Cos'è un condizionatore di precisione: classificazione dei dispositivi e principio di funzionamento delle unità

Non pensa che nei server e nei data center, così come in altri ambienti in cui è concentrata un'enorme quantità di computer e altre apparecchiature che emettono intensamente calore, per mantenere temperatura e umidità costanti possano essere utilizzati normali condizionatori domestici?

Negli ambienti con tale destinazione, la temperatura, l'umidità e molti altri parametri devono essere mantenuti entro un intervallo molto ristretto, e i normali sistemi di climatizzazione, anche i più potenti, non riescono a svolgere questo compito. Pertanto, l'uso di condizionatori di precisione sta diventando sempre più rilevante.

Nell'articolo si parlerà delle caratteristiche distintive di un condizionatore di precisione, di cosa sia in generale, di come funziona e di quali tipi di questi dispositivi esistono.

Caratteristiche dei condizionatori di precisione

Un condizionatore di precisione o un condizionatore autonomo di tipo armadio è un dispositivo il cui utilizzo consente di mantenere in un ambiente una serie di parametri: temperatura, umidità relativa e movimento dell'aria entro un intervallo ristretto.

Vale a dire:

• intervallo di variabilità ammissibile della temperatura: ±1 °C. E alcuni modelli di condizionatori di precisione consentono di restringere ulteriormente la variabilità del valore, fino a ±0,5 °C);
• intervallo di variabilità del valore dell'umidità: +5%;
• è consentito il funzionamento del condizionatore di precisione a una temperatura ambiente compresa tra +50 °C e -60 °C.

Inoltre, l'apporto termico rilasciato supera da 5 a 10 volte i valori propri dell'ambiente principale. Di conseguenza, si genera un carico molto elevato sui condizionatori.

Tuttavia, l'intervallo di valori viene rispettato. Oltre al fatto che questo tipo di sistemi di controllo climatico si distingue per una maggiore precisione, vengono anche imposti una serie di requisiti relativi all'affidabilità.

Anche un minuto senza condizionamento può causare conseguenze catastrofiche. E quindi perdite materiali.

I condizionatori di precisione garantiscono umidità e temperatura stabili (in un intervallo ristretto), nonostante il costante rilascio di una grande quantità di calore da parte di dispositivi che funzionano 24 ore su 24.

Sì, c'è un altro requisito che non si può non menzionare: i condizionatori di precisione devono avere la capacità di avviare rapidamente l'unità di backup in caso di guasto di quella principale.

Cioè, anche in caso di forza maggiore, sarà garantita la costanza del regime di temperatura e umidità. Inoltre, il progetto di climatizzazione del server room viene solitamente redatto tenendo conto di capacità aggiuntive.

Vantaggi dell'utilizzo dei dispositivi

L'uso di sistemi di precisione in vari impianti tecnologici è giustificato dalla necessità di compensare i notevoli eccessi termici specifici, che vengono rilasciati dalle apparecchiature tecnologiche, sensibili anche ai minimi cambiamenti di temperatura e regime di umidità.

Cioè, maggiore è la deviazione della temperatura ambiente dai valori ottimali, maggiore è la riduzione della durata operativa delle costose apparecchiature.

Nonostante i condizionatori di precisione siano caratterizzati da un'elevata affidabilità, per garantire la costanza dell'ambiente vengono utilizzati più dispositivi – ciò annulla il rischio di guasto dell'intero sistema.

La mancata riparazione tempestiva di un guasto del sistema di controllo climatico può causare il guasto di apparecchiature che generano un significativo apporto di calore.

Ad esempio, in caso di surriscaldamento delle apparecchiature tecnologiche nella sala ATS, nonché in caso di deviazione inaccettabile dal valore ottimale dell'umidità relativa, la probabilità di guasto delle apparecchiature è piuttosto elevata.

I condizionatori di precisione compensano efficacemente i notevoli eccessi di calore specifico e consentono di mantenere i parametri necessari del regime di temperatura e umidità nell'ambiente.

Ambito di applicazione delle apparecchiature

L'utilizzo di questi dispositivi per garantire il funzionamento senza guasti e senza incidenti delle apparecchiature tecnologiche diventa rilevante nei seguenti settori:

1. Telefonia fissa – centrali ATS, nonché sale apparecchiature.
2. Telefonia mobile – nodi di telecomunicazione, ovvero commutatori e gateway.
3. Stazioni base e remote, situate in edifici o container.
4. Centri di fatturazione.
5. Settore IT – server room e sale apparecchiature, nonché sale computer e data center.

Negli ultimi tempi, i condizionatori di precisione vengono utilizzati anche dalle aziende farmaceutiche – in quegli ambienti in cui sono installate costose apparecchiature diagnostiche. E anche in laboratori moderni, dedicati alla conduzione di ricerche con reagenti particolarmente sensibili alle condizioni ambientali. Oppure – con colonie di microrganismi.

Produzione di alta precisione e pulita – il settore comprende la microelettronica, la farmaceutica e l'industria spaziale, non può fare a meno di condizionatori di precisione.

La varietà di modelli di condizionatori di precisione consente di scegliere l'opzione ottimale – in base ai requisiti della norma SN 512-78 e alla destinazione dell'ambiente, di cui si dovrà mantenere le condizioni climatiche.

Ma non è tutto – in alcuni musei, biblioteche e altri luoghi di svago culturale dove sono custoditi reperti particolarmente preziosi, vengono utilizzati anch'essi condizionatori di precisione.

Ovviamente, vengono utilizzati modelli più economici, poiché non c'è la necessità di rispettare così rigorosamente il regime di temperatura e umidità, ma ciononostante.

Struttura del condizionatore di precisione

La precisione e l'affidabilità dell'unità spiegano la sua struttura complessa. Inoltre, a seconda del modello, essa può variare.

È obbligatoria la presenza di:

1. Un'unità interna, solitamente di tipo armadio.
2. Un'unità esterna.

Nella prima si effettua la preparazione preliminare dell'aria immediatamente prima di immetterla nell'ambiente.

Nella seconda può essere situato: un condensatore d'aria o un raffreddatore a liquido, nel caso in cui il funzionamento del condizionatore avvenga con acqua fredda da un chiller o per un condensatore di liquidi situato nell'unità interna.

Struttura del condizionatore di precisione e rappresentazione schematica del suo meccanismo di funzionamento. Indipendentemente dalla complessità della struttura del modello, tale meccanismo è presente.

Lo schema sopra riportato è estremamente semplificato. Esso illustra il principio di funzionamento in termini generali.

Tenga presente che, oltre a tutti i componenti elencati, l'unità interna del condizionatore di precisione include i seguenti dispositivi:

• compressore;
• evaporatore;
• valvola di espansione;
• componenti filtranti;
• dispositivi aggiuntivi che utilizzano elettricità per il riscaldamento;
• umidificatori d'aria, se necessario;
• ventilatori d'aria;
• valvole – sia di intercettazione che di regolazione.

La presenza di tutti gli altri elementi è determinata dal modello specifico e dai requisiti ad esso e all'ambiente in cui il dispositivo opererà. In altre parole, costituiscono una componente variabile.

Meccanismo di funzionamento del dispositivo

Il principio di base di funzionamento di questo dispositivo può essere spiegato così: inizialmente si comprime il refrigerante gassoso nel compressore. Successivamente, il refrigerante entra nel condensatore. Lì avviene la sua condensazione – processo che consente di sottrarre calore al refrigerante.

La fase successiva prevede il passaggio del refrigerante allo stato liquido attraverso un dispositivo di laminazione. Ciò comporta una diminuzione dei valori di temperatura e pressione del refrigerante liquido.

E già in questo stato, il refrigerante entra nell'evaporatore. Lì passa allo stato gassoso e ritorna al compressore.

Ecco, l'aria che viene fatta passare attraverso l'evaporatore viene prelevata dall'ambiente in cui è necessario mantenere temperatura e umidità entro un ristretto intervallo di valori.

Nel diagramma sono rappresentati i flussi di aria calda e fredda che attraversano costantemente il condizionatore di precisione. Lo schema mostrato è valido per tutti i modelli.

Passando attraverso l'evaporatore, l'aria si raffredda e in questo stato ritorna nell'ambiente. Lo schema di funzionamento del condizionatore di precisione è illustrato sopra.

Funzioni dell'unità interna

Sono determinate dallo scopo del modello specifico. È logico supporre che il numero di funzioni definisca l'ambito di possibile utilizzo dell'unità:

• solo raffreddamento;
• raffreddamento e riscaldamento elettrico con possibilità di regolazione della temperatura;
• raffreddamento e aumento dell'umidità.

L'opzione più avanzata è la combinazione delle funzioni di raffreddamento, aumento dell'umidità e riscaldamento elettrico.

Può anche accadere che un determinato modello venga prodotto su ordinazione e che siano integrate funzioni non previste nella dotazione originale.

La costante espulsione dell'aria calda e l'incessante apporto di aria fredda caratterizzano il funzionamento del condizionatore di precisione. Esistono molte varianti di immissione dell'aria.

Le unità interne possono differire per le modalità di prelievo e immissione dell'aria nell'ambiente. Ad esempio, il prelievo può avvenire dalla parte frontale e l'immissione dalla parte superiore, attraverso un canale situato tra il soffitto falso e quello reale.

Esistono anche altre varianti:

1. Il prelievo dalla parte frontale è abbinato all'immissione dalla parte superiore, direttamente nell'ambiente.
2. Nella parte superiore, il prelievo avviene attraverso un canale situato tra i soffitti (falso e reale). L'immissione avviene, di conseguenza, dalla parte inferiore.
3. Il prelievo avviene nella parte superiore direttamente dall'ambiente, mentre l'immissione sotto il pavimento rialzato avviene dalla parte inferiore.
4. Il prelievo avviene posteriormente e sotto il pavimento rialzato dalla parte inferiore, mentre l'immissione avviene nella parte superiore attraverso un canale situato tra i soffitti (falso e reale).

Può anche accadere che il prelievo avvenga sotto il soffitto falso dalla parte inferiore e posteriormente. L'immissione avviene direttamente nell'ambiente, nella parte superiore.

La complessa struttura del condizionatore di precisione è giustificata dalla precisione e dall'importanza delle funzioni che svolge. Nel diagramma mostrato sono ben visibili tutte queste caratteristiche.

Tale variabilità di funzioni spiega le ampie possibilità dei condizionatori di precisione.

La struttura e il meccanismo del modello scelto possono essere personalizzati individualmente in base alle caratteristiche del locale in cui si prevede di utilizzarlo.

Classificazione dei condizionatori di precisione

A seconda della struttura delle unità interne, i condizionatori di precisione si classificano nei seguenti tipi:

• da soffitto;
• tipi di condizionatori di precisione a cabinet;
• interfilari.

A seconda del metodo di raffreddamento dei condensatori, possono essere ad aria o a liquido. Prendendo come base della classificazione il fluido termovettore utilizzato – acqua o glicole etilenico.

Ciascuna delle categorie sopra elencate ha le proprie caratteristiche, vantaggi e svantaggi, che è necessario tenere in considerazione durante la scelta del sistema di controllo della temperatura e dell'umidità del locale.

Condizionatori di precisione a freon

Per gli impianti di telecomunicazioni sono previsti monoblocchi a freon e sistemi di climatizzazione di precisione.

Per gli impianti fissi più grandi vengono utilizzate unità interne a cabinet e condizionatori interfilari.

La soluzione classica e più economica in termini di costi di capitale per i server è rappresentata dai condizionatori a cabinet, dotati di evaporatore a espansione diretta, ovvero a freon.

Ecco come appaiono i condizionatori di precisione a freon in sezione. Nello schema è raffigurato lo stesso dispositivo, ma da diverse angolazioni.

Sono possibili diverse varianti di esecuzione: con condensatore esterno ad aria, con condensatore a liquido incorporato, nonché dotati di torre di raffreddamento a secco.

Varietà simili di condensatori contraddistinguono anche i condizionatori interfilari a espansione diretta (categoria denominata DX).

Dispositivi di precisione a liquido

I condizionatori di precisione a cabinet, dotati di scambiatore di calore a liquido, vengono utilizzati come terminali in uno schema di raffreddamento con chiller.

In questo caso, l'affidabilità operativa e il regime termico di raffreddamento sono determinati dallo schema di principio adottato per il raffrescamento dell'impianto – lo schema prevede la presenza di chiller e gruppi di pompe.

I costi di capitale iniziali superano del 30-40% quelli relativi ai condizionatori a freon. Va notato che, ottimizzando lo schema di refrigerazione, diventa possibile ridurre le spese di esercizio.

Condizionatore di precisione con freecooling

Il meccanismo di funzionamento di questo tipo di condizionatore si basa sull'utilizzo delle basse temperature esterne.

Il raffreddamento libero (in inglese – freecooling) è facilmente realizzabile in un condizionatore di precisione a freon di tipo a cabinet con condensatore a liquido e torre di raffreddamento a secco.

Condizionatore di precisione dotato di freecooling – schema dell'apparecchio con 2 circuiti (in rosso è indicato lo scambiatore di calore a liquido, in blu – quello contenente glicole etilenico)

Sarà necessario un secondo scambiatore di calore (a liquido) e glicole etilenico, che riempie il circuito del dry cooler. Quando la temperatura ambiente scende al livello previsto, il raffreddamento avverrà tramite il funzionamento del secondo circuito – scambiatore di calore e dry cooler.

Nonostante l'aumento degli investimenti iniziali per l'acquisto di attrezzature aggiuntive, il periodo di ammortamento di questi gruppi sarà inferiore a 2 anni, e un calcolo più preciso può essere effettuato conoscendo l'entità delle tariffe locali.

Caratteristiche dei sistemi di riserva

I condizionatori di precisione per la possibilità di implementare la ridondanza della funzione di raffreddamento sono dotati di scambiatori di calore aggiuntivi – a liquido e a refrigerante.

Il principio fondamentale di funzionamento di questo sistema non consiste semplicemente nella banale duplicazione dei sistemi di raffreddamento, ma nell'impiego di sistemi di raffreddamento con principi di funzionamento differenti tra loro.

Il sistema di ridondanza consente di migliorare significativamente le caratteristiche funzionali del sistema di climatizzazione, e quindi sarà possibile installarlo praticamente in qualsiasi ambiente

In altre parole, in un unico dispositivo vengono combinati gruppi dotati di diverse fonti di raffreddamento.

La necessità di ridondanza e il suo grado sono stabiliti da requisiti normativi in base alla classe di tolleranza ai guasti dell'oggetto – determinato dal TIER.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Nel video – il processo di manutenzione di un condizionatore di precisione da parte di un tecnico, con l'analisi passo passo di tutte le caratteristiche di funzionamento di questo dispositivo, nonché dei requisiti per la sua cura:

Il condizionatore di precisione consente di mantenere la temperatura e l'umidità degli ambienti in un intervallo ristretto di valori. Questa funzione è importante in locali dove si trova e opera apparecchiatura sensibile ai minimi cambiamenti delle condizioni climatiche. Ecco perché i condizionatori di precisione vengono utilizzati in sale server, data center e laboratori high-tech.

Ha esperienza con questa apparecchiatura, domande sull'installazione, la scelta o il montaggio di condizionatori di precisione? Ha avuto problemi con il funzionamento dei condizionatori di precisione, reclami verso produttori o società di assistenza? In tal caso, condivida sicuramente un commento qui sotto – può essere certo che la sua opinione non rimarrà inascoltata.