Инженерная инфраструктура центров обработки данных (ЦОД)

Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии США (NREL — National Renewable Energy Laboratory) разработала новую систему охлаждения воздуха, не использующую хладагентов. По оценкам NREL, новая система позволит экономить до 90% электроэнергии по сравнению с традиционными системами кондиционирования в дата-центрах. В ней используется технология объединения мембран, испарительных охладителей и жидких осушителей, которая никогда ранее не применялась для кондиционирования воздуха.

Повышение эффективности и уменьшение выбросов углекислого газа

«Цель – произвести революцию в охлаждающей индустрии, удаляя из атмосферы миллионы тонн углерода», — заявил инженер-механик Эрик Козубал, один из создателей Desiccant-Enhanced eVaporative air conditioner (DEVap). «Мы работали с мембранами, испарительными охладителями и осушителями — говорит Эрик Козубал, — и нашли возможность объединить их в простом приборе с уникальной производительностью и влагопоглотителями. Идея объединения охладителя и осушителя в одном устройстве не нова, но до настоящего времени это еще никому не удавалось реализовать практически, получив, при этом, высокую эффективность».

Усовершенствование технологии испарительного охлаждения

Денверская компания Coolerado в августе 2009 года получила премию Davis Western Cooling Challenge, учрежденную калифорнийским университетом, за разработанную технологию испарительного охлаждения. Данная технология заключается в том, что свежий воздух после фильтрации направляется в тепломассообменник (HMX), состоящий из нескольких пластин, которые изготовлены из специальной пластмассы и позволяют отводить воду в одну сторону, а тепло в другую. Тепломассообменник отличается от традиционных испарительных охладителей тем, что не повышает уровень влажности приточного воздуха. Холодный воздух подается через закрытую систему испарительного охлаждения.

Это значительное усовершенствование технологии испарительного охлаждения, потому что оно не дает влаге попадать в холодный воздух. Тем не менее, во влажном климате оно все же не позволяет одновременно управлять температурой и влажностью. Система DEVap позволяет устранить эту проблему. Она основана на совмещении способности осушителей поглощать влагу из воздуха под воздействием тепла, и способности испарительных охладителей понижать его температуру.

Принцип действия

В основе разработки NREL использутся тонкие мембраны, которые упрощают процесс охлаждения воздушного потока испарения воздуха. Это дало возможность создать систему кондиционирования воздуха, обладающую превосходными возможностями управления температурой и влажностью. Испарительный кондиционер DEVap снабжен гидрофобными мембранами, которые не пропускают воду. Именно они позволяют не смешивать воду и воздух. Вода и жидкий осушитель вводятся в тепломассообменник DEVap, который на выходе дает сухой холодный воздух. Все это происходит за долю секунды, необходимую для прохождения воздуха через систему DEVap.

Ведущий инженер NREL Эрик Козубал рассматривает прототип воздушного канала системы DEVap, соавтором которого он является. DEVap (desiccant-enhanced evaporative air conditioner), представляет собой новаторскую концепцию, позволяющую использовать мембраны для совмещения эффективности испарительного охлаждения и осушающие свойства соляных растворов. Наложенный на фото график показывает превращение горячего влажного воздуха, показанного красным цветом, в холодный сухой воздух, показанный синим цветом, при прохождении через теплообменник DEVap.

Замена охладителей соляными растворами позволит системам DEVap сэкономить до 90 %, по сравнению с традиционными системами кондиционирования воздуха, тем самым устранив вредное воздействие хлор-фтор-водородов (ХВУФ) или гидрофторуглеродов (ГХФУ). Один фунт ХВУФ или ГХФУ способствует выбросу 2,000 фунтов углекислого газа.

Будущие перспективы

Разработчики запатентовали этот концепт и рассчитывают на то, что через несколько лет, они разработают модель устройства, которая будет еще меньше и проще, доведя обмен теплом до совершенства, делая DEVap еще более экономичным.

Со временем, исследователи будут выдавать лицензию на использование этой технологии производителями. «Мы не собираемся заниматься бизнесом по производству кондиционеров», — говорит Рон Джудкофф, менеджер программы. «Но мы готовы сотрудничать с производителями для создания более экономичного и экологически-безвредного кондиционера».

Теплообменник DEVap с помощью воды и жидкого осушителя забирает, а затем осушает наружный воздух и возвращает его в охлаждаемое помещение. Встроенные в DEVap системы испарения и влагопоглощения обеспечивают осушение и сокращение электропотребления.