PL221978B1 - Sposób oraz układ klimatyzowania pomieszczeń, zwłaszcza w ośrodkach przetwarzania danych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób oraz układ urządzeń do klimatyzowania powietrza w pomieszczeniach, zwłaszcza w ośrodkach przetwarzania danych. Wynalazek rozwiązuje problem chłodzenia i regulacji wilgotności względnej powietrza czyli tak zwanej klimatyzacji precyzyjnej pomieszczeń. Rozwiązanie częściowo wykorzystuje znane wyposażenie do klimatyzacji.

Znane są sposoby i układy do klimatyzowania powietrza będące zestawieniem niezależnych urządzeń do klimatyzacji i do nawilżania. Może to być agregat wody lodowej chłodzony powietrzem z funkcją free-cooling'u połączony z wymiennikiem ciepła w postaci szafy klimatyzacji precyzyjnej. Osobne jest urządzenie przeznaczone do wentylacji w postaci wewnętrznej mechanicznej centrali wentylacyjnej typu nawiewnego wyposażone w sekcję nawilżania powietrza. Nawilżanie zrealizowane jest za pomocą zestawu lanc parowych.

Znany jest też z polskiego opisu patentowego numer 206332 gruntowy wymiennik ciepła. Jest on jednocześnie filtrem powietrza i ma zastosowanie w instalacjach wentylacyjnych, klimatyzacyjnych i wszędzie tam, gdzie jest potrzeba dostarczenia w dużej ilości czystego i uzdatnionego powietrza. Wymiennik ma kanał rozprowadzający powietrze, usytuowany w żwirowym lub kamiennym złożu rozprowadzającym, otaczającym jednostronnie żwirowe złoże akumulacyjne. Powietrze przenikając przez całą szerokość złoża akumulacyjnego jest kierowane do stanowiącego ujęcie powietrza dla budynku kanału, usytuowanego nad żwirowym lub kamiennym złożem zbierającym, otaczającym drugostronnie złoże akumulacyjne. W dolnej części złoża akumulacyjnego jest usytuowana drenażowa rura połączona ze studzienką zbiorczą dla kontroli poziomu wód gruntowych i zbierania nadmiaru wody z instalacji zraszającej, umieszczonej ponad akumulacyjnym złożem okrytym wraz z instalacją zraszającą termoizolacyjną i zarazem hydrologiczną warstwą.

Istota sposobu według wynalazku, polega na tym, że do źródła chłodu z funkcją free cooling'u połączonego z wymiennikiem ciepła umieszczonym w klimatyzowanym pomieszczeniu, przyłącza się równolegle wymiennik zbiornikowy ciepła. Jest on usytuowany w zbiorniku wody. W okresie, w którym istnieją nadwyżki mocy chłodniczej źródła chłodu, nadwyżkę tę kieruje się do wymiennika zbiornikowego. W pozostałym okresie chłód z wymiennika zbiornikowego przekazuje się do wymienników ciepła umieszczonych w klimatyzowanym pomieszczeniu. Natomiast parę wodną znad powierzchni wody w zbiorniku przesyła się do nawilżania pomieszczeń.

Korzystnie jest gdy objętość wody w zbiorniku wody jest proporcjonalna do maksymalnej wielkości nadwyżki mocy chłodniczej i długości okresu doby przez jaki taka nadwyżka mocy występuje oraz odwrotnie proporcjonalna do różnicy temperatury wody jaka wystąpi przy akumulacji lub odzysku chłodu.

Istotą układu składającego się ze źródła chłodu z funkcją free cooling'u pracującego na bazie wody lodowej połączonego rurociągiem ciepłym i rurociągiem zimnym z co najmniej jednym wymiennikiem ciepła znajdującym się w klimatyzowanym pomieszczeniu oraz z urządzenia wentylacji pomieszczenia, jest to, że ma on zbiornik wody z wymiennikiem zbiornikowym. Ponadto na rurociągu ciepłym, bliżej wymiennika ciepła umieszczony jest pierwszy zawór trójstronny i bliżej źródła chłodu, drugi zawór trójstronny, a na rurociągu zimnym umieszczony jest trzeci zawór trójstronny. Pierwszy zawór trójstronny połączony jest rurociągiem z pierwszym króćcem wymiennika zbiornikowego. Na rurociągu łączącym drugi zawór trójstronny z drugim króćcem wymiennika zbiornikowego umieszczony jest czwarty zawór trójstronny, który połączony jest z trzecim zaworem trójstronnym. Ponadto znane urządzenie wentylacji pomieszczenia połączone jest rurociągiem wilgoci z przestrzenią nad zbiornikiem wody zawierającym wymiennik.

Korzystnym jest, że zbiornik wody ma przestrzeń wypełnioną wodą oraz przestrzeń pozwalającą na odparowywanie wody z całej jej powierzchni do doprowadzanego z zewnątrz powietrza. Wilgotne powietrze odprowadzane jest rurociągiem wilgoci do urządzenia wentylacji pomieszczenia.

Korzystnym jest zastosowanie jako zbiornik wody zbiornika przeciwpożarowego z umieszczonym w nim wymiennikiem zbiornikowym.

Korzystnym jest też jeśli zbiornik wody ma izolację redukującą uzyski ciepła z zewnątrz oraz umożliwiającą emisję ciepła na zewnątrz.

Korzystnie jest jeśli stosunek powierzchni lustra wody zbiornika wody do jego objętości jest jak największy.

Zaletą wynalazku jest akumulacja chłodu w okresach istnienia nadwyżek mocy chłodniczej w trybie pracy źródła chłodu opartym na free-cooling'u oraz wykorzystanie zakumulowanego chłodu

PL 221 978 B1 w porach gdy niemożliwa jest praca źródła chłodu w tym trybie. Jednocześnie taki sposób klimatyzacji zabezpiecza samoczynnie zbiornik wody, zwłaszcza zbiornik przeciwpożarowy przed zamarzaniem. Ponadto wilgotność względna powietrza znajdującego się nad lustrem wody w tym zbiorniku jest większa niż wilgotność względna powietrza zewnętrznego. Zatem doprowadzenie pary wodnej znad lustra wody ze zbiornika do wentylacji pomieszczenia ograniczy konieczność wykorzystywania układów nawilżających powietrze. Jest to szczególnie ważne wewnątrz pomieszczeń ośrodka przetwarzania danych.

Wynalazek przybliżono na przykładzie wykonania pokazanym schematycznie na rysunku.

Układ ma źródło chłodu 1 w postaci agregatu wody lodowej chłodzonego powietrzem z funkcją free-cooling'u o maksymalnej wydajności chłodniczej 96,8 kW. Połączone jest rurociągiem ciepłym 3 i rurociągiem zimnym 4 o średnicy przekroju 10 cm z wymiennikiem ciepła 2 w postaci szafy klimatyzacji precyzyjnej o mocy chłodniczej 80 kW pracującej z obciążeniem 30% znajdującej się w klimatyzowanym pomieszczeniu serwerowni ośrodka przetwarzania danych. Ma też urządzenie wentylacji 13 przeznaczone do wentylacji pomieszczenia serwerowni w postaci wewnętrznej mechanicznej centrali wentylacyjnej typu nawiewnego wyposażonej w sekcję nawilżania powietrza zrealizowaną za pomocą zestawu lanc parowych. Do znanego zespołu dołączony jest zbiornik wody 5 z wymiennikiem zbiornikowym 6. W przykładowym rozwiązaniu jest to stojący wolno metalowy zbiornik przeciwpożarowy w kształcie prostopadłościanu o wymiarach 4,8 m x 2,4 m x 1,25 m wypełniony wodą do wysokości 1,8 m. W nim umieszczony jest wymiennik zbiornikowy 6 w postaci metalowej wężownicy wykonany z rury o długości 51 m i średnicy przekroju 33,7 mm. Wężownica znajduje się w dolnej części zbiornika centralnie w przestrzeni wypełnionej wodą i posiada króćce zamontowane w bocznej ściance zbiornika na wysokości 1 m. Ponadto na rurociągu ciepłym 3, bliżej wymiennika ciepła 2 szafy klimatyzacji precyzyjnej umieszczony jest pierwszy zawór trójstronny 7 i bliżej źródła chłodu 1, drugi zawór trójstronny 8. Na rurociągu zimnym 4 umieszczony jest trzeci zawór trójstronny 9. Pierwszy zawór trójstronny 7 połączony jest rurociągiem z pierwszym króćcem wymiennika zbiornikowego 11 w zbiorniku wody przeciwpożarowej. Na rurociągu łączącym drugi zawór trójstronny 8 z drugim króćcem wymiennika zbiornikowego 12 umieszczony jest czwarty zawór trójstronny 10. Jest on połączony z trzecim zaworem trójstronnym 9. Ponadto sekcja nawilżania centrali wentylacji mechanicznej urządzenia wentylacji 13 pomieszczenia serwerowni połączona jest izolowanym termicznie rurociągiem wilgoci 14, o długości 22 m wykonanym z rury Spiro o średnicy przekroju 16 cm z przestrzenią o rozmiarze 4,8 m x 0,6 m x 1,25 m wewnątrz zbiornika wody 5, znajdującą się nad lustrem wody. Wejście rurociągu wilgoci 14 zamontowane jest w otworze w bocznej ściance zbiornika wody 5 na wysokości 2 m. Na ściance przeciwległej zaś znajduje się wlot powietrza suchego w postaci okrągłego otworu o średnicy 16 cm umieszczonego na wysokości 2 m.

Sposób klimatyzacji polega na tym, że do źródła chłodu 1 z funkcją free cooling'u połączonego z wymiennikiem ciepła 2 w postaci szafy klimatyzacji precyzyjnej umieszczonej w klimatyzowanym pomieszczeniu, przyłączony jest równolegle wymiennik zbiornikowy 6 w postaci wężownicy usytuowany w zbiorniku wody 5. W okresie, w którym istnieją nadwyżki mocy chłodniczej źródła chłodu 1, nadwyżkę tę kieruje się do wymiennika zbiornikowego 6. W pozostałym okresie chłód z wymiennika zbiornikowego 6 przekazuje się do wymiennika ciepła 2 w postaci szafy klimatyzacji precyzyjnej. Natomiast parę wodną znad powierzchni wody w zbiorniku 5 przesyła się rurociągiem wilgoci 14 do urządzenia wentylacji pomieszczenia 13 służącego do wentylacji klimatyzowanych pomieszczeń.

W okresie, w którym istnieją nadwyżki mocy chłodniczej źródła chłodu 1, nadwyżkę tę kieruje się do wymiennika zbiornikowego 6 w ten sposób, że przez trzeci zawór trójstronny 9 woda lodowa kierowana jest zarówno do dalszej części rurociągu zimnego 4 jak i do rurociągu połączonego z czwartym zaworem trójstronnym 10 połączonym rurociągiem z drugim króćcem 12 wymiennika zbiornikowego. Czwarty zawór trójstronny 10 znajduje się w pozycji umożliwiającej jedynie przepływ wody lodowej z rurociągu prowadzącego od trzeciego zaworu trójstronnego 9 do drugiego króćca 12 wymiennika zbiornikowego. Rurociąg łączący czwarty zawór trójstronny 10 z drugim zaworem trójstronnym 8 jest w tym czasie rurociągiem zamkniętym. Pierwszy zawór trójstronny 7 pozwala na przepływ wody lodowej zarówno z rurociągu połączonego do pierwszego króćca 11 wymiennika zbiornikowego jak i z rurociągu ciepłego 3 połączonego do wymiennika ciepła 2. Drugi zawór trójstronny 8 ustawiony jest w pozycji, w której możliwy jest tylko przepływ z rurociągu ciepłego 3 połączonego do pierwszego zaworu trójstronnego 7 do dalszej części rurociągu ciepłego 3 prowadzącego do źródła chłodu 1.

PL 221 978 B1

W tych okresach doby, w których temperatura powietrza przekracza wartość graniczną w przykładowym wykonaniu, +4°C, powyżej której niemożliwa jest praca źródła chłodu w trybie free cooling i w sytuacji, w której temperatura wody w rurociągu ciepłym 3 jest wyższa od temperatury wody w zbiorniku wody 5 następuje wykorzystanie w wymienniku ciepła 2 zakumulowanego chłodu ze zbiornika wody 5. Zbiornik wody ma izolację redukującą uzyski ciepła z zewnątrz oraz umożliwiającą emisję ciepła na zewnątrz. Wykorzystanie zakumulowanego chłodu ze zbiornika wody 5 w wymienniku ciepła 2 odbywa się w ten sposób, że przez pierwszy zawór trójstronny 7 płynie woda lodowa z rurociągu ciepłego 3 połączonego z wymiennikiem ciepła 2 zarówno do dalszej części rurociągu ciepłego 3 połączonej z drugim zaworem trójstronnym 8 jak i do rurociągu połączonego z pierwszym króćcem 11 wymiennika zbiornikowego. Woda lodowa z rurociągu połączonego z drugim króćcem 12 wymiennika zbiornikowego płynie przez czwarty zawór trójstronny 10 do rurociągu ciepłego 3 przez rurociąg łączący czwarty zawór trójstronny 10 z drugim zaworem trójstronnym 8. Trzeci zawór trójstronny 9 pozwala na przepływ jedynie ze źródła chłodu 1 do wymiennika ciepła 2. Czwarty zawór trójstronny 10 pozwala na przepływ wody lodowej rurociągiem jedynie od drugiego króćca 12 wymiennika zbiornikowego do drugiego zaworu trójstronnego 8. Rurociąg łączący czwarty zawór trójstronny 10 z trzecim zaworem trójstronnym 9 jest wtedy rurociągiem zamkniętym.

Wilgotność względna powietrza znajdującego się nad lustrem wody w zbiorniku wody 5 ma wartość zbliżoną do 100%. Zbiornik przeciwpożarowy posiada konstrukcję, przy której stosunek powierzchni lustra wody do jej objętości jest jak największy. Para wodna z przestrzeni nad lustrem wody w zbiorniku wody 5 jest zasysana do rurociągu wilgoci 14 i doprowadzana nim do urządzenia wentylacji pomieszczenia 13.

Wykaz oznaczeń

1. źródło chłodu z funkcją free cooling'u

2. wymiennik ciepła

3. rurociąg ciepły

4. rurociąg zimny

5. zbiornik wody

6. wymiennik zbiornikowy

7. pierwszy zawór trójstronny

8. drugi zawór trójstronny

9. trzeci zawór trójstronny

10. czwarty zawór trójstronny

11. pierwszy króciec wymiennika zbiornikowego

12. drugi króciec wymiennika zbiornikowego

13. urządzenie wentylacji pomieszczenia

14. rurociąg wilgoci

Claims (7)

1. Sposób klimatyzowania pomieszczeń, zwłaszcza w ośrodkach przetwarzania danych, znamienny tym, że do źródła chłodu (1) z funkcją free cooling'u połączonego z wymiennikiem ciepła (2) umieszczonym w klimatyzowanym pomieszczeniu, przyłącza się równolegle wymiennik zbiornikowy (6) usytuowany w zbiorniku wody (5), przy czym w okresie, w którym istnieją nadwyżki mocy chłodniczej źródła chłodu (1), nadwyżkę tę kieruje się do wymiennika zbiornikowego (6), a w pozostałym okresie chłód z wymiennika zbiornikowego (6) przekazuje się do wymiennika ciepła (2) umieszczonego w klimatyzowanym pomieszczeniu, natomiast parę wodną znad powierzchni wody w zbiorniku wody (5) przesyła się do nawilżania pomieszczeń.

2. Sposób klimatyzowania pomieszczeń według zastrz. 1, znamienny tym, że objętość wody w zbiorniku wody (5) jest proporcjonalna do maksymalnej wielkości nadwyżki mocy chłodniczej i długości okresu doby przez jaki taka nadwyżka mocy występuje oraz odwrotnie proporcjonalna do różnicy temperatury wody jaka wystąpi przy akumulacji lub odzysku chłodu.

3. Układ klimatyzowania pomieszczeń składający się ze źródła chłodu z funkcją free cooling'u, pracującego na bazie wody lodowej połączonego rurociągiem ciepłym i rurociągiem zimnym z co najmniej jednym wymiennikiem ciepła znajdującym się w klimatyzowanym pomieszczeniu oraz z urząPL 221 978 B1 dzenia wentylacji pomieszczenia, znamienny tym, że ma zbiornik wody (5) z wymiennikiem zbiornikowym (6), a na rurociągu ciepłym (3), bliżej wymiennika ciepła (2) umieszczony jest pierwszy zawór trójstronny (7) i bliżej źródła chłodu (1), drugi zawór trójstronny (8), na rurociągu zimnym (4) umieszczony jest trzeci zawór trójstronny (9), przy czym pierwszy zawór trójstronny (7) połączony jest rurociągiem z pierwszym króćcem (11) wymiennika zbiornikowego, na rurociągu łączącym drugi zawór trójstronny (8) z drugim króćcem (12) wymiennika zbiornikowego umieszczony jest czwarty zawór trójstronny (10), który połączony jest również z trzecim zaworem trójstronnym (9), a dodatkowo urządzenie wentylacji (13) pomieszczenia połączone jest rurociągiem wilgoci (14) z przestrzenią nad zbiornikiem wody (5) zawierającym wymiennik zbiornikowy (6).

4. Układ klimatyzowania pomieszczenia według zastrz. 3, znamienny tym, że zbiornik wody (5) ma przestrzeń wypełnioną wodą oraz przestrzeń pozwalającą na odparowywanie wody z całej jej powierzchni do doprowadzanego z zewnątrz powietrza i odprowadzanie wilgotnego powietrza rurociągiem wilgoci (14) do urządzenia wentylacji (13) pomieszczenia.

5. Układ klimatyzowania pomieszczenia według zastrz. 3, znamienny tym, że zbiornikiem wody (5) jest zbiornik przeciwpożarowy i w nim umieszczony jest wymiennik zbiornikowy (6).

6. Układ klimatyzowania pomieszczenia według zastrz. 3, znamienny tym, że zbiornik wody (5) ma izolację redukującą uzyski ciepła z zewnątrz oraz umożliwiającą emisję ciepła na zewnątrz.

7. Układ klimatyzowania pomieszczenia według zastrz. 3, znamienny tym, że stosunek powierzchni lustra wody zbiornika wody do jego objętości jest jak największy.