====== Термодинамические процессы и схемы оборудования ======

<WRAP box round>
Раздел посвящён термодинамическим принципам и схемам работы систем «свободного охлаждения» в центрах обработки данных. Рассмотрены прямые (DASE) и косвенные (IASE) схемы, а также интегральные решения с косвенным испарительным теплообменом (IEXC).  
Приведены режимы работы по температуре сухого и влажного термометров, принципы регулирования и критерии применимости в климатических условиях России.
</WRAP>

===== Основные определения =====
<WRAP info>
  *  **Температура по сухому термометру (tс)** — обычная температура воздуха, измеренная термометром.  
  *  **Температура по влажному термометру (tв)** — температура, которую воздух принимает при испарительном охлаждении; зависит от влажности.  
  *  **Адиабатическое охлаждение (DEC)** — испарительное охлаждение без участия компрессоров.  
  *  **Воздух–воздух теплообменник (AHX)** — устройство, передающее тепло между потоками без смешения влаги.  
  *  **IEXC** — интегральный косвенный испарительный теплообменник, совмещающий AHX и DEC в одном корпусе.
</WRAP>

===== Основные зависимости =====
<WRAP center>
$$ Q = G \cdot c_p \cdot (t_г - t_х) $$
</WRAP>

где:  
- \( Q \) — тепловая мощность (Вт);  
- \( G \) — расход воздуха (кг/с);  
- \( c_p \) — удельная теплоёмкость воздуха (≈ 1.0 кДж/кг·°С);  
- \( t_г \), \( t_х \) — температуры воздуха в горячем и холодном коридорах.

<WRAP info>
Эффективность испарительного охлаждения:  
$$ \varepsilon = \frac{t_{вх} - t_{вых}}{t_{вх} - t_{влажн}} $$
Типичные значения эффективности кассет DEC — 0,9–0,95.
</WRAP>

===== Прямая схема (DASE) =====

==== Охлаждение наружным воздухом по температуре сухого термометра ====
<WRAP box>
Наружный воздух фильтруется, подаётся в машинный зал и удаляет тепло от оборудования.  
Режим «чистого свободного охлаждения» возможен, если наружная температура ниже расчётной температуры подачи в холодный коридор.
</WRAP>

<WRAP important>
В тёплое время года, когда наружная температура превышает допустимую, система переходит на частичную рециркуляцию и включает механическое охлаждение.  
Необходимо учитывать загрязнение воздуха, рост затрат на фильтрацию и сложности контроля влажности.
</WRAP>

==== Охлаждение с адиабатическим модулем (по температуре влажного термометра) ====
<WRAP info>
При наличии воды на площадке целесообразно включить модуль адиабатического охлаждения (DEC).  
Кассеты DEC позволяют снизить температуру приточного воздуха до значений, близких к температуре влажного термометра, увеличивая число часов в году без компрессоров.
</WRAP>

Режимы регулирования:
  * уменьшение расхода воздуха для удержания температуры горячего коридора;  
  * стабилизация расхода при допустимом увеличении перепада температур;  
  * частичный байпас DEC для точной регулировки подачи.

<WRAP important>
Недостаток: в холодный сезон невозможно независимо регулировать влажность — воздух увлажняется в процессе испарения.
</WRAP>

<WRAP box round>
**Схема работы DASE с адиабатическим охлаждением**
<mermaid>
flowchart TB
  classDef node font-size:12px,stroke-width:1.1px,padding:8px;
  OA["Наружный воздух"]:::node --> Filt["Фильтры грубой и тонкой очистки"]:::node --> Fan["Вентилятор подачи"]:::node
  Fan --> DEC{"Наличие модуля DEC"}:::node
  DEC -->|Да| DECblock["Испарительные кассеты + байпас"]:::node --> SA["Подача в холодный коридор"]:::node
  DEC -->|Нет| SA
  SA --> IT["ИТ-оборудование (стойки)"]:::node --> RA["Возврат из горячего коридора"]:::node
  RA --> Damp["Отсечные клапаны / выброс или рециркуляция"]:::node
</mermaid>
</WRAP>

===== Косвенная схема (IASE) =====

<WRAP box>
Наружный воздух не поступает в зал, а охлаждает рециркуляционный поток через теплообменник воздух–воздух.  
Это обеспечивает чистоту, стабильную влажность и снижает риск попадания загрязнений.
</WRAP>

Этапы процесса:
  1. Наружный воздух проходит фильтрацию.  
  2. При необходимости охлаждается в кассетах DEC.  
  3. Поток проходит через вентилятор и поступает в теплообменник (AHX).  
  4. Через пластины теплообменника тепло удаляется из внутреннего потока.  
  5. В рециркуляционном контуре воздух охлаждается и возвращается в холодный коридор.  
  6. При экстремальной жаре включается резервное охлаждение (DX или чиллер).

<WRAP box round>
**Схема работы IASE с предохлаждением наружного воздуха**
<mermaid>
flowchart TB
  classDef node font-size:12px,stroke-width:1.1px,padding:8px;
  subgraph Наружный_контур
    OA["Наружный воздух"]:::node --> F1["Фильтр"]:::node --> DEC["Предохлаждение DEC"]:::node --> SFan["Вентилятор наружного воздуха"]:::node --> AHX1["Теплообменник (внешний контур)"]:::node --> EXH["Выброс воздуха"]:::node
  end
  subgraph Внутренний_контур
    RA["Возврат из горячего коридора"]:::node --> F2["Фильтр"]:::node --> AHX2["Теплообменник (внутренний контур)"]:::node --> SA["Подача в холодный коридор"]:::node --> IT["ИТ-оборудование"]:::node --> RA
  end
  AHX1 --- AHX2
  SA -.-> DX["Дополнительное охлаждение (DX/чиллер)"]:::node
</mermaid>
</WRAP>

<WRAP info>
Эффективность теплообменников AHX — 0,65–0,75.  
Вертикальные теплообменники с тепловыми трубами автоматически предотвращают обратный поток теплоты при высокой температуре наружного воздуха.
</WRAP>

===== Интегральный косвенный испарительный теплообменник (IEXC) =====
<WRAP box>
IEXC сочетает в себе функции испарителя и теплообменника: снаружи труб испаряется вода, охлаждая рециркуляционный воздух внутри. Влага не попадает в зал.  
Рабочая эффективность по температуре влажного термометра — 70–80 %.
</WRAP>

Пример рабочего цикла:
  * Возврат из горячего коридора — около 35 °C.  
  * Воздух проходит через IEXC, охлаждаясь до ~24 °C.  
  * В тёплые периоды года доля компрессорного охлаждения составляет не более 20–30 %.

<WRAP info>
Преимущества IEXC:
  * Низкий годовой PUE (1.1–1.2 в умеренном климате).  
  * Меньшая нагрузка на компрессоры.  
  * Уменьшение температуры конденсации при работе DX-модулей.  
  * Простая интеграция в модульные системы ЦОД.
</WRAP>

===== Эксплуатационные особенности =====
<WRAP box>
  * Регулирование по уставкам температуры подачи и горячего коридора, управление байпасами DEC/AHX.  
  * Защита от обмерзания и образования конденсата.  
  * Применение воздушных дренажных ловушек (Air-Trap) вместо гидравлических (P-Trap).  
  * Повышенные требования к фильтрации (MERV 13 и выше).  
  * Контроль химического состава воды и продувки системы DEC.  
  * Возможность газовой фильтрации при промышленном загрязнении воздуха.
</WRAP>

===== Сравнение схем охлаждения =====
| Параметр | DASE — Прямая схема | DASE + DEC — Прямая с испарительным охлаждением | IASE — Косвенная схема | IEXC — Интегральный косвенный испарительный теплообменник |
| Контакт с наружным воздухом | Есть | Есть | Нет | Нет |
| Контроль влажности | Ограничен | Сложен | Хороший | Хороший |
| Энергоэффективность | Средняя | Высокая | Средняя–высокая | Очень высокая |
| Капитальные затраты | Низкие | Средние | Средние | Средние |
| Пыле- и газозащита | Низкая | Низкая | Высокая | Высокая |
| Потребление воды | Нет | Есть | Нет | Есть |
| Наличие компрессоров | Почти всегда | Как резерв | Как резерв | Как резерв |



===== Рекомендации по выбору =====
<WRAP tip>
  - Определить уставку холодного коридора и допустимый диапазон температур горячего.  
  - Проанализировать климатические данные по температурам воздуха и влажности.  
  - Проверить возможность использования наружного воздуха без ухудшения чистоты и стабильности параметров.  
  - При загрязнённой среде выбирать IASE или IEXC.  
  - Рассчитать долю времени, когда возможно естественное охлаждение без компрессоров.  
  - Для оставшегося времени предусмотреть «подрезку» DX или чиллера.
</WRAP>

===== Ключевые идеи =====
<WRAP tip>
  * Использование наружного воздуха позволяет снизить энергопотребление и PUE.  
  * DASE прост, но ограничен качеством наружного воздуха и влажностью.  
  * IASE исключает попадание внешнего воздуха в зал, обеспечивая стабильность микроклимата.  
  * IEXC сочетает теплообмен и испарительное охлаждение, показывая наилучшие показатели энергоэффективности.  
  * Для большинства регионов России оптимальны схемы IASE и IEXC.  
  * Резервное механическое охлаждение обязательно для всех вариантов.
</WRAP>