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

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