, необходимую для нормального функционирования электронных компонентов. Эти системы способны поддерживать постоянную определенную температуру несколько ниже рабочей температуры для электронных компонентов, и при этом не охлаждать воздух слишком сильно, используя сжатый воздух понапрасну. Электронный контроль активирует соленоидный клапан, когда температура превышает установленную, и обеспечивает охлаждение до нужной температуры, после чего отключает подачу воздуха в шкаф управления.

Модели модулей контроля температуры

Частота измерений

Максимальная температура

Соленоидный клапан, размер

Установка температуры

Ток питания

Датчик

Модель 9238 – 120 В, 50-60 ГЦ

1 сек.

70°C

¼ NPT

с помощью кнопки

250 мА

термопара, тип J

Модель 9258 – 120 В, 50/60 ГЦ

2 сек.

70°C

½ NPT

с помощью кнопки

325 мА

термопара, тип J

Модель 9239 – 240 В, 50/60 ГЦ

3 сек.

70°C

¼ NPT

с помощью кнопки

165 мА

термопара, тип J

Модель 9259 – 240 В, 50/60 ГЦ

4 сек.

70°C

½ NPT

с помощью кнопки

215 мА

термопара, тип J

Расчет мощности системы охлаждения для шкафов управления

Специалисты нашей компании сделают все расчеты и подберут модель необходимой мощности и комплектации. Тем не менее, если Вы хотите рассчитать необходимую мощность системы охлаждения самостоятельно, предлагаем Вам ознакомиться с информацией ниже. 

Разница в температурах внутри и снаружи шкафа ºC

ккал/час/м2

3

45

6

97

9

151

12

210

15

270

18

340

21

410

Тепловая нагрузка на компоненты внутри шкафа состоит из тепловой энергии, выделяемой при работе электронных компонентов и тепловой энергии, поступающей извне. В качестве первого шага необходимо определить примерную тепловую мощность электронных компонентов внутри шкафа управления в Ваттах. При умножении тепловой мощности на коэффициент 0,86 мы получим количество калорий тепла в час, выделяемого электронными компонентами. Ватт х 0,86 = ккал/час. В качестве второго шага необходимо рассчитать количество тепла, поступающего извне. Для этого рассчитываем площадь поверхности шкафа в метрах квадратных без учета верхней части. Далее необходимо определить разницу между температурой окружающей среды и необходимой температурой воздуха внутри шкафа управления. По таблице перевода единиц температуры (ниже) необходимо определить количество калорий поступающего тепла в час на метр квадратный (ккал/час/м2). Умножая получившийся результат на количество квадратных метров поверхности шкафа, мы получаем количество тепла, поступающего снаружи в ккал/час.

Общая тепловая нагрузка в килокалориях в час (ккал/час) будет являться суммой значений, которые мы получили в расчётах в первом и во втором шагах. Для перевода этой мощности в BTU/час необходимо умножить количество калорий в час на коэффициент 3,968. BTU/час = ккал/час х 3,968

См. аксессуары к системам охлаждения >>

spray-expert.ru

Статьи - Серверный шкаф с охлаждением

Серверный шкаф предназначен для удобства размещения и обеспечения сохранности телекоммуникационного оборудования. Он может быть как напольным, так и настенным. При этом, если необходимо более компактный вариант для установки серверной аппаратуры в ограниченном по площади помещении – лучше выбрать настенный вид.

Конструкция серверных шкафов должны быть максимально прочной с целью защиты дорогостоящего и важного оборудования. Не лишней деталью будут дополнительные телескопические опоры, которые будут обеспечивать устойчивость в случае выдвижения массивной аппаратуры. Важной характеристикой любого шкафа является достаточная глубина изделия. При этом в него может поместиться практически любое серверное оборудование. Серверные шкафы в отличие от стоек обеспечивают большую сохранность устройств, так как имеют надежные двери с запирающимся замком. Стандартный шкаф обязательно должен обеспечивать естественную вентиляцию во избежание перегрева оборудования. Это достигается минимальными обязательными конструктивными составляющими: перфорированным полом, задней частью, боковыми стенами. Однако может быть предусмотрена и более надежная и эффективная система охлаждения.

Серверные шкафы с охлаждением по-другому называются межрядными прецизионными кондиционерами для серверных.

Применяются с целью установки различных систем и создания их безопасности. Все технические средства, в устройстве которых находятся процессоры, в процессе работы нагреваются. Серверный шкаф с охлаждением обладает всеми необходимыми условиями для надежного и безопасного использования подобной техники. Если быть точным, на должном уровне поддерживается влажность и температура, заданные заранее.

Межрядные прецизионные кондиционеры нашли использование в серверах различного типа:

  • в области IP-телефонии;
  • для почтовых серверов;
  • видеоконференций;
  • мощнейших интернет – шлюзов и т.д.

Модели серверных шкафов с охлаждением отличаются друг от друга главным образом параметрами допустимой нагрузки как на отдельную единицу, так и на шкаф в целом.

В качестве охлаждающего элемента нередко используется специальная дверь.

Особенно важно дополнительное охлаждение в устройствах с повышенной плотностью монтажа, где естественным образом обеспечить должный уровень теплообмена уже не удается.

Водяная система охлаждения

Не так давно особой популярностью стала пользоваться жидкостная система охлаждения. По-другому она известна как система замкнутого (локального) охлаждения. Здесь роль хладогента играет не воздух, а вода. Свойство воды и газа в качестве хладогентов намного эффективнее, чем использование воздуха. Передача и отвод тепла производится на коротком расстоянии от оборудования, являющегося источником тепла. Рециркуляция воздуха при этом является замкнутой.

Преимущества использования

  • повышенная экономическая эффективность водяного охлаждения;
  • большой отвод тепла;
  • высокая степень защиты;
  • независимость от среды;
  • сниженная шумность;
  • исключено попадание жидкости на приборы;
  • высокая эффективность дата-центра благодаря выгодному размещению оборудования;
  • равномерность охлаждения;
  • двери автоматически открываются, если подача воды прекращается.

Серверный шкаф можно приобрести во многих магазинах, наряду с таким оборудованием как шнур оптический монтажный, разветвительная оптическая муфта, GJS 6007.

emilink.ru

Серверный шкаф с кондиционером

Серверные шкафы используются для более удобного размещения и защиты телекоммуникационного оборудования. Они могут иметь напольный и настенный принцип установки (последний является более компактным).

Основные требования к конструкции

  • Корпус серверных шкафов с кондиционером должен иметь максимальные прочностные характеристики, поскольку в них хранится дорогостоящее оборудование.
  • Желательно оснащение шкафов регулируемыми опорами для большей устойчивости при выдвижении тяжелого оборудования.
  • Благодаря надежным дверям с замком обеспечивается сохранность содержимого шкафа.
  • Пол шкафа, его задняя и боковая стенки должны быть перфорированными – для создания естественной вентиляции и исключения перегрева оборудования.

Если шкаф не обеспечивает необходимый уровень вентиляции, следует выбирать серверный шкаф с кондиционером.

Преимущества серверных шкафов с охлаждением

Серверный шкаф с охлаждением представляет собой полностью герметичный серверный шкаф и плотно прикрепленный к нему межстоечный (межрядный) кондиционер. Таким образом «прецизионник» распределяет охлажденный воздух внутри серверного шкафа. Зачастую такую систему называют серверным шкафом с охлаждением, хотя по сути она представляет собой самостоятельный серверный шкаф и прецизионный кондиционер, рассчитанный на охлаждение максимального количества оборудования, установленного непосредственно в этом шкафу.

Сегодня такая техника используются для охлаждения инженерного и серверного оборудования:

  • в IP-телефонии;
  • в почтовых сервисах;
  • во время проведения видеоконференций;
  • при работе мощных интернет-шлюзов и пр.

Их применяют там, где превышена плотность расположения оборудования, из-за чего невозможно отведение теплоизбытков естественным способом.

Серверный шкаф с кондиционером имеет ряд принципиальных преимуществ, которые проявляются в:

  • повышенной экономичности;
  • высокой эффективности охлаждения;
  • интенсивном отводе тепла;
  • повышенной степени защиты системы;
  • независимости от окружающей среды;
  • минимального уровня шума;
  • невозможности попадания жидкости на оборудование;
  • равномерности охлаждения пространства;
  • повышении эффективности работы центра обработки данных.
Если Вам необходима консультация по вопросам выбора кондиционера для серверного шкафа, расчетом необходимой производительности, специалисты ГК «ПромВентХолод» будут рады оказать квалифицированную помощь. Вы можете связаться с нами по телефону 8(495)2680520 или отправить заявку на [email protected]

www.promventholod.ru

Краткий экскурс в охлаждение серверных / Хабр

В определенный момент некоторые предприятия дорастают до того состояния, когда их внутренние информационные системы перестают умещаться в одном серверном шкафу. Тогда руководителю IT-департамента предстоит взвесить все «за» и «против» и решить, строить или не строить серверную. Вариантов может быть несколько: от полного избавления от собственных мощностей и увода их в облака или колокейшн в большом ЦОДе, до строительства собственного мини- (или не очень мини) ЦОДа с блэкджеком.

Процесс расчетов, планирования и постройки серверной весьма ответственный и дорогостоящий. Вложится придется еще на стадии проекта, тут, кстати, можно сэкономить если все процедуры в серверной, от проектирования до строительства, будет производить один подрядчик. Естественное желание руководителя предприятия в такой ситуации — уложиться в минимально возможную сумму. И в штыки воспринимается любое удорожание проекта. В таких перепалках часто забывается, что, помимо строительства объекта, последует его содержание, которое при неправильном проектировании может оскуднить бюджет предприятия на еще одну несуществующую серверную по прошествии двух-трех лет.

Второй по величине потребитель ресурсов (в данном случае это электричество и расходники) в серверной — это система охлаждения. Ни для кого не новость, что “мощность” системы охлаждения серверной должна минимум совпадать, а в лучшем случае превышать на пару десятков процентов пиковую мощность всего оборудования установленного в серверной. О том, какие системы охлаждения бывают и как сэкономить на эксплуатации таких систем мы и поговорим в этой статье.

Классификация систем охлаждения помещений

Наиболее привычными для эксплуатации и понимания являются компрессорные кондиционеры. В них хладагент (в подавляющем большинстве случаев — фреон) переносит тепло от радиатора внутреннего блока во внешний, где рассеивает энергию в окружающую среду. Подробнее о принципе действия кондиционера можно прочитать тут. Затем идут жидкостные и комбинированные системы, в качестве основного хладагента используют воду или этиленгликоль, и выбор теплоносителя зависит не только от условий эксплуатации, а также от способа охлаждения. И самым эффективным решением, в определённых условиях, конечно, являются системы фрикулинга. Это исключительно прецизионные устройства, разрабатывающиеся почти с нуля в каждом конкретном случае.

Также стоит обратить внимание на классификацию по «формфактору». Тут условно можно разделить системы на два типа. Бытовые системы к которым мы все уже привыкли, обычно устанавливаются в офисах и квартирах, подвешиваясь на стены или потолок, но вполне могут служить системами охлаждения специализированных помещений. И прецизионные системы, куда можно отнести специализированные системы кондиционирования, и, конечно же, все фрикулинговые и жидкостные системы.

Внутри прецизионных систем есть систематизация по принципу действия и по способу доставки «холода» до «потребителей». И если с принципиальными отличиями все более менее ясно, то способов охладить непосредственно девайсы великое множество.

Среди классических общепринятых случаев можно выделить холодную комнату с установленными стойками, тут подойдут и бытовые кондиционеры. Классические варианты прецизионных решений- это устройства с рядными воздуховодами, с холодными и горячими коридорами, где стойки стоят рядами таким образом, чтобы забирать холодный воздух поступающий, например, из-под фальшпола. Они отдают нагретый воздух в коридоры, откуда он принудительно отводится. Также есть варианты с воздуховодами до каждой стойки, где воздух подается в каждую отдельно взятую стойку сверху или снизу и потом так же активно отбирается.

Неклассических решений чуть больше чем много. Надо ли говорить что все они прецизионные. Большинство решений это комбинации вышеназванных систем для повышения эффективности и сокращения затрат. Разброс тут — от индивидуальных кондиционеров на каждый серверный шкаф до жидкостного охлаждения каждого отдельного сервера или даже процессора. А так же стоит особо отметить системы с прямым контактом потребителя с жидкостью. В этом случае сервера полностью погружены в специальное масло. Масло это без запаха и абсолютно не проводит электричество. Жидкость постоянно циркулирует внутри бассейнов с оборудованием, и проходит через радиаторы охлаждения.

Стратегия

Не один раз стоит подумать о необходимости строить серверную. Существует мнение, что для мощностей меньше 5кВт выделенная серверная комната не нужна. Обычно все оборудование вполне себе «упихнется» в 42-47-юнитовую стойку-шкаф, и максимум что еще понадобится — это отдельная однорамочная стойка под кросс. Всё это можно отгородить от «админской» или какого нибудь другого помещения (главное не от бухгалтерии) стеклянной или гипсокартонной перегородкой с герметичной дверью, поставить спаренный бытовой кондиционер и идти пить пиво.

Но мы строим серверную. Прежде всего нам необходимо решить, какую систему охлаждения мы будем использовать, и дело тут не только в цене. Выбор способа охлаждения зависит от множества факторов: мощность оборудования, место расположения серверной комнаты в здании, географическое расположение самого здания и даже от предвзятого отношения к определённым типам охлаждающих устройств и недальновидности начальства.

Распространено мнение, что системам до 10кВт вполне хватит бытового кондиционера. Оно и понятно, ведь бытовые сплит-системы большей мощности, во-первых, достаточно проблематично купить, во-вторых, их стоимость приближается, а то превышает стоимость аналогичных по мощности прецизионных кондиционеров.

От местоположения серверной комнаты в здании сильно зависит возможность установки той или иной системы охлаждения, возможности подвести коммуникации, воздуховоды для специализированных систем, устроить фальшпол или установить турбины. При недостаточной высоте потолков невозможно устроить фальшпол нужной глубины, для установки туда воздуховодов обдува и забора воздуха прецизионной системы. Положение в середине здания создаст проблемы при прокладке воздуховодов, одного из вариантов фрикулинговой системы, а соседство с экономическим отделом вообще поставит крест на строительстве серверной из за «намжешумит».

Географический фактор играет одну из первостепенных ролей и часто ставит крест на возможности фрикулинга, если вы находитесь, например, в тропическом поясе. Именно поэтому ЦОДо строители так любят северные районы нашей планеты, ведь там можно вообще не использовать кондиционеры.

Вдобавок ко всему некоторые технические специалисты имеют своё собственное очень твёрдое убеждение в применимости одной системы и абсолютной неприемлемости других вариантов охлаждения. Они будут спокойно и уверено доказывать свою правоту, находя аргументы «за» и выискивая недостатки других предложений, от реальных до мифических.

В итоге, отталкиваясь от выбранной стратегии, мы и будем проектировать устройство самой серверной.

Стратегия охлаждения бытовыми кондиционерами

Вы обладатель небольшого парка серверов, 2-3 стойки с которыми будут стоять в отдельной комнате. У вас не намечается перспективы плавного роста мощностей и вы, либо не хотите заморачиваться, либо (что наиболее вероятно) не имеете бюджета на более энергоэффективные и экологичные решения.

Прежде всего решите, как в вашей серверной будут располагаться стойки с оборудованием относительно кондиционеров. Лучшим из вариантов в вашем случае будет установка внутренних модулей сплит-системы напротив ряда стоек один над одним, направленные на «лицевую» сторону открытой стойки или шкафа с сетчатой дверью. Оборудование внутри стойки имеет смысл устанавливать той стороной, с которой оно забирает воздух для охлаждения внутренних компонентов. Некоторые устройства, устанавливающиеся в стойки, могут быть перестроены или даже выпускаться в исполнении, когда они либо забирают либо выбрасывают воздух с лицевой стороны, или в одну из боковых стенок. Подумайте об этом при покупке.

Даже если роста суммарной мощности не предвидится, кондиционеры стоит взять с запасом по мощности, например, взяв за максимум пиковое потребление-рассеивание самой «горячей» стойки и помножив на их, стоек, количество. Минимум отказоустойчивости в этой стратегии — N+1. На практике это выглядит как два и больше кондиционеров одинаковой мощности, где «N» кондиционеров способный поддерживать рабочую температуру в серверной пока "+1" ремнтируется или обслуживается. Чаще всего в небольших серверных используется два агрегата. Для продления ресурса обоих кондиционеров необходимо использовать устройство ротации кондиционеров. Устройство в определённые периоды времени переключает работу с одного кондиционера на другой, отслеживает их запуски и контролирует производительность. При выходе из строя одного из кондиционеров оно должно автоматически подключить «спящий» и оповестить ответственного о проблеме. Стоит отметить, что эту функцию поддерживают далеко не все модели бытовых кондиционеров.

Все серверные сплит-системы, установленные в широтах нашей страны, должны иметь так называемый «зимний комплект». Он представляет собой блок правления, некоторое усовершенствование радиатора внешнего блока кондиционера и систему подогрева картера насоса. Работает автоматически.

Рис.1. Охлаждение бытовыми кондиционерами.

Прецизионные системы охлаждения помещений

Прецизионный (высокоточный) кондиционер (или другой охладитель) — создан в точности так, чтобы максимально эффективно работать в инфраструктуре с заданными конечными параметрами. Иными словами, когда мы говорим «прецизионный кондиционер», мы подразумеваем, что и помещение, и оборудование серверной, и сама «холодильная установка» разработаны в проекте, как совокупность технологий, позволяющих наилучшим образом обеспечить работоспособность, сохранность и долговечность дорогостоящего оборудования.

Надо ли говорить, что устройства индивидуального дизайна — удовольствие дорогое. Священные войны идут между приверженцами разных лагерей. Одни утверждают, что для обычной серверной комнаты достаточно спареного индустриального варианта бытового кондиционера, такие есть, например, у Daikin (серии FT и FAQ) или Mitsubishi (серии Heavy). При выборе такого варианта важно принимать во внимание такие минусы, как локальные застои горячего воздуха в углах или в юнитах стоек, которые не заняты активным оборудованием. Не менее опасный фактор — низкая влажность, ведь, как известно, кондиционер, осушает воздух. Сухой воздух способствует накоплению статического электричества, наличие статического потенциала на тонкой электронике негативно сказывается на работе чипов, и повышает риск их уничтожения разрядом. Конечно, большая часть факторов устранима, но в большинстве случаев это костылепроизводство. Дополнительные вентиляторы, увлажнители воздуха, это все множащиеся точки отказа, затраты на электроэнергию и обслуживание. Обслуживание, кстати, того же увлажнителя, дело не столько затратное по средствам, сколько по времени. Нужна регулярная чистка и ежедневный долив воды.

У прецизионников тоже не все гладко. Прежде всего они весьма габаритны: фреоновые кондиционеры имеют габариты двух-трех полноразмерных стоек. Так как контроль влажности — одна из основных функций специализированного кондиционера, то к внутренним блокам требуется подвести воду, что для некоторых IT-шников совершенно неприемлемо. Холодный воздух от таких агрегатов подводится к стойкам по воздуховодам, которые проводятся или под фальшполом, самый частый и самый дорогой вариант, или под потолком, что подразумевает высокие потолки и накладывает дополнительные ограничения на прокладку кабельных коммуникаций. Конденсаторы-охладители таких кондиционеров имеют порядочные размеры, и сразу возникает вопрос с их размещением и подводкой системы труб от внутреннего блока.

С минусами покончили, перейдем к плюсам. Сюда можно отнести: высокую производительность, резервируемость только активных компонентов кондиционера (например воздуховоды, я думаю, -резервировать смысла нет), четкий контроль за температурой и влажностью, возможность детального мониторинга. Плюсы следующие отсюда- это относительная экономия, гарантированая доставка холодного воздуха до потребителя, поддержка высокой плотности потребителей на стойку (это скорее правило, если стойка будет пустовать, она будет работать неэффективно и влиять на всю «экосистему»). Между увеличением затрат на кондиционер и последующей энергоэффективностью прослеживается вполне объяснимая взаимосвязь.

Как я уже говорил, самым распространенным явлением прецизионного кондиционирования является коридорная система, где стойки расположены рядами и установлены так, чтобы забирать воздух из холодных коридоров (куда воздух подается кондиционером) и отдавать в горячие (откуда воздух отбирается системой вентиляции). Воздуховодом такой системы чаще всего служит фальшпол. Панели самого пола в основном сплошные, вся кабельная коммуникация по возможности из-под фальшпола переносится под потолок, перед рядами стоек в полу устраиваются решетчатые панели откуда охлажденный воздух поступает на лицевую сторону стойки. Двери серверных шкафов при таком устройстве делают сетчатыми с обоих торцов, или же или же совсем не делают. Затем нагретый серверами воздух выдувается в горячий коридор откуда высасывается системой принудительной вентиляции. В идеале, следуя принципам термодинамики, вытяжку стоит располагать вверху горячего коридора, но часто это делают в фальшполу для экономии пространства над стойками для прокладки кабельных коммуникаций. С относительно недавних пор, холодные и горячие коридоры стали делать герметичными от общего помещения серверной. Этим удалось добиться существенной экономии на рассеивание ценного холода. В свободные юнитовые пространства шкафов обязательно требуется устанавливать заглушки, потому что горячий воздух так и норовит смешаться с охлажденным. Этим можно повысить эффективность охлаждения в полтора-два раза.

Рис. 2. Система с открытыми коридорами, очевидны потери драгоценного холодного воздуха.

Рис. 3. Более эффективная, система с изолированными коридорами.

Intel, например, преследуя идею максимально просто и эффективно охлаждать оборудование, пошли дальше и даже запатентовали стойку с вытяжкой. Стойка представляет собой обычный 19" шкаф, но глубже аналогов и имеет в верхней крышке воздуховод, открывающийся в пространство фальшпотолка, откуда горячий воздух высасывается кондиционерами. Вся система, кроме кондиционеров, абсолютно пассивна. Но при этом, по утверждению Intel, способна охлаждать 32 кВт оборудования на стойку.

Принимая во внимание климат нашей страны, у прецизионных кондиционеров есть еще один большой плюс: их схему можно достаточно безболезненно доработать, добавив полный или частичный жидкостный контур. Используя в качестве хладагента этиленгликоль, параллельно контуру кондиционера строят еще один контур с жидкостным охлаждением, тем самым сокращая затраты на электричество, обслуживание кондиционера и увеличивая срок службы оных. Эффективность гликолевого контура начинается уже при температуре ниже +20 С, что даже летом по ночам в России совсем не редкость.

Дополнительный жидкостный контур дублирует таковой фреоновый, и в принципе может работать круглосуточно, в дневное «жаркое» время охлаждая компрессор кондиционера и конденсатор, а при падении уличной температуры переходя на частичное и полное охлаждение внутреннего теплообменника.

Лидерами среди производителей прецизионных систем охлаждения являются Schneider Electric, STULZ, Emerson Network Power, RC Group. Среди их решений есть и готовые комбинированные системы.

Жидкостные системы

Принципиальная разница жидкостного охлаждения и фреонового лишь в том, что в контуре жидкость чаще всего не меняет фазового состояния, отчего при равной мощности системы водяные и гликолевые системы проиграют фреоновым в эффективности. Однако у жидкостных систем есть неоспоримые преимущества, такие как емкость и универсальность. В системах с жидкостным охлаждением охладителем может быть как фанкоил на крыше или во дворе здания, так и система отопления самого здания. Жидкость может охлаждать воздух в серверной, а может использоваться как хладагент для отдельно взятого процессора. Неоспоримое преимущество жидкостного кондиционирования — это практически неограниченная протяженность трас, за счет низкой цены на хладагент, для самой же системы это только плюс. Самое опасное в данной ситуации — это протечка токопроводящего агента, но, судя по всему, это никого уже не пугает. IBM в этой ситуации отличился строительством SuperMUC, где добился 40% экономии энергии за счет отсутствия в системе охлаждения чиллеров. А Google в большинстве своих ЦОДов и вовсе используют систему собственной разработки, где используется система холодных и горячих коридоров.

Еще одна система с жидкостью подразумевает погружение сервера в специальное минеральное масло. Масло — диэлектрик, так что замыкания не будет. Что касается энергоэффективности, то, по утверждениям специалистов того же Intel, на систему охлаждения в таком случае затрачивается на 90% меньше энергии, а также снижается энергопотребление самих серверов. Стойки для погружного жидкостного охлаждения уже выпускаются, например, компанией СarnotJet. Стойки пригодны для размещения любых серверов, только предварительно требуется вытащить из них все вентиляторы.

Рис. 4. Самое жидкостное охлаждение

Еще одним фактором универсальности является огромное количество способов охлаждения хладагента. Для примера можно привести технологию SeaWater Air Conditioning (SWAC), по этой технологии построен ЦОД Google в Финляндии. Из названия понятно, что для охлаждения воды, поступающей в ЦОД, используется теплообменник на холодной воде, забираемой с морских глубин.

Классическая же система жидкостного охлаждения выступает посредником между относительно высокой температурой внутри помещения серверной и охладителем, чаще сухой градирней и чиллером, снаружи.

Сухая градирня представляет собой закрытый контур охлаждения, где жидкость поступает в радиатор, который принудительно обдувается воздухом. Есть еще мокрые градирни, в них вода разбрызгивается и одновременно продувается. В грядирнях, или фанкоилах, жидкий хладагент обычно только подготавливается, охлаждаясь до температуры воздуха, само же охлаждение происходит теплообменнике чиллера.

Чиллер — это холодильник, он действует на фреоне, охлаждая проходящую через его охладитель жидкость до требуемой температуры.

Рис. 5. Чиллеры установленные на крышу (источник www.quantum-v.ru)

Для классического жидкостного кондиционирования верны все те же правила, что и для систем на фреоне. Охлажденный в испарителе воздух проходит через потребителей и отбирается из серверной самой системой охлаждения. Несмотря на то, что жидкостные системы более универсальны и в целом дешевле в эксплуатации, чем фреоновые, эффективность их ниже за счет большего числа посредников воздух-чиллер-жидкость-воздух. Согласитесь, не самая удачная схема.

Убираем посредников

Прямой фрикулинг — самый энергоэффективный способ охлаждения серверных. Конечно, его эффективность целиком зависит от температуры воздуха «за бортом», но некоторые изменения в стандартизации и различные зеленые технологии постепенно двигают системы охлаждения серверных именно в этом направлении.

Начнем с того, что крупнейший стандартизатор инженерных систем, а в частности систем охлаждения и отопления, ASHRAE (англ. American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) — Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха, с 2004 г. два раза повышало рекомендуемую температуру воздуха для охлаждения серверных с +22 до +27 градусов С. А в 2011 году были внесены поправки в стандарт, стратифицирующие два новых класса оборудования для серверных A3 и A4, где температурный диапазон увеличен до +40 и +45 градусов. Производители серверов уже выпускают такие модели. Хотя они еще не получили широкого распространения, все больше ЦОДо строителей склоняются к использованию зеленых технологий в охлаждении.

Для серверных в наших широтах фрикулинг может стать если не полной заменой классической модели охлаждения, то серьёзным подспорьем в охлаждении в холодное время года, а также позволит снизить и мощность кондиционеров. Самой большой проблемой прямого фрикулинга является общая загрязненность воздуха в городах. Может случится так, что количество, расход фильтров и мощность вентиляторов для их продува может свести на нет всю экономию по электроэнергии и мощности. Это проблема решается разделением контуров и введения между ними теплообменника на основе роторного рекуператора. В данном случае фильтры тоже понадобятся, но более дешевые и с минимальным сопротивлением воздуху.

Другой большой проблемой является то, что, при вспомогательной функции нашего фрикулера, он будет плохо сочетаться с бытовыми системами и лучше всего с прецизионными.

Из плюсов: при прямом фрикулинге нет риска пересушить воздух в помещении серверной, т.к. идет постоянный обмен воздухом с внешней средой. С другой стороны, влажность воздуха на улице может категорически не соответствовать принятым стандартам влажности для серверных комнат, и тут на помощь приходит один из главных козырей систем фрикулинга — адиабатическое охлаждение.

Давно замечено что влажный воздух у водоемов всегда прохладнее чем на равнинах в удаленни от них, вспомнить хотя бы морской бриз. Для адиабатического охлаждения воздуха не нужно ни систем резервирования ни сложных технических решений. Устроены они по принципу мокрых градирен, в нагретый внешний воздух в камерах форсунками разбрызгивается вода, которая испаряясь охлаждает и увлажняет воздух. Данная система не только эффективно понижает температуру внешнего воздуха, но так же и создает необходимую влажность воздуха. Правда в таких системах появляется новый расходный материал — вода. По этому, на равне с PUE (Power usage effectiveness) ASHRAE ввела новый термин WUE (Water usage effectiveness (PDF)). За что отвечают данные параметры я думаю понятно всем.

В качестве ярких примеров внедрения таких систем можно упомянуть ЦОД eBay “Меркурий” в Фениксе (США) и Facebook в Прайнвилле (США).

Рис. 6. Адиабатическое охлаждение в действии (источник www.es-engineering.ru).

Вместо заключения

«Так как же, все таки охлаждать небольшие серверные на пару десятков кВа?» — спросите вы. Ответ неоднозначен. Большинству читателей подойдет решение из двух нормальных бытовых кондиционеров. Те же, кто сможет убедить собственное руководство в необходимости экономии и введения экологичных инноваций, получат море головной боли и потом бесконечное наслаждение конечным результатом.

Как я уже говорил, конкретное решение сильно зависит от климатических условий конкретного региона. Для восприятия климатической картины лучше всего взять историческую справку по максимумам и минимумам температуры и влажности за всю историю инструментальных наблюдений в вашем регионе или городе, а также проанализировать подробные данные по самым жарким температурам за последние лет 10-20. Этого с лихвой хватит на то, чтобы выработать четкую стратегию.

Несмотря на все плюсы фрикулинга, в условиях средней полосы, в 80 случаях из 100 обойтись без компрессорного или жидкостного кондиционера скорее всего не получится. В связи с этим, общая идея построения “большой” энергоэффективной серверной такова:

  • Это помещение с прецизионной системой охлаждения. В помещении устроены фальшполы для подвода холодного воздуха, с разделением на холодные и горячие корридоры, изолированные от общего помещения серверной для обеспечения более четкого теплообмена.
  • Большую часть времени, система работает на прямом фрикулинге, при повышении температуры внешнего воздуха подключается система адиабатического охлаждения. При превышении допустимых норм по температуре влажности, подключается система компрессорного или жидкостного охлаждения, т.е. кондиционер.
Столь интересная с технической и практической точки зрения адиабатика здесь не рассматривается ввиду своей специфичности, она требует более тонкого подхода к реализации. Что касается рассматриваемого варианта, то очевидно, что энергоэффективность в будущем потребует больших вложений на стадии строительства.

Стоит обратить внимание на то, что такая система не сможет работать без адекватного и подробного мониторинга состояния внутренней среды. Мониторинг температуры в холодном и горячем коридорах, влажность воздуха внутри и снаружи, наличие воды в системе адиабатики, контроль протечек. Для этого существуют устройства мониторинга, способные публиковать данные с различных датчиков через Ethernet или Wifi. Представлены они в виде плат, корпусных изделий и изделий для установки в стандартные 19" стойки. К примеру, netping уже оснащаются встроенным GSM модемом с SMS-модулем, способным оповестить о существенных изменениях параметров или срабатывании датчика не только ответственные узлы системы охлаждения, но и вас лично.

К тому же все эти данные не только можно, но и нужно вводить в систему глобального мониторинга, например, Zabbix, где по графикам и выборкам можно анализировать карту температур серверной, коррелировать изменения внутри серверной и снаружи. Автоматизировать создание инцидентов, основаных на совокупности показателей, а не на каком-то одном.

Все это позволит отстроить систему охлаждения на максимальную эффективность и предупредить её поломки. К сожалению, в одной небольшой статье невозможно досконально проработать тему охлаждения серверной. С одной стороны, может показаться, что фрикулинг — это выход для всех, но на самом деле, это достаточно рискованное предприятие. История знает порядочно количество эпичных ситуаций, когда из строя выводились целые ЦОДы из за ошибок в проектировании и недостаточном внимании к деталям. Наилучшим, хоть и более дорогим, является решение, которое подразумевает дублирование штатных систем охлаждения альтернативными. Больших вам ЦОДов, и непрестанного шума в серверных.

Использованы материалы

habr.com

Выбор способа охлаждения электротехнического шкафа

Если Вы читаете эту статью, то наверное не первый день знакомы со сферой промышленной автоматизацией,  АСКУЭ,  АИИСКУЭ,  энергетикой,  АСУ ТП, КИПа,  ПАЗ и РЗА,  встраиваемыми системами,  SCADA и смежными направлениями.  И так как вы являетесь специалистом в этой области, то мы опустим никому ненужную вводную часть и сразу перейдем к делу.

В своей статье мы хотим освятить такую важную тему, как климатика внутри электротехнического шкафа. Ведь помимо подбора оборудования в проект и пуско-наладки наступает период эксплуатации оборудования, который должен протекать многие годы.  Но такие факторы как суточные колебания температуры внутри металлических шкафов, влажность, конденсат, а в последующем и коррозия могут значительно сократить жизнь оборудования.

Для того, что бы понять какое устройство для создания климата поставить в шкаф, необходимо знать какие способы охлаждения вообще существуют.

Естественная конвекция

Если температура снаружи шкафа ниже температуры внутри электротехнического шкафа, то отдача тепла во внешнюю среду происходит через поверхность шкафа. Этот способ эффективный при условии, если температура с наружи шкафа будет ниже требуемой температуры внутри шкафа на 25 градусов. При расчете уровня тепла, излучаемого электротехническим шкафом  можно использовать простое уравнение:

 – Тепловая энергия излучаемая во внешнюю среду с поверхности шкафа.

– Коэффициент теплоотдачи, зависит от материала:

Листовая сталь  – 5,5 

Пластмасса  – 3,5 

 – Площадь поверхности электротехнического шкафа.

Следует отметить, что в формуле берется эффективная площадь теплообмена шкафа,  и что способ установки шкафа: свободно стоящий, у стены, в нише — радикально влияет на теплообмен шкафа.

В области систем микроклимата для шкафов действуют несколько стандартов: IEC 60 890 (ранее МЭК 890), EN 60 814, DIN 57660 часть 500, VDE 0660 часть 500, являющиеся по сути одной и той же нормой, принятой разными институтами.

Стандартом предусмотрена классификация типов установки шкафов и указана формула для расчета эффективной площади теплообмена А - для каждого случая:

Один шкаф, свободно стоящий A = 1,8·H · (W + D) + 1,4 · W · D

Один шкаф, монтируемый на стену A = 1,4 · W · (H + D) + 1,8 · D · H

Крайний шкаф свободно стоящего ряда A = 1,4 · D · (H + W) + 1,8 · W · H

Крайний шкаф в ряду, монтируемом на стену A = 1,4 · H · (W + D) + 1,4 · W · D

Не крайний шкаф свободно стоящего ряда A = 1,8 · W · H + 1,4 · W · D + D · H

Не крайний шкаф в ряду, монтируемом на стену A = 1,4 · W · (H + D) + D · H

Не крайний шкаф в ряду, монтируемом на стену, под козырьком A = 1,4 · W · H + 0,7 · W · D + D · H

Где, W — ширина шкафа, м; H — высота шкафа, м; D — глубина шкафа, м.

 – Разница температур воздуха снаружи/внутри шкафа.

В данном случае устройство охлаждения не требуется.

Принудительная вентиляция

Принудительная вентиляция происходит с помощью вентилятора с фильтром используется в чистых помещениях с приемлемым колебанием температур, если требуемая температура внутри шкафа превышает  температуру окружающей среды на 10 градусов. Для расчета необходимого потока воздуха используется уравнение:

 – Воздушный поток, создаваемый вентилятором с фильтром.

 – Тепловая  энергия, образующаяся внутри шкафа за счет нагревания работающего установленного оборудования.

 – Разница температур воздуха снаружи/внутри шкафа.

Электротехнические напольные шкафы Elbox серии EMS имеют в линейке аксессуаров стенки для монтажа вентиляторов. Стенки предназначен для обеспечения климат-контроля путем установки вентиляторов и выпускных фильтров.  Уровень защиты сохраняется на уровне IP55. В нижнюю часть корпуса шкафа устанавливается вентилятор, в верхнюю - фильтр,  который имеет одинаковый дизайн с вентилятором. Крепление вентилятора и фильтра производится методом защелкивания и не требует дополнительных крепежных элементов. 

 

Рис.1  Стенки EMS-WF c установленными вентилятором и фильтром

Замкнутый контур охлаждения

Замкнутый контур охлаждения,  при котором внутренняя воздушная среда изолирована  от внешней и обеспечивает охлаждение и циркуляцию чистого воздуха внутри электротехнического шкафа, а температура внешней среды выше, чем необходимая внутри корпуса.  Такое активное охлаждение происходит при помощи кондиционеров и теплообменнников.  При проектировании следует учитывать размер шкафа и температуру окружающей среды, используя диаграммы при расчетах.  Для расчета требуемой мощности охлаждения используется уравнение:

    

 – Холодопроизводительность кондиционера

 – Тепловая энергия образующая внутри шкафа за счет нагревания работающих электротехнического оборудования

– Теплоотдача через корпус электротехнического шкафа (не учитывая коэффициент изоляции)

 - Коэффициент теплоотдачи

 – Площадь поверхности электротехнического шкафа

 – Разница температур воздуха снаружи/внутри шкафа

Для определения мощности требуемого кондиционера необходимо использовать кривую производительности на Рис.2. Холодопроизводительность должна превышать примерно на 10% величину тепловых потерь от установленных компонентов.

Рис.2 Кривая производительности для определения мощности кондиционера

Российский производитель электротехнических шкафов Elbox вывел на рынок аксессуар для линейки напольных электротехнических шкафов EMS - крышу для монтажа кондиционера. Эти охлаждающие устройства предлагают уникальную безопасность для Вашего оборудования, которая реализуется с помощью запатентованной системы удаления конденсата и обеспечивает 100% защиту от образования конденсата. Отличаются простотой установки, мульти-контроллером с функцией энергосбережения и простотой обслуживания.  Аксессуар сохраняет уровень защиты на уровне IP54. Плюсом такого решения является значительная экономия места в электротехническом шкафу.  Крыша выполнена таким образом, что потолочные кондиционеры устанавливаются посередине шкафа.

Рис.3 Крыша для установки кондиционера

Исходя из выбранного способа вентиляции далее подбираются аксессуары. На основании электротехнического шкафа EMS торговой марки Elbox можно собрать решение с любым необходимым способом вентиляции. 

Линейный электротехнический шкаф серии EMS — флагман торговой марки Elbox. Основу конструкции шкафа составляет инновационный сложный профиль МS.  Несущая нагрузочная способность каркаса 1 800 кг при равномерно распределенной статической нагрузке. 

Монтажная панель выполнена из оцинкованной листовой стали толщиной 3,0 мм, имеет двойную окантовку, что повышает несущую нагрузочную способность, которая составляет 600 кг/м2.

Далее, используя различные аксессуары, можно на основании корпуса EMS, дополнив его стенками либо крышей, создать шкаф с климатикой.  При использовании монтажной шины EMS-RM-Х.23 с тремя поверхностями перфорации возможен монтаж в трех плоскостях, как  в горизонтальном и вертикальном так и торцевых плоскостях.  Распределенная нагрузочная  способность монтажных шин EMS-RM-23.23 до 40 кг, EMS-РRM-48.23 до 80 кг  и EMS-RM-73.23 до 180 кг.  Если необходимо создать 19” пространство внутри шкафа, то комплект юнитовых направляющих из 4 вертикальных направляющих и  4 поперечных кронштейнов с возможность регулировки по глубине шкафа поможет его организовать.

Большим плюсом является производство в зоне таможенного союза, что позволяет использовать оборудование Elbox в процессе импортозамещения.  Во-вторых, это цена, на которую не влияют курсы валют.

Торговая марта ELBOX является собственностью Производственной группа REMER (Россия), которой так же принадлежат  такие торговые марки как ЦМО, и REM.

Производственная группа REMER отметила своё пятнадцатилетие. За это время было разработано более тысячи изделий, приобретен неоценимый опыт, что позволяет успешно конкурировать с западными производителями.

www.cmo.ru

Холодильный шкаф своими руками - хранение овощей в домашних условиях

Как в течение всей зимы в городской квартире сохранить овощи, особенно картофель. По опыту известно что при комнатной температуре все клубни достаточно быстро теряют влагу, дрябнут и приходят в негодность.

Конечно, можно купить холодильник, или холодильный шкаф, а можно своими руками сделать оригинальную холодильную установку в домашних условиях. Это будет простейший холодильный шкаф или термостат.

Предлагается три самодельных холодильника. Первые два предназначены для хранения овощей внутри помещения, третий же устанавливается на балконе.

Холодильный шкаф-термостат с воздушным охлаждением

Основой каждого из таких овощехранилищ является холодильный шкаф-термостат необходимой емкости. Конечно, проще всего воспользоваться каким-либо готовым ящиком — например, корпусом старого холодильника. Однако не слишком сложно сделать такой короб и самостоятельно.

Для этого подойдет практически любой доступный для вас листовой материал — фанера, оргалит, древесно-стружечные или древесно-волокнистые плиты. Сначала на шурупах и поливинилацетатном или казеиновом клее собирается основа шкафа — боковые панели. Они состоят из деревянных реек сечением 40×40 мм и облицовки из фанеры или ДСП. Далее к боковым панелям пристыковываются нижняя, верхняя и задняя стенки — и внешнюю оболочку короба можно считать готовой.

Однако, чтобы превратить этот короб в холодильный шкаф термостат, его надо теплоизолировать от температурных условий окружающей среды. Лучше всего подходит для этого упаковочный или строительный пенопласт. В крайнем случае, можно воспользоваться древесными опилками, стружками или каким-либо иным теплоизоляционным материалом, который закладывается между внешней обшивкой и внутренней облицовкой короба.

Последняя, выполняется из оргалита или фанеры толщиной около 4 мм. Под облицовкой желательно проложить алюминиевую фольгу (не пожалейте для этого рулончик упаковочной, так называемой, пищевой фольги), это уменьшит потери на теплоизлучение.

Дверь холодильного шкафа-термостата также многослойная. Она состоит из внешней обшивки, теплоизолятора (пенопласта), фольги и внутренней облицовки из оргалита. Навешивается она на обычных дверных или оконных петлях; теплоизоляция обеспечивается прокладкой из полосы поролона или пористой резины, приклеенной изнутри по периметру двери.

Защелка или замок должны плотно прижимать дверь к лицевой поверхности шкафа.

Самодельный холодильник для хранения овощей желательно оснастить выдвижными ящиками. Это позволяет хранить овощи сравнительно небольшими порциями, что удобно для хозяйки. К тому же при необходимости из таких ящиков легко удалять испорченные клубни.

Собираются такие ящики из 10–12-мм фанеры и деревянных брусков сечением 30×30 мм. Соединение — шурупами и поливинилацетатным или казеиновым клеем. В передней и боковых стенках ящиков желательно насверлить отверстия, обеспечивающие циркуляцию воздуха внутри каждой из таких емкостей.

Итак, холодильный шкаф для хранения картофеля и других овощей у вас есть. Однако, чтобы превратить его в холодильник, необходимо обеспечить в нем оптимальную для хранения овощей температуру. Проще всего сделать это с помощью холодного уличного воздуха, благо зимой его более чем достаточно.

Транспортировать этот самый дешевый хладагент лучше всего по коробу-воздуховоду, собранному из оргалита и деревянных реек. Чтобы при этом не переохлаждать квартиру (что неизбежно при большой поверхности воздуховода, имеющей практически уличную температуру), самодельный холодильник надо располагать вблизи окна. Заборное отверстие воздуховода выводится в форточку. Разумеется, придется для этого заменить в ней стекла оргалитом или, оргстеклом, где делается отверстие по размерам воздухозаборника воздуховода.

По соображениям, о которых упоминалось в предыдущем абзаце, воздуховод желательно теплоизолировать, оклеив его тонким поролоном, а поверх — дерматином. Выходные отверстия воздуховода должны совпадать с соответствующими отверстиями в боковой стенке холодильного шкафа. Аналогичные отверстия для выхода воздуха сверлятся и на противоположной стенке шкафа, как это показано на рисунках.

Рис. 1. Холодильный шкаф-термостат с воздушным охлаждением:

1 — короб-воздуховод, 2 — отверстия для доступа холодного воздуха в полость шкафа,3 — шкаф-термостат, 4 — отверстия для выхода воздуха, 5 — ящики для хранения овощей, 6 — теплоизолятор (пенопласт), 7 — алюминиевая фольга, 8 — внутренняя облицовка шкафа (оргалит), 9 — внешняя оболочка шкафа (фанера, ДСП или ДВП).

Поддерживать оптимальную температуру в таком самодельном холодильнике вам придется вручную, без всякой автоматики. Делается это с помощью подъемной створки-форточки, которой оснащено заборное отверстие на форточке окна. Чтобы следить за температурой в холодильном шкафу, используйте бытовой стрелочный термометр, закрепив его, например, на двери. Методом проб и ошибок можно подобрать оптимальные положения створки-форточки для различных уличных температур, при которых показания термометра холодильника будут составлять от пяти до десяти градусов тепла.

Холодильный шкаф-термостат с жидкостным охлаждением

Домашнее овощехранилище с воздушным охлаждением сделать несложно, однако оно оказывается жестко привязанным к постоянному месту вблизи окна. Но стоит заменить теплоноситель — и все чудесным образом изменится.

Рис. 2. Холодильный шкаф-термостат с жидкостным охлаждением:

1 — расширительный бачок, 2 — внешний (уличный) радиатор, 3 — шайбы радиатора, 4 — оконная рама, 5 — соединительный шланг, 6 — соединительный шланг, 7 — радиатор-охладитель, 8 — шкаф-термостат, 9 — ящики для хранения овощей.

Сделать это можно, взяв за основу жидкостную термосифонную систему охлаждения. Для нее не потребуется громоздкого стационарного воздуховода. Вместо этого на раме окна, снаружи, монтируется радиатор — дюралюминиевая или медная труба с насаженными на нее шайбами из того же металла, вырубленными из тонкого полумиллиметрового листа. Внешний диаметр такой трубы — около 20 мм, диаметр шайбы — 60. 80 мм.

Аналогичный радиатор монтируется и внутри холодильного шкафа — на боковой или задней стенке. Патрубки радиаторов соединяются резиновыми шлангами. У верхнего патрубка уличного радиатора располагается расширительный бачок — например, полиэтиленовый флакон объемом около полулитра. Его назначение — компенсировать расширение теплоносителя.

Рис. 3. Балконный холодильный шкаф-термостат с автоматическим термостатированием:

1 — сигнальная лампа; 2 — шкаф-термостат; 3 — ящики для хранения овощей; 4 — лампы нагревателя; 5 — поддон; 6 — крышка; 7 — внешняя оболочка и кафа; 8 — утеплитель; 9 — внутренняя облицовка шкафа; 10 — шуруп; 11 — полиэтиленовый флакон; 12 — пластмассовый толкатель с пружиной; 13 — крышка датчика; 14 — контактная пара; 15 — соединительный провод; 16 — корпус датчика (стальная скоба).

Кстати, о теплоносителе: им может стать антифриз, используемый в системе охлаждения автомобилей, смесь глицерина и воды, раствор изопропилового спирта в воде. Все эти жидкости не замерзают при отрицательных температурах и могут свободно циркулировать в системе охлаждения комнатного овощехранилища.

Регулировать температуру внутри холодильного шкафа можно с помощью крана-вентиля, врезанного в один из патрубков (например, нижний) уличного радиатора. В простейшем случае можно воспользоваться приспособлением, напоминающем небольшую струбцину, с помощью которого зажимается соединительный резиновый шланг.

Балконный холодильный шкаф-термостат с автоматическим термостатированием

Третья конструкция, с которой вы сегодня познакомитесь, предназначена для установки на балконе или в лоджии. Задача здесь обратная — не допустить излишнего охлаждения шкафа-термостата. Сделать это проще всего с помощью какого-либо электронагревателя.

Садовод, желающий сохранить урожай овощей или просто энтузиаст-самодельщик применит для этого и электрокамин с масляным радиатором, и электрогрелку. Однако проще и безопаснее использовать обычные электролампы.

Нагреватель на электролампах состоит из металлического поддона (можно использовать алюминиевый противень подходящих габаритов), на котором закрепляются кронштейны-уголки, а на них — ламповые патроны. При этом желательно использовать фарфоровые, рассчитанные на повышенную температуру, которые применяются для наружных светильников. Учтите, что суммарная мощность электроламп должна составлять 100. 160 Вт в зависимости от преобладающих уличных температур. Так что для нагревателя из четырех ламп мощность каждой должна составлять соответственно от 25 до 40 Вт.

После подсоединения проводки к каждому из патронов, лампы изолируются лоскутом стеклоткани или пищевой алюминиевой фольгой и поддон накрывается металлической крышкой — таким же противнем, в котором насверлены отверстия. Скрепляются противни скобками или винтами, после чего полость нагревателя через отверстия засыпается сухим речным песком.

Следует отметить, что для такого домашнего овощехранилища необходим терморегулятор, датчик температуры, автоматический прибор, регулирующий температуру внутри холодильного шкафа — зимой на балкон не набегаешься.

Терморегулятор своими руками

Самый простой можно сделать на базе датчика, срабатывающего при замерзании воды. Как известно, ее объем при этом увеличивается, и это явление можно использовать в самодельном терморегуляторе.

Его основой является небольшой пластиковый флакон, доверху залитый дистиллированной водой. Располагается он внутри корпуса — металлической скобы, на которой смонтированы подпружиненный пластмассовый толкатель и контактная пара. При замерзании воды во флаконе стенки его будут выпучиваться, при этом перемещается толкатель, который замыкает контактную пару. Цепь замыкается и включает тем самым лампы нагревателя. По мере роста температуры лед в датчике-флаконе тает, стенка флакона занимает первоначальное положение и контакты размыкаются. Лампы гаснут и, пока вода в датчике не замерзнет, будут выключенными.

Располагается этот автомат в нише, вырезанной в теплоизоляции на боковой стенке. Дело в том, что срабатывает датчик при температуре несколько ниже нуля, а это уже противопоказано клубням. Поэтому-то датчик и располагается в не защищенном теплоизоляцией гнезде, чтобы срабатывание его происходило, прежде чем температура внутри шкафа опустится ниже нуля.

При монтаже электропроводки есть смысл установить на корпусе шкафа сигнальную лампу: свет ее должен быть хорошо виден из комнаты. Подключается эта лампа параллельно лампам нагревателя, и по ее свечению можно судить о срабатывании датчика и правильной работе термостата. Для отладки датчика можно воспользоваться все тем же стрелочным термометром, расположенным внутри шкафа.

Если температура внутри холодильного шкафа окажется слишком низкой, надо соединить полость ниши, в которой располагается датчик, с окружающей средой, просверлив в обшивке небольшое отверстие. Если же температура в шкафу окажется слишком высокой, сверлятся отверстия, сообщающие полость ниши с полостью шкафа.

Заметим, что датчики, работающие на принципе увеличения объема воды при ее замерзании, можно было бы использовать для регулировки температуры и в первых двух холодильных шкафах-термостатах, однако сделать это несколько сложнее. Поэтому такое усовершенствование можно рекомендовать лишь тем, кто имеет достаточно солидный опыт такого рода работ.

Итак, беремся за дело. Зима еще впереди, а сделать любой из холодильных шкафов можно всего за неделю. Немного усилий — и никакие конъюнктурные соображения рынка уже не коснутся вас. Домашнее овощехранилище позволит вам хранить овощи, картофель, морковь и свеклу без особых проблем.

По материалам статьи И. Настасьинского

Остроумие, проявленное в домашних делах, экономит материалы и средства. Это, конечно, главный стимул проявления творческой энергии. Но поговорите с теми, кто фантазирует и сам реализует свои придумки,— каждый из них скажет, что получает наслаждение от самого процесса поиска оригинальных решений и не меньшую радость, когда делится своими открытиями с кем-либо из знакомых.

Мы приглашаем на страницы всех, кто что-то остроумное сделал или придумал для облегчения быта и украшения.

www.gardenplanet.ru