Подробности

Технология отведения тепла от оборудования

В производственных процессах участвуют различные виды оборудования: это и обрабатывающие станки, и аппараты высокого давления, и ёмкости с химическими растворами, и нагревательные баки. Все они способны нагреваться, что негативно влияет и на обрабатываемые детали, и на рабочие органы, и на технологический процесс в целом. Но как отвести тепло от бака, который сам обеспечивает нагрев определённых систем? Или как отвести тепло от ёмкости, наполненной горячим продуктом? А также как отвести тепло от станка, в котором инструмент находится в постоянном движении?

И охлаждение станков, и различных резервуаров выполняется при помощи специального теплообменного оборудования, которое сегодня активно применяется и в сельском хозяйстве, и в промышленности, и в быту. Такие аппараты нагревают или охлаждают воду, которая обеспечивает нагрев или охлаждение другой технической воды и растворов, циркулирует в замкнутых контурах горячего водоснабжения и отопительных системах, в системах вентиляции и кондиционирования, в испарителях и конденсаторах, в бассейнах и других производственных и бытовых системах.

Вопрос о том, как отвести тепло от воды, разрешается путём применения чиллеров – специальных холодильных установок той или иной мощности и холодопроизводительности. Посредством компрессорного агрегата и испарителя в этой установке осуществляется охлаждение фреона, который через теплообменник охлаждает воду в отдельном резервуаре. Отсюда уже теплоноситель устремляется к охлаждаемому объекту, будь то ёмкость, ванна с раствором, нагревательный бак или обрабатывающий станок. Но для контроля температуры теплоносителя в конструкции чиллера предусмотрен и нагреватель воды, с помощью которого исключается переохлаждение жидкости, способное внести дисбаланс в производственный цикл. Для охлаждения резервуаров теплообменник обустраивают как внутри ёмкостей, так и вокруг них, в зависимости от того, открытая ли это ванна или закрытый бак. Охлаждение станка подразумевает как охлаждение движущихся частей, так и охлаждение системы смазки. В первом случае холодная вода может подаваться открыто прямо в зону резки или шлифовки. Во втором случае через систему смазки пропускают змеевик с охлаждённым теплоносителем нужной температуры.

Компания Питер Холод уже давно работает в области теплообменного оборудования самого разного назначения. Мы реализуем современные качественные установки, отлично справляющиеся с поставленными задачами нагрева и охлаждения, производим установку их на объекте с полным монтажом сопутствующих трубопроводов, выполняем запуск, техническое обслуживание, инструктируем персонал по вопросам наладки и контроля.

Известно, что КПД мощных светодиодов на порядок выше, чем у ламп накаливания. В то же самое время, большая часть энергии, потребляемой светодиодами (около 75%), все-таки уходит в рассеиваемое тепло. С ростом светового потока от светодиодных источников растет тепловыделение. По оценкам некоторых международных и отечественных экспертов, обеспечение эффективного теплоотвода в светодиодной (LED) светотехнике - одна из наиболее актуальных задач, стоящих сегодня перед разработчиками и производителями данной продукции. Настоящая статья посвящена решению задач теплоотвода в современной светодиодной светотехнике при помощи эффективных теплопроводящих материалов.

Почему важен эффективны отвод тепла в светодиодной светотехнике

В отличие от традиционных ламп накаливания и газоразрядных ламп современные светодиоды чувствительны к высоким температурам:

во-первых, при перегреве светодиода уменьшается его эффективность, падает световой поток, изменяется цветовая температура, а срок службы может сокращаться в разы;
во-вторых, при температуре 80°С интенсивность свечения падает примерно на 15% в сравнении с интенсивностью при комнатной температуре. Как результат, светильник с двадцатью светодиодами при температуре 80°С может иметь световой поток, эквивалентный потоку от семнадцати светодиодов при комнатной температуре. При температуре перехода в 150°С, интенсивность света светодиодов может упасть на 40%!
в-третьих, у светодиодов присутствует отрицательный температурный коэффициент прямого напряжения, т.е. при повышении температуры происходит уменьшение прямого напряжения светодиодов. Обычно этот коэффициент составляет от -3 до -6 мВ/K, поэтому прямое напряжение типичного светодиода может составлять 3,3В при +25°C и не более 3В при +75°C. Если источник питания не позволяет снижать ток на светодиодах, то это может привести к ещё большему перегреву и выходу светодиодов из строя. Кроме того, многие источники питания для светодиодных светильников рассчитаны на температуру эксплуатации до +70°С.

Таким образом, для эффективной работы многих светодиодных устройств важно обеспечить температуру не более 80°С как в области p-n-перехода светодиодов, так и в области источника питания. Несоблюдение рекомендуемого температурного режима может приводить к потере количества и качества света, увеличению стоимости света от светодиодного устройства, а также сокращению жизни прибора.

Реализация теплоотвода в светодиодной светотехнике

Наиболее распространённым способом отведения избыточного количества тепла от мощных светодиодов и микросхем является его передача на печатную плату (в том числе и платы с металлическим основанием - MC PCB, AL PCB, IM PCB), подложку или другие конструктивные элементы электронного устройства. Также применяется установка радиатора на перегревающийся компонент (или перегревающегося компонента на радиатор), что увеличивает площадь лучистого и конвекционного обмена. Затем тепло передается в окружающую среду преимущественно при помощи конвекции. Это относительно недорогие и эффективные методы, однако в каждом случае эффективность теплоотвода будет зависеть от эффективности передачи тепла в области контакта двух поверхностей.

Дело в том, что поверхности источника тепла и теплоприемника имеют шероховатости и неровности. При контакте плоскостей в большинстве случаев возникают зазоры (микрополости), в которых содержится воздух (рис. 1). Как результат – контакт между плоскостями происходит точечно, что существенно увеличивает тепловое сопротивление перехода.

Рис. 1 Схематичное изображение контакта двух поверхностей

Важно помнить, что воздух имеет коэффициент теплопроводности около 0,02 Вт/м*К, что крайне мало, и примерно в 40 раз меньше, чем у типичных теплопроводящих паст. Таким образом, в связи с наличием воздуха между контактирующими поверхностями возникает высокое сопротивление тепловому потоку, и эффективность отвода тепла существенно падает. Чтобы избежать этого негативного эффекта от присутствия воздуха используют теплопроводящий материал, который заполняет зазоры. Тип материала выбирают, исходя из рассеиваемой мощности, конструктивных особенностей изделия и уровня теплопередачи.

Уровни теплопередачи в типовом светодиодном устройстве

Рассмотрим несколько уровней передачи тепла в типичном LED светильнике (рис. 2).

Рис. 2 Уровни теплопередачи в светодиодном устройстве

Уровень 1: передача тепла от светодиода на печатную плату или основание. Этот уровень характеризуется очень малой площадью теплового потока и относительно большим количеством передаваемого тепла. Таким образом, для обеспечения эффективной теплопередачи нужен материал, который обеспечит минимальное тепловое сопротивление в области контакта поверхностей. Часто для обеспечения теплопередачи на первом уровне теплоотводящее основание светодиодов припаивают к плате. Пайка – хороший вариант для теплопередачи, так как коэффициент теплопроводности типичного припоя – 85 Вт/м*К, но использование данного способа в ряде случаев ограничено из-за технологических соображений.

Альтернативой пайке может служить применение теплопроводящих клеев или паст с высокой теплопроводностью (до 7 Вт/м*К для материалов Dow Corning).

Уровень 2: передача тепла от платы (модуля) со светодиодами на радиатор или другую рассеивающую тепло поверхность. Этот уровень характеризуется большой площадью передачи и менее мощным удельным тепловым потоком, в сравнении с рассмотренным ранее первым уровнем. Для обеспечения теплопередачи на втором уровне можно использовать материалы с относительно невысокой теплопроводностью (в пределах 2 Вт/м*К). В качестве теплопроводящего материала (в зависимости от конструкции изделия) могут использоваться силиконовые теплопроводящие пасты, клеи, подложки или компаунды.

Когда светодиоды устанавливаются непосредственно на радиатор, первый и второй уровни теплопередачи совпадают. В этом случае в качестве теплопроводящего материала можно использовать теплопроводящие пасты или клеи с высокой теплопроводностью.

Применение теплопроводящих паст

Важно учитывать, что для использования в современных светодиодных устройствах теплопроводящие пасты должны иметь широкий диапазон рабочих температур. Для уличного светильника такой диапазон может составлять от -50°С до +100°Си выше. Опыт показывает, что широко распространенные и популярные на отечественных производствах традиционные теплопроводящие пасты в ряде случаев не отвечают таким жестким требованиям. Поэтому через относительно короткий период времени паста может высохнуть, потерять свои полезные свойства и, как следствие, теплопередача будет нарушена.

Хорошо зарекомендовавшим себя материалом в светодиодной светотехнике для задач теплопередачи второго уровня является силиконовая теплопроводящая паста Dow Corning SC 102. Теплопроводность 0,8 Вт/м*К дает возможность использовать её во многих светодиодных конструкциях, а диапазон рабочих температур от -45°С до +200°С обеспечивает эффективную и надежную теплопередачу практически при любых возможных температурах эксплуатации светильника. Для более эффективного отвода тепла от теплонагруженных компонентов (задачи первого уровня теплопередачи), можно использовать пасты Dow Corning с более высоким коэффициентом теплопроводности вплоть до 7 Вт/м*К (Dow Corning TC-5600).

Применение теплопроводящих клеев

Избавиться от дополнительных элементов крепления можно, используя силиконовые теплопроводящие клеи. В дополнение к теплоотводу они обеспечивают ещё и механическую фиксацию, что дает возможность упростить процесс сборки светильника. Силиконовые теплопроводящие клеи прекрасно работают в широком диапазоне температур и обладают высокой теплопроводностью, что обуславливает их широкое применения в современной светодиодной технике. В качестве примера можно привести несколько силиконовых теплопроводящих клеев Dow Corning и рассмотреть их особенности (таблица 1).

Рис. 3 Применение теплопроводящих клеев

Таблица 1 Сравнительные характеристики теплопроводящих клеев** Dow Corning

Применение теплопроводящих силиконовых компаундов

Часто светодиодная техника оказывается подвержена неблагоприятным воздействиям окружающей среды: влажность, соляной туман, кислотные осадки, загрязнение пылью и т.п. Это информационные LED экраны, светильники уличного освещения, светильники взрыво-безопасного исполнения, светофоры и т.п.

Рис. 4 Варианты защиты светодиодного светильника

Есть несколько способов защиты LED устройств от воздействия внешней среды. Традиционно используют стекло, которым закрывают устройство. Однако тепловой режим устройства и его оптические характеристики при таком способе защиты не становятся лучше. Кроме того, в подавляющем большинстве случаев замкнутое пространство под защитным стеклом светильника остается заполнено воздухом, поэтому при определенных условиях под стеклом светильника может образовываться конденсат (рис. 4). Это может изменить оптические свойства светильника, вызвать коррозию и короткие замыкания в устройстве. Очевидно, что современный светильник требует более современных решений для защиты устройства.

Многие производители для защиты устройства всё чаще используют теплопроводящие заливочные компаунды (рис. 5, 6). В этом случае плата или светильник заливается с внешней стороны до уровня оптических элементов (светодиодов). Таким образом, при помощи одного материала обеспечивается отвод тепла от светодиодов, защита светодиодного устройства от негативного воздействия внешней среды и дополнительная механическая прочность светильника.

Такое решение может повысить эффективность сборки, надежность и конкурентоспособность светодиодного устройства.

Хорошим решением для заливки светодиодного устройства могут быть силиконовые компаунды Sylgard 160 и Sylgard 170. Материалы характеризуются теплопроводностью до 0,6 Вт/м*К и возможностью полимеризации при любой глубине заливки. Время полимеризации компаундов составляет несколько минут при повышенной температуре (4 минуты при 100°С). Также возможна полимеризация и при комнатной температуре, но время отверждения будет дольше. Основные различия озвученных материалов в том, что Sylgard 170 более текучий (2000сП против 6000сП у Sylgard 160). Это определяет выбор компаунда для решения конкретной задачи.

Рис. 5 Пример заливки светодиодной панели и светильника теплопроводящими компаундами Dow Corning

Кроме того, таким же образом можно поступить при защите источника питания (драйвера) от негативных внешних воздействий. Принцип тот же: компаунд заполняет объём, в котором ранее был воздух, при этом улучшается тепловой баланс всего блока. Такое решение является общепринятой мировой практикой.

В некоторых конструкциях светильников драйвер оказывается заключенным в корпусе светильника. Из-за ограниченного теплообмена драйвер может перегреться и переключиться в режим «защита от перегрева». Для примера можно рассмотреть тепловую модель светодиодного светильника, где красная зона в центре показывает перегретый драйвер (рис. 6). В ряде случаев воздух, окружающий источник питания, может выступать в роли теплоизолятора и ограничивать теплопередачу на корпус светильника. Выходом из такой ситуации может быть заполнение пространства вокруг источника питания материалом с высокой теплопроводностью, например, теплопроводящим силиконовым компаундом.

Рис. 6 Тепловая модель светильника

Применение теплопроводящих подложек

Для повышения технологичности сборки и упрощения конструкции светодиодного светильника полезным решением могут быть теплопроводящие подложки. Этот класс материалов представляет собой заранее отвержденный силиконовый гель со специальными свойствами. Теплопроводность до 3,5 Вт/м*К и толщина от 0,25 до 5,0 мм позволяют решать широкий спектр задач по отводу тепла с поверхности печатных узлов (данные приведены для материалов Dow Corning, таблица 2).

Таблица 2 Линейка теплопроводящих подложек Dow Corning

С точки зрения конструкции изделия в дополнение к функции передачи тепла подложки могут выполнять еще и функцию заполнения воздушных зазоров до 4 мм и более (можно складывать подложки в несколько слоев). Эта возможность полезна как при производстве светодиодных устройств, так и при производстве источников питания. Дополнительно, благодаря высоким диэлектрическим свойствам и хорошей сжимаемости, одна подложка может обеспечить отвод тепла с любой площади печатного узла и от компонентов различных размеров и форм (рис. 7).

Рис. 7 Применение теплопроводящих подложек в светодиодной технике

С технологической точки зрения применение теплопроводящих подложек упрощает и сокращает процесс сборки светодиодной техники. Подложки не требуют процессов полимеризации, что исключает необходимость применения специального оборудования для отверждения, сокращает затраты времени на сборку, уменьшает потребление электроэнергии и человеческих ресурсов.

Применение теплопроводящих подложек способно повысить конкурентоспособность светодиодной техники как за счет обеспечения высокого качества продукции, так и за счет оптимизации себестоимости.

Заключение

Еще раз подчеркнем, что по оценкам экспертов, обеспечение эффективного теплоотвода в светодиодной светотехнике – одна из наиболее актуальных задач, стоящих сегодня перед разработчиками и производителями данной продукции. Вполне вероятно, что успешными производителями светодиодной светотехники завтрашнего дня будут именно те, кто раньше найдет и применит современные решения по обеспечению теплового режима работы устройств. Применение современных теплопроводящих материалов является как раз одним из тех решений, которые помогут повысить конкурентоспособность светодиодной техники за счет обеспечения высокого качества продукции и оптимизации себестоимости. Специалисты Остека готовы помочь вам в поиске таких решений и применении их на практике!

Автор, должность: Вячеслав Ковенский, начальник отдела; Александр Савельев, ведущий инженер Отдел: Направление технологических материалов Email: [email protected] Издание: Информационный бюллетень «Поверхностный монтаж», февраль 2011, №1

Полезные советы

Перед тем, как начать узнавать все секреты сохранения тепла в доме, стоит обратить внимание на то, как ускользает тепло из нашего дома (процент от всех потерь в обычном панельном доме):

* Стены и двери - 42%

* Вентиляция - 30%

* Окна - 16%

* Подвалы - 5%

* Крыша - 7%

Как сохранить тепло в доме

1. Утром откройте занавеси и/или жалюзи, чтобы солнечный свет попадал в дом. Стекло в окне позволяет свету проходить внутрь, но не выходить обратно. В доме свет накапливается, отталкиваясь от стен и мебели, и в итоге превращается в тепло.

2. Ночью используйте толстые (плотные) занавеси, чтобы не позволять теплу ускользать через окна. Без солнечного света окна становятся вашим врагом. Создайте толстые обои, чтобы не позволить теплу уйти.

* Можно использовать просто толстое одеяло, к которому прикрепляется стержень или палка для сохранения формы.

Измерьте свое окно и найдите что-то твердое, например жесткий стержень или крепкую палку, на которую далее вы сможете наматывать занавес. Можно также использовать прежний стержень от бывшей занавески (если он у вас есть).

* Можно также использовать два куска плотной ткани. Для этого есть инструкция:

2.1 Приготовьте два куска плотной ткани. Положите оба куска ткани один на другой рисунком друг к другу. Закрепите все булавками и обрежьте так, чтобы в итоге получить размер на несколько сантиметров больше, чем размеры окна.

2.2 С трех сторон прошейте все слои. На последней 4-й стороне прошейте треть всей длины с каждого конца (получится, что посередине останется одна не прошитая треть). Используйте не прошитую часть, чтобы вывернуть ткани наизнанку.

2.3 Вставьте в отверстие стержень и закрепите его строчкой, а также прошейте ткани до конца.

* Если шторы длинные и закрывают батареи, то к нижнему краю шторы прикрепите петли, а посередине шторы пришейте пуговицы. Так вы сможете нанизать петли на пуговицы, поднимая шторы над батареей.

3. Загерметизируйте старые оконные рамы, чтобы избежать утечки тепла. Вам не придется тратить много - недорогой герметик можно найти в любом строительном магазине. Также у вас это займет совсем немного времени.

4. Если у вас осталась пузырчатая пленка от товаров, которые в нее оборачивали, отрежьте нужный вам размер. Стоит отметить, что такую пленку можно купить отдельно. Разбрызгайте немного воды на окно и прислоните пленку пузырями к окну – вода будет служить клеем для пленки, и пятен потом не останется. Так вы сможете сократить потерю тепла на 50%.

Как сделать пол теплее

5. Покройте полы коврами. Нет ничего неприятнее, чем становиться босыми ногами на холодный пол утром. Кроме приятного ощущения, ковры также создают дополнительный изоляционный слой, который не позволяет холодному воздуху с пола подняться, а значит, ваши ноги будут вам благодарны.

6. Используйте герметизирующую прокладку (вату или поролон, например), чтобы закрыть все щели в окнах. После этого оклейте щели полосками хлопчатобумажной ткани (ширина каждой полоски 4-5 см). Так вы не дадите теплу ускользнуть из дома.

7. Желательно иметь в доме толстые, массивные двери, которые сохранят вам много тепла. Можно также обить старую входную дверь кожзаменителем, наполненным поролоновой прокладкой.

Все щели желательно заштукатурить монтажной пеной. Если вы решили установить новую дверь, то посмотрите можно ли сохранить старую, т.к. две входные двери создают воздушную прокладку между собой, и она изолирует тепло.

Как сохранить тепло вашего дома

8. Прикрепите лист фольги за радиатором, и он будет отражать тепло назад в комнату, при этом мало тепла ускользнет через стену. Стоит отметить, что зазор между фольгой и батареей должен быть минимум 3 см.

9. Если по тем или иным причинам не получается прикрепить экран из металлической фольги, попробуйте утеплить дом снаружи. Закажите утепление торцевой стены (как правило, это делают специальными плитами).

10. Принимайте душ с открытой дверью (если это возможно). Тепло и влажный воздух, созданные во время купания, поднимут температуру воздуха во всем доме.

11. Сушите вещи в доме. Также как и купание с открытой дверью, этот способ увеличивает влажность воздуха, и вам станет приятнее и комфортнее.

Утепление дома своими руками

12. Переставьте мебель

Не можете позволить себе утеплить стены снаружи? Тогда попробуйте переставить мебель. К примеру, около самой холодной стены поставить большой шкаф. Но заметьте, что диван не стоит ставить вблизи батареи, т.к. вы нарушите воздухообмен.

13. Если у вас есть треснутые окна, обязательно их замените.

14. Если вы решили что-то испечь – оставьте дверь на кухне открытой, чтобы тепло духовки и/или плиты распространялось по всему дому.

15. В последнюю очередь можете приобрести обогреватель.

Как выбрать обогреватель

Перед тем, как приобрести обогреватель, стоит знать несколько вещей.

Сначала вам нужно определиться, для чего он вам нужен. Отталкиваясь от этого, стоит выбирать насколько мощный потребуется обогреватель. Узнайте площадь помещения (комнаты). Обычная квартира с потолками 2,75 - 2,8 м нуждается в обогревателе мощностью не меньше 1 кВт на каждые 10 кв. м.

Большим плюсом будет присутствие в обогревателе регулятора температуры и мощности. Есть несколько типов обогревателей:

15.1 Масляный обогреватель

Как он работает:

Внутри такого обогревателя есть 2 или 3 тэна, которые используются для нагревания минерального масла. У данного масла довольно высокая температура кипения и когда оно нагревается, то тепло отдается по всей металлической поверхности аппарата.

С помощью такого нагревателя воздух греется довольно быстро, к тому же масляный обогреватель не пересушивает воздух. Он может быть оснащен термостатом, с помощью которого обогреватель отключается, когда температура достигнет установленного уровня.

15.2 Конвектор

Как он работает:

Холодный воздух пропускается через тэн и нагревается, а после этого выходит через решетки, находящиеся в верхней части прибора. Дополнительным источником тепла выступает корпус конвектора, который также нагревается. Но ставить обогреватель стоит подальше от мебели, т.к. теплый корпус может ее испортить.

Конвекторы можно крепить к стене или ставить на специальные ножки. Прибор довольно безопасен, т.к. его нагревательный элемент спрятан внутри корпуса. Если конвектор имеет термостат, то он может работать непрерывно.

Единственный минус в том, что обогреватель медленно греет помещение. Его стоит использовать для поддержания нужной температуры.

15.3 Тепловой вентилятор

Как он работает:

Внутри данного обогревателя находится тонкая спираль, которая сильно нагревается. Тепло, созданное нагревом спирали распространяется по помещению с помощью вентилятора.

Воздух в помещении нагревается довольно быстро, к тому же сам прибор легко переносить, т.к. он довольно легкий. Обычно тепловой вентилятор используется в офисах.

Но стоит отметить, что прибор высушивает воздух, что в свою очередь вредит здоровью. Тепловой вентилятор нежелательно использовать там, где есть астматик. Еще один минус такого аппарата - это постоянный шум при его работе.

15.4 Инфракрасный обогреватель (кварцевый излучатель)

Как он работает:

Этот прибор, в отличие от других, нагревает предметы вокруг него, а не воздух. Далее обогрев помещения происходит благодаря теплу, исходящему от нагретых полов, стен и мебели. Это позволяет экономить электричество, т.к. сам прибор может не работать, а помещение продолжает находиться в тепле.

Если на первом месте - экономия, то стоит выбирать именно такой обогреватель. Но стоит знать, что инфракрасные кварцевые излучатели самые дорогие и для их установки нужен специалист.

Система прецизионного кондиционирования

Пять основных методов отвода тепла в среде ИТ

Существует пять основных способов сбора и переноса нежелательного тепла из помещения ИТ во внешнюю среду. Один или несколько из этих методов применяются для охлаждения практически всех ответственных компьютерных залов и центров обработки данных. Каждый из методов опирается на холодильный цикл для переноса или откачки тепла из центра обработки данных или компьютерного зала во внешнюю среду. В некоторых методах компоненты холодильного цикла выносятся в отдаление от помещения ИТ, а в ряде методов добавляются дополнительные контуры (замкнутые трубопроводы) с водой или другими жидкостями, помогающие процессу охлаждения.

АРС поставляет системы всех типов в зависимости от вариантов построения серверных помещений и ЦОД, помещения ЦОД, условий внешней среды и т.д.

Ниже приведено описание используемого в данном проекте варианта построения системы кондиционирования.

Система с гликолевым охлаждением

В системах этого типа все компоненты холодильного цикла размещены в одном корпусе (как в замкнутой системе), однако громоздкий конденсаторный змеевик заменяется гораздо более компактным теплообменником, как показано на рис. 3. Теплообменник использует поток гликоля (смесь воды и этиленгликоля, аналогичная автомобильному антифризу) для сбора тепла от хладагента и его переноса из среды IT. Теплообменники и трубопроводы для гликоля всегда меньше, чем конденсаторные змеевики (в 2-компонентных системах воздушного охлаждения) и конденсаторные воздуховоды (в замкнутых системах воздушного охлаждения), потому что гликолевая смесь собирает и переносит тепло гораздо лучше, чем газ. Поток гликоля поступает по трубопроводам в установленное снаружи устройство, называемое жидкостным охладителем. Тепло отводится во внешнюю атмосферу благодаря продувке наружного воздуха с помощью вентиляторов через заполненный теплым гликолем змеевик жидкостного охладителя. Насосный блок (насос, мотор и защитный корпус) обеспечивает циркуляцию гликоля в контуре от кондиционера воздуха компьютерного зала к жидкостному охладителю и обратно.

Система с гликолевым охлаждением

Преимущества

Все компоненты холодильного цикла находятся внутри блока кондиционера воздуха компьютерного зала, который герметизируется и тестируется на заводе для достижения высочайшей надежности при таких же требованиях к площади, как для двухкомпонентной системы воздушного охлаждения.
Трубопроводы для гликоля можно прокладывать на значительно большие расстояния, чем линии хладагента (в системах воздушного охлаждения), а один жидкостный охладитель и насосный блок может обслуживать блоки кондиционеров воздуха из нескольких компьютерных залов.
В холодную погоду гликоль в жидкостном охладителе может охлаждаться настолько сильно (ниже 10°C), что его поток можно направить в обход теплообменника блока CRAC прямо в специально установленный змеевик экономайзера. В этом случае холодильный цикл отключается, а среду ИТ охлаждает воздух, проходящий через змеевик экономайзера, по которому теперь протекает холодный гликоль. Этот процесс, названный «свободным охлаждением», обеспечивает превосходное снижение эксплуатационных расходов.

Недостатки

Необходимость в дополнительных компонентах (насосный блок, клапаны) повышает капитальные затраты и стоимость установки по сравнению с DX-системами воздушного охлаждения.
Требуется поддерживать объем и качество гликоля в системе.

Обычное применение

Компьютерные залы и центры обработки данных небольшого и среднего размера.

Системы с охлажденной водой

В системе с охлажденной водой компоненты холодильного цикла перенесены из систем кондиционирования воздуха компьютерного зала в устройство, называемое охладителем воды, как показано на рис. 5. Это устройство вырабатывает охлажденную воду (с температурой около 8°C), которая с помощью насоса подается по трубопроводам от охладителя в блоки обработки воздуха компьютерного зала (CRAH – computer room air handler), установленные в среде ИТ. Блоки CRAH похожи по внешнему виду на кондиционеры воздуха компьютерного зала, однако работают иначе. Они охлаждают воздух (отводят тепло) за счет продувания теплого воздуха из компьютерного зала через змеевики охлажденной воды, заполненные циркулирующей охлажденной водой. Тепло выводится из среды ИТ с потоком (уже более теплой) охлажденной воды, которая выходит из блока CRAH и возвращается в охладитель. Там удаленное из возвращающейся воды тепло обычно выводится в контур конденсаторной воды (такой же, как в кондиционерах воздуха компьютерного зала с водяным охлаждением) для переноса во внешнюю атмосферу. Системы с охлажденной водой обычно совместно используются многими блоками обработки воздуха компьютерного зала и часто применяются для охлаждения всего здания.

Система с охлажденной водой

Примечание: Водоохлаждающая машина может использовать различные типы охлаждения. В данном случае показана система в водяным охлаждением. В холодных регионах обычно используется машины с гликолевым охлаждением.

Преимущества

Блоки обработки воздуха компьютерного зала обычно дешевле, содержат меньше деталей и обладают большей мощностью теплоотвода по сравнению с кондиционерами воздуха при той же занимаемой площади.
Трубопроводы охлажденной воды легко можно прокладывать на очень большие расстояния, а одна установка охлаждения воды может обслуживать много помещений ИТ (или все здание).
Конструкция систем с охлажденной водой может обеспечивать очень высокую надежность.
Для больших установок системы с охлажденной водой обеспечивают наименьшую стоимость на единицу мощности.

Недостатки

Системы с охлажденной водой обычно требуют наивысших капитальных затрат для установок с мощностью электрической нагрузки ИТ ниже 100 кВт.
Как правило, блоки CRAH удаляют из воздуха больше влаги, чем блоки CRAC, что во многих климатических зонах увеличивает расходы на увлажнение помещений.
В среде ИТ появляется дополнительный источник жидкости.

Обычное применение

В сочетании с другими системами в средних и крупных центрах обработки данных с умеренными и высокими требованиями к готовности или в качестве выделенного решения для обеспечения высокой готовности в крупных центрах обработки данных.

Распределение воздушных потоков внутри серверного помещения и возможные варианты размещения систем кондиционирования.

АРС предлагает несколько вариантов организации воздухообмена внутри серверного помещения и, как следствие, несколько вариантов расположения оборудования.

Вариант 1. Организация холодного коридора/ горячего коридора, как показано на рисунке ниже.

В данном случае кондиционеры устанавливаются с обоих концов холодного коридора и делают выброс холодного воздуха непосредственно с холодный коридор.

Преимущества

Система является довольно экономичным решением, так как не требует использования фальшпола
Система позволяет в дальнейшем обеспечить разделение горячего и холодного воздушных потоков путем установки дополнительных компонентов, обеспечивая отвод тепла в пределах 7 кВт/стойку

Недостатки

Не производится полного разделения горячего и холодного воздушных потоков, поэтому без дополнительных элементов способна отвести тепло в пределах 2.5 кВт/стойку

Обычное применение

Небольшая серверная или ЦОД с невысокой плотностью мощности оборудования, однако при этом возможен рост плотности.

Вариант 2. Организация холодного коридора/ горячего коридора с помощью фальшпола, как показано на рисунке ниже.

Направление движения горячего воздуха над фальшполом

Направление движения холодного воздуха под фальшполом

Точки выхода холодного воздуха через фальшпол

В данном случае кондиционеры устанавливаются с в противоположных углах помещения (желательно для организации равномерного давления под фальшполом) и делают выброс холодного воздуха под фальшпол.

Забор горячего воздуха осуществляется в потолочной части системы кондиционирования.

Преимущества

Система обеспечивает разделение горячего и холодного воздушных потоков, поэтому способна отвести тепло в пределах 3 кВт/стойку

Недостатки

Требуется фальшпол
Ввиду ограничения площади отведенной для поступления холодного воздуха дальнейшее развитие серверном (увеличение тепловыделения до 5-7 кВт/стойку) невозможно.
Обслуживание кабельной системы в случае укладки ее под фальшполом или ее наращивание затруднено. В случае разборки фальшпола так же нарушается давление, по этой причине при проведении работ может возникнуть локальный перегрев оборудования и остановка процессов.

Обычное применение

Небольшая серверная или ЦОД с невысокой плотностью мощности оборудования.

Вариант 3. Организация холодного коридора/ горячего коридора с установкой кондиционера в один ряд с монтажными шкафами для оборудования, как показано на рисунке ниже.

В данном случае кондиционеры устанавливаются с один ряд с оборудованием делают забор горячего воздуха непосредственно из горячего коридора и выброс холодного воздуха непосредственно в холодный коридор.

Преимущества

Система обеспечивает разделение горячего и холодного воздушных потоков, способна отвести тепло в пределах 7 кВт/стойку
Не требуется фальшпол

Недостатки

Большая стоимость по сравнению с традиционными решениями

Обычное применение

Средние и большие ЦОД с высокой плотностью мощности оборудования.