تهویه دقیق در برابر تهویه مطبوع ، تفاوت ها و الزامات

تهویه دقیق و تفاوت آن با تهویه مطبوع

سیستمهای سرمایش مراکز داده پردازی، دیتاسنتر و اتاق سرور، هم از نظر شکلی و هم از نظر فرآیندی، تفاوت هایی بنیادی با سیستم های تهویه مطبوع دارند، هر چند در نگاه اول، ممکن است این تفاوت در فرآیند ها به چشم نیاید. دیده شده است که نوع سیستم های کنترل تجهیزات سرمایش دیتاسنتر نیز به عنوان این تفاوت ها در نظر گرفته شده است. نوع رنگ، نوع کمپرسورها، صنعتی و غیر صنعتی بودن این تجهیزات، عباراتی است که به وفور در میان دست اندرکاران صنعت مرکز داده و سیستم های سرمایش تهویه دقیق شنیده میشود.

برای بررسی موشکافانه تر این موضوع، ایتدا لازم است نگاهی به سیکل تبرید تراکمی بخار داشته باشیم. در شکل زیر شماتیک این سیکل نشان داده شده است. سیکل تبرید دو سطح فشار داره که از وسط در شکل جدا شده. بعد از کمپرسور تا قبل از شیر انبساط  بخش فشار بالا و بعد از شیر انبساط تا قبل از کمپرسور بخش فشار پایین سیکل می باشد.

نحوه عملکرد سیکل تبرید تراکمی بخار

در این سیکل، اواپراتور که در بخش فشار پایین قرار دارد، عمل گرما گیری را انحام میده، Qe که در شکل دیده میشه مقدار گرمایی است که از فضای داخل گرفته میشود، به عنوان مثال وقتی گفته میشود پکیج مخابراتی گازی 5 تن تبرید، منظور این است که Qe به میزان 5 تن تبرید آمریکایی USRT است. کمپرسور در واقع پمپ و محرک سیکل است و مبرد گازی را از فشار پایین به فشار بالا منتقل می کند. در حین این عمل، فشار مبرد نیز افزایش می یابد. انرژی که برای این کار مصرف می شود، به عنوان توان ورودی سیکل در نظر گرفته می شود. به عنوان مثال وقتی گفته می شود که یک کمپرسور ایرکاندیشن 5 اسب توان دارد، مقدار عددی W مورد نظر است. کندانسور انرژی گرمایی وارد شده در سیکل تبرید را به محیط بیرون منتقل میکند که مجموع گرمای اواپراتور+ کار الکتروموتور کمپرسور است. راندمان (ضریب عملکرد) یا COP سیکل تبرید هم حاصل  Qe تقسیم بر W در نظر گرفته می شود که همواره از یک بیشتر است.

در دستگاه های تولیدی کلیه شرکت ها با فرض قطعات یکسان، تنها تفاوتشان در نحوه لوله کشی فیمابین است که عملا تاثیر کمی در راندمان دارد. لذا تقریبا همه دستگاه های ساخته شده با قطعات یکسان، راندمان بسیار نزدیک به هم دارد. سیکل چیلر صنعتی زیر صفر، کولر گازی، پکیج مخابراتی، یخچال خانگی، حتی سیکل عملکرد سردخانه تا دمای حدود منفی 20  و چیلر خنک کننده روغن ترانسفورماتور هم منطبق بر سیکل تبرید تراکمی بخار می باشد. تنها تفاوت در نوع قطعات و نحوه کنترل و همچنین در تنظیم مقادیر پارامترهای دما و فشار سیکل می باشد. در این سیکل با کمک کمپرسور یکبار فشار مبرد بالا می رود و مجددا با کمک شیر اکسپنشن، فشار به مقدار فشار اولیه تقلیل داده میشود. سوالی که در اینجا مطرح می شود اینست که علت اینکار چیست؟ برای پاسخگویی به این سوال، می بایست از قانون دوم ترمودینامیک استفاده کنیم.

بیان یخچالی قانون دوم ترمودینامیک: هر فرایندی که تنها نتیجه‌ی آن انتقال گرما از جسم سردتر به گرم‌تر باشد ناممکن است مگر با صرف کار

ضریب ژول تامسون: دیفرانسیل  جزئی دما به دیفرانسیل جزئی فشار در آنتالپی ثابت

تحقیقات نشان داده است که ضریب ژول تامسون برای کلیه مبردها مثبت است. بدین معنی که با افزایش فشار سیال گازی، دما سیال نیز افزایش می یابد. طبق قانون دوم ترمودینامیک برای اینکه بتوانیم حرارت را از محیط با دمای کمتر به محیط با دمای بیشتر انتقال بدهیم، بایستی کار مصرف کنیم. از طرفی انرژی گرمایی به صورت خود به خودی همیشه از محیط با دمای بالاتر به محیط با دمای پایینتر جاری می شود. فرض کنید که هوای فضای داخل 22 درجه سانتیگراد است، برای اینکه بتواند هوا خنک شده و دمایش کاهش یابد، باید دمای سطح اواپراتور دستگاه خنک کننده مرکز داده بایستی از 22 کمتر باشد، ماکزیمم دمای هوای بیرون هم در تابستان 42 درجه سانتیگراد است، بنابراین سطح کندانسور دستگاه سرمایشی بایستی دمای بیش از 42 درجه سانتیگراد داشته باشد تا بتواند حرارت خود را محیط بیرون منتقل کند.

نتیجه پاراگراف فوق به صورت سیکل تبرید خود را نشان می دهد. از کمپرسور استفاده میشود و فشار مبرد بالا برده شود تا دمای مبرد افزایش یابد به گونه ای که دمای آن از دمای هوای بیرون در تابستان نیز هم بیشتر شود، پس از آنکه انرژی حرارتی خود را به محیط بیرون منتقل کرد، با استفاده از شیر انبساط فشار را شکسته به گونه ای که دمای مبرد به زیر دمای فضای داخل برسد و بتواند گرمای فضای داخل را جذب نماید و مجددا سیکل به همین صورت ادامه پیدا کند. اگر کمپرسوری در سیکل نباشد، فشارمبرد افزایش نمی یابد تا دمای آن به طور متناسب افزایش یابد و انرژی گرمایی خود را به محیط بیرون تخلیه کند. و سیکل در همین نقطه متوقف می شود.

تفاوت اساسی تهویه دقیق و تهویه مطبوع

فرض کنید دمای داخل مرکز داده را بر روی 22 درجه سانتیگراد و 50 درصد تنظیم شده است. نقطه شبنم یا Dew Point این هوا طبق نمودار سایکرومتریک 11 درجه سانتیگراد می باشد. بدین معنی که هر سطحی که دمای آن کمتر از 11 درجه سانتیگراد باشد و  هوای اتاق سرور با دمای 22 درجه و رطوبت نسبی 50 درصد به آن برخورد بکند، بخار آبی که در هوا موجود است، شروع به تقطیر شدن می کند. به عنوام مثال اگر دیوارهای مرکز داده هم دمایی کمتر 11 درجه سانتیگراد داشته باشند، این اتفاق می افتد. به طور معمول بهتر است در مرکز داده  شیشه نداشته باشید، چرا که در زمستان که دمای محیط بیرون زیر 11 باشد، روی سطوح داخلی شیشه، مشرف به مرکز داده تقطیر رطوبت هوا رخ خواهد داد.

در جداولی که در مقاله کنترل شرایط محیطی در مراکز داده ارائه شد، در مورد میزان رطوبت هوای مرکز داده از کلمه NON-CONDENSING استفاده شده بود. تفاوت اصلی دستگاه تهویه دقیق با تهویه کافورت در این نکته نهفته است. هر تجهیزی سرمایشی که در یک واحد داده پردازی و اتاق سرور استفاده میشود می بایست به گونه ای طراحی و ساخته شود که دمای کلیه سطوح آن امکان رطوبت گیری از هوای داخل در شرایط نرمال را نداشته باشد. لذا در دستگاه خنک کننده مرکز داده ( CRAC یا CRAH ) بایستی دمای سطح اواپراتور DX یا کویل آبی آن از 11 درجه سانتیگراد بیشتر باشد، تا دمای آن بالاتر از نقطه شبنم هوای داخل باشد و تقطیر رطوبت موجود در هوا مرکز داده رخ ندهد.

دومین تفاوت اساسی سیستم تهویه دقیق با تهویه مطبوع ( COMFORT AIR CONDITIONING ) در میزان حجم هوادهی است. در انتقال حرارت بین دو سیال مبرد و هوا بر روی کویل سرد، در صورتی که به هوا زمان کافی بدهیم، رطوبت آن می تواند تقطیر شود، اما اگر با سرعت زیادتر از حد معمول از روی سطح سرد عبور کند، فرصت تقطیر شدن نخواهد داشت. به همین دلیل سرعت عبور هوا از روی کویل های تجهیزات خنک کننده دقیق را افزایش داده می شود تا بتوان به این مهم دست پیدا کرد. در سطح مقطع ثابت کویل، سرعت بیشتر عبور هوا یعنی دبی حجمی عبوری بیشتر.

از مجموعه مطالب فوق می توان نتیجه گرفت که تفاوت اساسی بین تهویه دقیق دیتاسنتر و تهویه مطبوع در دو مورد است:

• دمای بخش اواپراتور به گونه ای است که در شرایط عادی نتواند رطوبت گیر کند.
• حجم هوادهی بیشتر است

تهیه و تنظیم: محمود حسین زارع، کارشناس ارشد تبدیل انرژی