Воздушные экономайзеры и технологии естественного охлаждения

Раздел посвящён системам охлаждения ЦОД, использующим потенциал наружного воздуха и естественного холода. Рассматриваются типы экономайзеров (прямые и косвенные, воздушные и водяные), их термодинамические принципы, схемные решения, критерии выбора по климату и качеству воздуха, а также энергетическая эффективность и санитарная безопасность эксплуатации.

Принципы и технологии

Эффективность и безопасность

Как выбирается и работает экономайзер

flowchart LR classDef big font-size:26px,stroke-width:1.2px,padding:10px; A["Наружные условия: T сух., влажность/энтальпия, качество воздуха"]:::big --> B{"Допустимо ли подать наружный воздух напрямую?"}:::big B -- Да --> C["Прямой путь (DASE): фильтрация, смесительная камера, подача в зал"]:::big B -- Нет --> D{"Есть термодинамический запас?"}:::big D -- Да --> E["Косвенный путь (IASE/IEXC): теплообменник воздух–воздух"]:::big D -- Нет --> F["Подпор до уставки: адиабатика / чиллер / DX"]:::big C --> G["Контроль: доля OA, ΔP фильтров, VFD вентиляторов, датчики DP"]:::big E --> G F --> G click C "doku.php?id=topics:13:outside_air" "Использование наружного воздуха" _self click E "doku.php?id=topics:13:thermodynamics" "Термодинамика и схемы" _self click F "doku.php?id=topics:13:savings" "Энергосбережение и эффекты" _self

Типы экономайзеров и области их применения

Тип/принцип Краткое описание Где применим Преимущества Ограничения/риски Замечания по проектированию
Air-side прямой (DASE) Наружный воздух после фильтрации подаётся в ЦОД Континентальный и умеренный климат, чистый воздух Максимальная доля «свободного» холода, простота схемы Требует высоких классов фильтрации, защита от влаги и пыли Смесительные камеры, байпас, управление давлением залов
Air-side косвенный (IASE) Воздух разделён теплообменником (пластинчатым, роторным) Запылённые, промышленные зоны Нет прямого контакта потоков, стабильность влажности Потери на HX, контроль утечек и обмерзания Герметичность, очистка ротора, сервисные люки
Интегральный косвенный испарительный (IEXC) Охлаждение через испарительный контур без контакта с ИТ-воздухом Умеренный и сухой климат Очень высокая энергоэффективность, гигиеническая безопасность Зависит от качества воды, требует регулярной промывки Контроль температуры поддона, слив, биоцидная обработка
Water-side Фри-куллинг чиллерной воды / сухие градирни Широкий диапазон климатов Универсальность, совместимость с гидросистемами Потери на насосах, возможен рост WUE при адиабатике Подбор ΔT, насосные VFD, автоматизация по энтальпии
Адиабатическая поддержка (DEC) Предохлаждение воздуха испарением воды Сухие регионы и жаркие периоды Расширяет окно работы free cooling Потребление воды, риск легионелл Водоподготовка, дренаж, режим сушки и контроля

Управление режимами (упрощённая логика)

Условие Действие системы Цель/комментарий
Наружный воздух в допустимых границах T/RH Включить прямой экономайзер, отключить компрессоры Максимизация free cooling
Влажность или загрязнения превышают порог Перейти на косвенный контур (IASE/IEXC) Сохранение стабильности и гигиены
Тепловая нагрузка выше потенциала экономайзера Включить подпор DEC / чиллер / DX Поддержание уставки без потери PUE
Рост ΔP на фильтрах Повысить скорость вентиляторов или сигнал на замену Поддержание расхода воздуха
Падение давления в зале Закрыть байпас, сбалансировать OA/RA Исключение подсоса тёплого воздуха

Риски и профилактика

  • Загрязнения, пыль, коррозия — установка фильтров ePM1/ePM10, контроль коррозии, подбор покрытий и материалов.
  • Влажность и конденсат — датчики точки росы, контроль RH в холодных коридорах, подогрев при низких температурах.
  • Микробиология (легионеллы) — для адиабатики: слив воды, режим сушки, биоцидная обработка, гигиенический дизайн поддона.
  • Обмерзание и атмосферные осадки — защита воздухозаборов, козырьки, решётки, дренаж и дефрост.
  • Смог, дым, запахи — байпас наружного воздуха, фильтры активированного угля, сценарии «Smoke close».
  • Шум и безопасность — акустические экраны, ограничение доступа, видеонаблюдение и контроль воздуха на выбросах.

Показатели эффективности

  • Economizer hours — часы/доля времени работы в «свободном» режиме по сезонам.
  • ΔT теплообменников и байпас — эффективность рекуперации.
  • SFP вентиляторов (кВт·ч/м³·с) — затраты на воздухообмен.
  • Сезонный PUE и доля Trim Cooling — баланс free и механического холода.
  • WUE — расход воды на охлаждение, особенно при адиабатике.
  • Качество наружного воздуха и SLA фильтрации — по ISO 16890 и EN 16798.

Практические ориентиры проектирования

  • Провести климатический анализ по сухой/влажной температуре и энтальпии.
  • Определить окна free cooling и тип экономайзера под регион.
  • Спроектировать воздухозаборы с учётом розы ветров и исключения рециркуляции.
  • Учесть рост ΔP фильтров и энергозатраты вентиляторов.
  • Для адиабатики предусмотреть гигиенический контур воды и режимы обслуживания.
  • Включить телеметрию и автоматику: T/RH/DP, SFP, события качества воздуха, Economizer hours.

Контрольные вопросы для проекта

  1. Рассчитан ли сезонный потенциал free cooling для региона?
  2. Выбран ли тип экономайзера (DASE / IASE / IEXC) под климат и качество воздуха?
  3. Установлены ли уставки T/RH и алгоритмы переключения между режимами?
  4. Заданы классы фильтрации и критерии обслуживания (ΔP, время)?
  5. Разработаны ли санитарные регламенты и водоподготовка для адиабатики?
  6. Включён ли контроль PUE/WUE, Economizer hours и соответствие ASHRAE TC 9.9?