Модульный комплекс инженерных систем для бесперебойной эксплуатации ИТ-оборудования с встроенным кондиционером Российский патент 2025 года по МПК H05K7/20 G12B9/06 G12B15/02 G06F1/20 

Изобретение относится к области электротехники, а также энергетики и теплотехники» и «системе несущих конструкций серии 482,6 мм» (международное обозначение серии - «19''»), в частности к модульным комплексам инженерных систем для бесперебойной эксплуатации ИТ-оборудования с встроенным кондиционером (далее - Модульный МикроЦОД).

Известен «Smart IT мини дата-центр от Everexceed», который представлен компанией ООО "ПУЛЬСАР" (http://pulsar.ooo/product/smart-it-cabin-everexceed/). Модуль представляет один шкаф 42U, масштабирование и объединение в общую конструкцию нескольких модулей не предусмотрено. То есть резервирование инженерных систем возможно на уровне отдельного шкафа, что делает это крайне сложным из-за ограничения вместительности такого шкафа. Таким образом, количество размещаемого вычислительного оборудования строго ограничено, что осложняет развертывание и эксплуатацию такого решения.

- Используется, в том числе, пассивная система охлаждения (вентиляция), что нарушает герметичность и противоречит использованию кондиционера, так как делает воздушный контур шкафа не замкнутым, то есть кондиционер «охлаждает» не только сам шкаф, но и помещение вокруг него, что создает риски перегрева ИТ оборудования, так как мощность кондиционера не рассчитана на такой теплоприток;

- Нет системы увлажнения воздуха, что повышает риски выхода из строя ИТ-оборудования из-за высокой статики воздуха, возникающей при низкой влажности;

- Нет информации о подключении кондиционера воздуха к системе автономного электропитания, что вызывает риски остановки работы установленного ИТ-оборудования из-за перегрева в случае отсутствия внешнего питания;

- Мощность системы бесперебойного электропитания 6-10 кВА;

- Холодильная мощность кондиционера составляет 3,5 кВт;

Таким образом, данная модель не позволяет использовать ее в неподготовленном помещении, обеспечить автономию всего комплекса инженерных систем, устанавливать ИТ-оборудование с электрической мощностью более 3,5 кВт.

Наиболее близким аналогом является «МикроЦОД DataStone mini», который представлен компанией Утилекс (https://www.utilex.ru/datastone), содержащий оболочку, состоящую из одного шкафа (ширина 600мм) и одного встроенного кондиционера с холодильной мощностью от 3 кВт, устанавливаемого в нижней части шкафа и ультразвуковой увлажнитель.

Его основные свойства:

• Отраслевой стандарт - 19 дюймов.

• Общая вместимость МикроЦОД составляет 29U или 35U или 42U.

• Встроенный кондиционер воздуха 3 кВт.

• Встроенная система ультразвукового увлажнения.

• Класс защиты - IP65.

• Шумоизоляция - 30dBA.

• Замкнутая система охлаждения и управления влажностью.

• До 3 кВт ИТ-нагрузки на МикроЦОД.

• Возможность построения системы охлаждения с полным резервированием (2N).

• Удаленный мониторинг через SNMP, Modbus TCP, RTU.

• Цифровое управление кондиционером (компрессором, трв, вентилятор), снижение энергопотребления и увеличение надежности системы.

• Встроенная система управления доступом с интеграцией Modbus TCP, RTU).

• Возможность установки автоматической системы пожаротушения (АГПТ).

Недостаток данной модели заключается в следующем:

- Инженерные системы (ИБП, АКБ, АГПТ и Кондиционер) занимают 20U монтажного пространства, таким образом под установку оборудования отведено 9U (для шкафа 29U), 15U (для шкафа 3U) или 22U (для шкафа 42U);

- Низкий коэффициент энергоэффективности (EER) кондиционера 1,36 (потребление 2,2 кВт при холодильной мощности 3,0 кВт), так как стандартное значение для современных прецизионных кондиционеров находится в диапазоне 2,5-3,5;

- Мощность ИТ-оборудования, размещаемого в одном шкафу ограничена 3 кВт;

- Холодильная мощность кондиционера ограничена 3 кВт, что серьезно ограничивает допустимую тепловую нагрузку;

- В расчетах не учитывается тепловыделение от ИБП, АКБ и через корпус устройства;

- Конструкция данного решения не предусматривает объединение в общее пространство, что серьезно ограничивает возможности масштабирования решения (как по мощности, так и по свободному месту для размещения оборудования);

- Ультразвуковой увлажнитель воздуха требует подготовки воды для минимизации выпадения на вычислительном оборудовании белого кальцевого налета, что может привести к потери мощности и даже его поломке.

Таким образом, данная модель не позволяет обеспечить бесперебойное и автономное электропитание всего комплекса инженерных систем, устанавливать ИТ-оборудование мощнее 3 кВт в один МикроЦОД и требует дополнительных расчетов со стороны заказчика для выявления доступной холодильной мощности и требует дополнительных расходов на создание и обслуживание системы водоподготовки.

Технический результат заключается в разработке модульного единого комплекса инженерных систем с высоким классом защиты для установки и бесперебойной эксплуатации информационно-вычислительного, телекоммуникационного и другого ИТ-оборудования серии 482,6 мм (19'') с встроенным кондиционером в едином корпусе с возможностью использовать комплекс в неподготовленном помещении, масштабировать мощность и\или вместительность комплекса, обеспечить автономию всего комплекса инженерных систем, устанавливать в нем ИТ-оборудование с электрической мощностью от 1,0 кВт до 50,0 кВт.

Технический результат достигается предлагаемым модульным комплексом инженерных систем для бесперебойной эксплуатации ИТ-оборудования с встроенным кондиционером, содержащим оболочку, состоящую из шкафа, кондиционер, увлажнитель воздуха, источник бесперебойного и автономного питания, систему автоматического газового пожаротушения, отличающийся тем, что:

- комплекс оснащен одним или несколькими встроенными прецизионными кондиционерами, оснащенными пленочными увлажнителями воздуха сотового типа, инверторными компрессорами постоянного тока, электронными расширительными вентилями и электронно-коммутируемыми вентиляторами;

- оболочка комплекса представляет из себя единую конструкцию, состоящую из одного или нескольких соединенных между собой шкафов, причем при соединении нескольких шкафов их «холодные» и «горячие» зоны объединяются между собой, при этом сохраняется разделение между общими «холодной» и «горячей» зонами;

- комплекс оснащен компактным распределительным щитом с функцией байпаса, представляющим из себя закрытый металлический бокс с промышленными розетками, подключенными к общей шине электропитания через автоматические выключатели нагрузки;

- комплекс оснащен блоками распределения питания для подключения ИТ-оборудования к источнику бесперебойного и автономного электропитания с возможностью контроля электропотребления и управления каждой розетки.

Передняя дверь шкафа выполнена или цельнометаллической или со стеклянной вставкой, причем между стеклом и корпусом двери установлен уплотнитель. В корпусе двери установлен дисплей для настройки и контроля работы встроенного кондиционера.

Использование встроенного кондиционера позволяет снизить площадь помещения, необходимую для его размещения, за счет того, что кондиционер не требует места снаружи корпуса. Это позволяет устанавливать комплекс даже в очень тесных помещениях, таких как кладовая.

Модульный комплекс инженерных систем для бесперебойной эксплуатации ИТ-оборудования с встроенным кондиционером дополнительно снабжен модулем системы автоматического газового пожаротушения.

Комплекс дополнительно снабжен: системой мониторинга, модулем световой и/или звуковой сигнализации, системой контроля и управления доступом.

Максимальная электрическая мощность устанавливаемого оборудования рассчитывается индивидуально для каждого комплекса по следующей формуле:

Qуст = ХМ - Qк - Qис, где

Qуст - теплопритоки от установленного оборудования;

ХМ - явная холодильная мощность установленного кондиционера;

Qк - теплопритоки через корпус комплекса;

Qис - теплопритоки от инженерных систем.

Явная холодильная мощность при стандартных условиях эксплуатации указана на заводской табличке кондиционера. при нестандартных условиях эксплуатации явная холодильная мощность кондиционера рассчитывается согласно указаниям руководства по эксплуатации на кондиционер.

Теплопритоки через корпус комплекса определяются по следующей формуле:

Qк = Qх+Qг, где

Qх - теплопритоки через холодную зону;

Qг - теплопритоки через горячую зону.

Для расчета Qх и Qг применяется одинаковая формула:

Q = A*k*dT, где

A - площадь поверхности, участвующей в теплообмене;

k - коэффициент теплопередачи материала корпуса;

dT - температурный напор, который считается как разница температур снаружи и внутри корпуса комплекса.

Теплопритоки от инженерных систем считаются по следующей формуле: Qис=Qибп+Qакб+Qсм+Qагпт+Qав+Qz, где

Qибп - теплоприток от модуля ИБП;

Qакб - теплоприток от модуля АКБ;

Qсм - теплопритоки от системы мониторинга;

Qагпт - теплоприток от модуля АГПТ;

Qав - теплопритоки от автоматических выключателей;

Qz - теплопритоки от дополнительных инженерных систем.

Теплоприток от модуля ИБП считается исходя из его КПД в худшем режиме работы (от батарей). Если КПД у ИБП 95%, значит 5% потребляемой им мощности выделится в виде тепла, это и будет теплоприток от ИБП.

Теплопритоки от модуля АКБ считаются как сумма теплопритоков от установленных батарей. Теплоприток от одной батареи зависит от ее мощности и емкости. Например, если мы берем стандартные батареи 12В 9АЧБ, то это 0,6 ВТ на одну батарею, в модуле их может быть 16 или 20 или 32 шт., а самих модулей АКБ может быть от 1 до 20 шт.

Теплопритоки от автоматических выключателей считаются согласно табличным значениям исходя из схемы работы комплекса через ИБП от сети. Табличные значения тепловыделения автоматических выключателей есть у производителей этих выключателей, например, автоматический выключатель 3 полюса 40 А характеристика с от IEK выделяет в пике 26 ВТ тепла.

Теплоприток от модуля АГПТ и системы мониторинга соответствует их электрической мощности. Модуль АГПТ и системы мониторинга приравнивается к вычислительному оборудованию, у которого по умолчанию считается «теплоприток = потребление».

Расчет теплопритоков от дополнительных инженерных систем зависит от их типа. Дополнительные инженерные системы считаются индивидуально (это могут быть датчик, сенсоры, контроллеры, механических устройства и т.д.).

Отличительные особенности:

- В комплексе используются встроенные кондиционеры с холодильной мощностью от 3,7 до 12,5 кВт (снижение занимаемого места и стоимости комплекса);

- Кондиционеры устанавливаются в нижнюю часть шкафа и занимают от 5U (для модели 3,7 кВт) до 10U (12,5 кВт);

- В кондиционерах используется пленочный увлажнитель воздуха сотового типа (не требует водоподготовки, а испаренная влага не оставляет налета на окружающем оборудовании в отличие от ультразвукового);

- Встроенный кондиционер имеет электрическую мощность от 1,5 кВт (для модели с холодильной мощностью 3,7 кВт) до 4,3 кВт (для модели с холодильной мощностью 12,5 кВт), что соответствует коэффициенту энергоэффективности от 2,46 до 2,9;

- Комплекс оснащается источником бесперебойного и автономного питания для гарантированной работы устанавливаемого ИТ-оборудования и всех инженерных систем. Мощность и количество модулей ИБП и АКБ рассчитывается производителем исходя из требований заказчика (гарантия работоспособности и уменьшение времени развертывания) по следующей методике:

Электрическая мощность ИБП определяется по следующей формуле:

Pибп=(Pит+Pскв+Pсм+Pпб+Pz)*k, где

Pибп - необходимая электрическая мощность ИБП;

Pит - электрическая мощность установленного ИТ-оборудования;

Pскв - электрическая мощность кондиционеров (кроме резервных);

Pсм - электрическая мощность системы мониторинга;

Pпб - электрическая мощность систем пожарной безопасности;

Pz - электрическая мощность дополнительных инженерных систем;

k - коэффициент запаса мощности ИБП.

Рекомендуется использовать значение от 1,05 до 1,1 для снижения максимальной электрической нагрузки на ИБП и повышения его надежности и срока службы. Модуль ИБП выбирается по значению Pибп с округлением в большую сторону до целого числа, например: если требуемая мощность 10,5 кВт, то следует выбрать модель ИБП на мощность не менее 11 кВт.

- Комплекс оснащается компактным распределительным щитом с функцией байпаса, представляющим из себя закрытый металлический бокс с промышленными и сервисными розетками и системой физического байпаса для ИБП. Розетки подключены к общей шине электропитания через автоматические выключатели нагрузки (безопасное подключение блоков распределения питания, кондиционеров воздуха, модулей АГПТ и мониторинга к источнику бесперебойного и автономного электропитания), а система байпаса позволяет безопасно отключить ИБП без обесточивания комплекса инженерных систем;

- Блоков распределения питания для удобства индивидуального подключения ИТ-оборудования к источнику бесперебойного и автономного электропитания с возможностью контроля электропотребления и управления каждой розетки;

- Оболочка комплекса представляет из себя один или несколько шкафов, объединяемых в единую конструкцию с общими «холодной» и «горячей» зонами. Это позволяет устанавливать встроенный кондиционер как в каждом шкафу, так и один на несколько шкафов (значительно уменьшает стоимость и необходимую площадь);

- Возможность установки одного или нескольких кондиционеров как на один так и на несколько шкафов позволяет резервировать систему контроля микроклимата по схемам «N» (без резерва), «N+1» (один резервный кондиционер на работающую группу) и 2N (полное резервирование работающей группы кондиционеров) не только для одного шкафа, но и для комплекса из нескольких шкафов (повышение отказоустойчивости, снижение необходимой площади и стоимости комплекса оборудования);

- Возможность применения двери со стеклянной вставкой позволяет визуально контролировать состояние ИТ-оборудования, инженерных систем, использовать общую (всего комплекса) и индивидуальную (индикация состояния и работы модулей) световую сигнализацию.

Использование модульной структуры и прецизионного кондиционера воздуха встроенного типа позволяет масштабировать конструкцию для увеличения вместительности, доступной электрической нагрузки, времени автономии и резервирования инженерных систем, что значительно повышает отказоустойчивость. Использование мощных кондиционеров воздуха (до 12,5 кВт холодильной мощности) в компактном корпусе встроенного типа позволяет значительно снизить необходимую для размещения комплекса площадь. Комплекс обладает классом защиты конструкции IP55 (International Protection Rating) - это международный стандарт (IEC 60529), используемый для определения степени защиты или герметичности корпуса устройства от проникновения твердых предметов, воды и пыли, а также от непреднамеренного контакта с устройствами, содержащимися в корпусе и является основным параметром, характеризующим корпус. При этом все инженерные системы комплекса получают электропитание от встроенной системы бесперебойного и автономного электропитания, что позволяет устанавливать и эксплуатировать комплекс в помещениях с повышенной запыленностью, влажностью, температурой окружающего воздуха и в условиях перебоев в электроснабжении. Компактный распределительный щит с функцией байпаса делает эксплуатацию комплекса безопасной и защищает пользователя от поражения электрическим током, позволяет безопасно отключать и подключать потребителей, таких как ИТ-оборудование и собственные инженерные системы. От пользователя не требуется произведение расчетов или установка каких-либо дополнительных инженерных систем и подготовки выделенного помещения, что значительно снижает как время установки и запуска комплекса, так и финансовые затраты.

Предлагаемое изобретение комплекса инженерных систем состоит из:

1. Оболочка комплекса представляет из себя один или несколько соединенных модульных шкафов с классом защиты (герметичности) не менее IP55, объединенных в общую конструкцию с общими «холодными» и «горячими» зонами (фиг.6). «Холодная» зона представляет выделенную зону между установленным ИТ-оборудованием и передней дверцей шкафа. Класс защиты IP55 обозначает частичную защиту от попадания внутрь оболочки пыли и твердых тел размерами не менее 1,0 мм и струй воды, падающих под любым углом. Класс защиты IP55 достигается за счет применения уплотнителя на всех стыках и сальниковых герметичных вводов для коммуникаций. Это позволяет разместить ИТ-оборудование в помещении с высокой запыленностью, повышенной температурой воздуха (до +55°С) и водяной системой пожаротушения, а также защитить его от несанкционированного доступа.

Модульный шкаф предусматривает демонтаж боковых панелей для объединения с такими же шкафами. Такая модульность позволяет масштабировать инженерный комплекс согласно требованиям по свободному месту для размещения оборудования, его тепловыделению и требуемому времени автономии. Модульный шкаф также оснащен раздельными сальниковыми герметичными уплотнителями (гермо-вводами) для линий электропитания (в задней части) и связи (в передней части), что позволяет сохранить высокий класс защиты (герметичности) оболочки комплекса и избежать рисков образования паразитных наводок (наведенного напряжения), которые могут возникать на линиях связи из-за воздействия на них переменных электромагнитных полей находящейся рядом действующей электроустановки, либо другой линии под напряжением (линий электропитания). Передняя дверь шкафа может быть выполнена цельнометаллической или со стеклянной вставкой для визуального контроля оборудования, причем в данном случае исполнения между стеклом и корпусом двери используется уплотнитель. Конструкция петель и запирающего устройства предполагает прижимное действие на дверь при запирании. Периметр двери оборудован уплотнителем для герметизации стыка двери и корпуса шкафа. Двери предусматривают смену стороны навешивания в случае необходимости, а сами шкафы стягиваются друг с другом болтовым соединением, а стык между ними оборудован уплотнителем.

Таким образом, благодаря использованию цельных деталей, сальниковых гермовводов и уплотнению всех стыков, достигается класс защиты (герметичность) всего комплекса не ниже, чем IP55. При этом, количество шкафов зависит от необходимого места для установки ИТ-оборудования, собственных инженерных систем и не влияет на класс защиты (герметичность) комплекса.

2. Источника бесперебойного питания (ИБП), предназначенного для электропитания установленного ИТ-оборудования и собственных инженерных систем (в том числе - системы контроля микроклимата). В зависимости от необходимой мощности и степени резервирования, в комплексе может быть установлено от двух до десяти модулей ИБП, поддерживающих «горячую замену» (быстрая замена вышедшего из строя устройства на работоспособное, без остановки работы всего комплекса), что значительно повышает отказоустойчивость и позволяет заменить вышедший из строя модуль без отключения электропитания. Мощность ИБП выбирается с учетом электропитания ИТ-оборудования и собственных инженерных систем.

3. Модулей аккумуляторно-кислотных батарей (АКБ), рассчитанных на автономную работу ИТ-оборудования и собственных инженерных систем (в том числе - системы контроля микроклимата). Это позволяет поддерживать работу как ИТ-оборудования, так и всего комплекса инженерных систем в условиях отсутствия внешнего электропитания или нарушения его характеристик.

4. Компактным распределительным щитом с функцией байпаса, представляющим из себя закрытый металлический бокс с промышленными и сервисными розетками и системой физического байпаса для системы ИБП. Розетки подключены к общей шине электропитания через автоматические выключатели нагрузки (безопасное подключение блоков распределения питания, кондиционеров воздуха, модулей АГПТ и мониторинга к источнику бесперебойного и автономного электропитания), а система байпаса позволяет безопасно отключить ИБП без обесточивания самого комплекса инженерных систем и остановки его работы. При этом сам щит не занимает полезный объем (свободные U) для 19'' вычислительного оборудования.

5. Система контроля микроклимата представляет из себя встроенный прецизионный кондиционер воздуха с холодильной мощностью 3,7, 7,5 или 12,5 кВт, оснащенный пленочным увлажнителем воздуха сотового типа с производительностью 0,5 кг влаги в час, инверторным компрессором постоянного тока, электронным расширительным вентилем и электронно-коммутируемым вентилятором. В зависимости от требуемой холодильной мощности и необходимой степени резервирования, кондиционер(ы) может быть установлен в каждом шкафу по одному или несколько штук, так и один на несколько шкафов. Для вывода межблочных коммуникаций (фреоновая трасса, линия питания и связи внешнего блока, подача воды и отвод дренажа) используются соответствующие сальниковые вводы в задней части корпуса шкафа. Установка корпуса кондиционера в шкаф производится по аналогии с вычислительным оборудованием: монтируются опоры, на опоры устанавливается корпус кондиционера, который фиксируется к 19'' раме шкафа болтовым соединением. Это позволяет сохранить класс защиты (герметичности) комплекса на уровне не ниже IP55, независимо от количества кондиционеров и места их установки. Для сохранения автономности всего комплекса инженерной инфраструктуры электропитание кондиционера(ов) осуществляется от ИБП. Для увеличения времени автономной работы в кондиционерах используется пленочный увлажнитель воздуха, который отличается низким энергопотреблением. При расчете необходимой мощности охлаждения учитывается максимальное тепловыделение от ИТ-оборудования и собственных инженерных систем (например ИБП и АКБ), теплопритоки через внешнюю поверхность корпуса, максимальная температура воздуха в месте установки внешнего блока кондиционера и расстояние до него. Подведение линии водоснабжения (для увлажнителя) и водоотведения (для конденсата) возможно как сверху, так и снизу через установленные в потолочной панели и панели-основании шкафа сальниковые герметичные вводы. Если водоотведение необходимо делать через верх или невозможно соблюдать естественный уклон дренажной линии, то кондиционер оснащается встроенной дренажной помпой.

6. Блоков распределения питания, предназначенных для подключения потребителей к системе бесперебойного и автономного электропитания комплекса. БРП имеют необходимое количество и тип сокетов (розеток) для ИТ-оборудования, и рассчитаны на соответствующую электрическую нагрузку. При необходимости, БРП могут быть оснащены функциями дополнительного контроля и управления электропитанием (по фазам или по розеткам). Модель и количество БРП зависит от потребностей ИТ-оборудования и количества шкафов в комплексе.

Дополнительно, для обеспечения повышенных требований к безопасности, возможна установка следующих инженерных систем:

7. Модуль системы автоматического газового пожаротушения (АГПТ) предназначен для раннего обнаружения и тушения пожара и снабжен встроенным вентилятором и воздушной камерой. В камере установлены два высокочувствительных (аспирационных) датчика обнаружения дыма. Количество модулей определяется исходя из общего объема комплекса инженерных систем и необходимой степени резервирования. Два и более модулей АГПТ объединяются в единую систему АГПТ. Каждый модуль АГПТ имеет аспирационный датчик, позволяющий обнаруживать возгорание на ранней стадии. Модуль АГПТ подключается к концевым выключателям дверей шкафов для предотвращения срабатывания в случае открытия любой двери (работы людей). Модуль АГПТ подключен к системе контроля микроклимата и останавливает работу кондиционера(ов) при обнаружении пожара. Модуль АГПТ подключен к ИБП и останавливает электропитание подключенного ИТ-оборудования при обнаружении пожара. Модуль АГПТ имеет собственный встроенный АКБ, который позволяет ему работать без внешнего электропитания в течение 24 часов. При использовании более одного модуля АГПТ применяется специально разработанная схема подключения, позволяющая работать нескольким модулям в групповом режиме (одновременный выброс газового огнетушащего вещества всеми модулями, общий сигнал открытия двери, общий сигнал пожара на все кондиционеры и ИБП при обнаружении пожара любым модулем в группе).

8. Система мониторинга, состоящая из основного модуля мониторинга и подключаемых сенсоров состояния воздуха (температура/влажность), датчиков протечки, цифровых и аналоговых входов/выходов и модулей расширения, позволяющих получать, преобразовывать и передавать сигналы от встроенных в комплекс инженерных систем. Данная система позволяет удаленно контролировать состояние микроклимата, инженерных систем и оборудования.

9. Модуль световой и/или звуковой сигнализации на базе системы мониторинга, который позволяет создавать звуковое оповещение и/или включать индикатор/подсветку в зависимости от текущего состояния инженерных систем и/или параметров среды. Конкретный алгоритм разрабатывается в виде ПО, согласно требованиям заказчика, может включать опрос датчиков (температура, влажность, протечка, вибрации, дымовой извещатель, открытие двери и т.п.) и состояние собственных инженерных систем (сигнал тревоги/аварии от систем бесперебойного и автономного электропитания, контроля микроклимата, пожарной безопасности и т.п.).

10. Система контроля и управления доступом (СКУД) на базе системы мониторинга, которая позволяет управлять доступом в комплекс. Возможна установка электронных замков с кодовой панелью и/или считывателем магнитных карт, датчиков объема, открытия дверей и системы автоматического открытия дверей (не совместимо с АГПТ). Конкретный алгоритм разрабатывается в виде ПО, согласно требованиям заказчика и может включать опрос датчиков (считыватель, датчик объема, открытия двери и т.п.).

Пример реализации предлагаемого изобретения поясняется чертежами. На фиг. 1 показан вид спереди комплекса инженерных систем, на основе одного шкафа и с использованием одного кондиционера, где: 1 - шкаф серии 482,6 мм (19''), 2 - встроенный прецизионный кондиционер, 3 - сенсорный дисплей для отображения информации по текущему состоянию воздуха и работе кондиционера; 4 - передняя дверь шкафа со стеклянной вставкой (возможно цельнометаллическое исполнение); 5 - механическая или электронная ручка (замок) для запирания двери.

На фиг. 2 - вид спереди внешнего блока кондиционера, где: 6 - корпус внешнего блока кондиционера; 7 - вентилятор внешнего блока кондиционера.

На фиг. 3 представлен вид сбоку комплекса инженерных систем, где: 8 - основная боковая панель шкафа; 9 - задняя боковая панель шкафа (демонтируется для объединения общей «горячей» зоны у присоединенных шкафов и кондиционера); 10 - передняя боковая панель шкафа серии 482,6 мм (демонтируется для объединения общей «холодной» зоны у присоединенных шкафов и кондиционера).

На фиг. 4 представлен вид сбоку внешнего блока кондиционера.

На фиг. 5 представлен вид спереди под углом с открытыми дверями, где: 11 - Блоки распределения питания для подключения потребителей; 12 - Модуль ИБП для обеспечения бесперебойного электропитания; 13 - Модуль АКБ для обеспечения автономной работы; 14 - Корпус шкафа серии 482,6 мм; 15 - перфорация на передней части встроенного кондиционера (подача воздуха).

На фиг. 6 представлен вид сбоку (без боковых панелей) комплекса инженерных систем, где: 16 - место подачи холодного воздуха кондиционером; 17 - «холодная зона» комплекса (желтая штриховка); 18 - Корпус встроенного прецизионного кондиционера; 19 - место входа горячего воздуха в кондиционер; 20 - Блок распределения питания для подключения потребителей (вид сверху); 21 - Модуль ИБП и 22 - Модуль АКБ, 23 - компактный распределительный щит с функцией байпаса.

На фиг. 7 представлена схема организации циркуляции воздуха внутри комплекса инженерных систем, вид сбоку (без бокорврой панели), где:

Синяя стрелка - движение охлажденного воздуха;

Серый прямоугольник «ИТ оборудование» - потребители (вычислительное оборудование, выделяющее тепло);

Красная стрелка - движение нагретого воздуха.

Принцип функционирования комплекса:

1. ИТ оборудование устанавливают в оболочку, например, шкаф серии 482,6 мм (19''). Оболочка предусматривает ввод общей линии электропитания (через сальниковый герметичный ввод) и подключение его к входным клеммам компактного распределительного щита с функцией байпаса. Модуль ИБП подключается к компактному распределительному щиту двумя силовыми линиями: линия подача внешнего электропитания на ИБП и линия подачи электропитания на общую шину в компактном распределительном щите от ИБП. Модули АКБ подключают к ИБП специальной отдельной гибкой шиной. Внутри компактного распределительного щита к общей шине подключены промышленные и сервисные розетки. Каждая розетка имеет автоматический выключатель нагрузки для защиты линий питания от перегрузки. К промышленным розеткам подключают блоки распределения питания (БРП) и система контроля микроклимата. Дополнительные инженерные системы подключаются к сервисным розеткам. К БРП подключают установленное ИТ-оборудование. Такая схема позволяет производить безопасное подключение и отключение потребителей. При нарушении или пропадании внешнего электропитания, модуль ИБП автоматически переходит на питание от модуля АКБ. Таким образом, весь комплекс инженерных систем и установленное ИТ-оборудование продолжают автономно работать в случае нарушения или перебоев электропитания. При восстановлении внешнего электропитания ИБП автоматически переходит на него и заряжает модуль АКБ. Байпасная линия электропитания в компактном распределительном щите оснащена автоматическим выключателем нагрузки и позволяет переводить электропитание потребителей с линии ИБП на общую входную линию. Это позволяет отключать ИБП для профилактических регламентных работ, ремонта или замены, без отключения потребителей.

2. Система контроля микроклимата представляет встроенный прецизионный кондиционер воздуха (один или несколько), установленный в нижней части шкафа в монтажную 19'' раму. Кондиционеры охлаждают воздух внутри комплекса, путем отведения тепла во внешнюю среду в месте установки внешнего блока кондиционера. В передней части кондиционера установлен вентилятор, который нагнетает охлажденный воздух в общее пространство «холодной» зоны комплекса через отверстие выхода воздуха. «Холодная» зона представляет выделенную зону между установленным ИТ-оборудованием и передней дверцей шкафа. После установки ИТ-оборудования в шкафу пространство между передней 19" рамой и боковой стенкой шкафа изолировано с помощью полиуретанового уплотнителя, который приклеивается к раме для исключения прямого перетока холодного воздуха из передней изолированной зоны («холодной» зоны) в заднюю часть шкафов («горячую» зону). Таким образом, создается избыточное давление прохладного воздуха в «холодной» зоне комплекса. В свою очередь ИТ-оборудование оснащено вентиляторами или воздуховодами для охлаждения внутренних компонентов. Прохладный воздух из «холодной» зоны проходит через ИТ-оборудование, охлаждая его, при этом сам воздух нагревается и попадает в заднюю часть шкафа в общую «горячую» зону. За счет разницы давления, создаваемой вентилятором кондиционера, нагретый воздух движется по «горячей» зоне и попадает внутрь кондиционера через отверстие входа воздуха, находящееся сзади его корпуса. Внутри кондиционера горячий воздух проходит через испаритель, охлаждается и нагнетается вентилятором в «холодную» зону комплекса, далее цикл повторяется. При работе кондиционера автоматически происходит осушение воздуха за счет достижения точки росы на поверхности испарителя. Для избегания статики воздуха, кондиционеры оборудованы увлажнителем воздуха, который установлен на пути движения воздуха перед испарителем и увлажняет его. В кондиционере установлен компрессор и вентиляторы с плавной регулировкой мощности, что позволяет поддерживать оптимальную холодильную мощность, расход воздуха и значительно снижать энергопотребление. В отличие от применения традиционной схемы расположения ИТ-оборудования и систем контроля микроклимата на базе помещения, высокий класс защиты (герметичность) заявляемого комплекса инженерных систем позволяет значительно сократить объем обрабатываемого воздуха - с объема помещения до объема одного шкафа или соединенных шкафов. Таким образом, система контроля микроклимата поддерживает оптимальные параметры воздуха (температуру и влажность) в зоне всасывания воздуха ИТ-оборудованием («холодной» зоне), при этом энергопотребление значительно сокращаются.

3. Опциональный модуль (система) автоматического газового пожаротушения АГПТ устанавливают по требованию заказчика, монтируют в верхней части шкафа. Модуль АГПТ имеет встроенный вентилятор и воздушную камеру. В камере установлены два высокочувствительных (аспирационных) датчиков обнаружения дыма. Вентилятор постоянно прокачивает воздух из внутреннего объема комплекса через камеру с датчиками. В случае обнаружения дыма одним из датчиков, модуль АГПТ выдает сигнал предтревоги, который может быть выведен на световую/звуковую сигнализацию и/или на пульт диспетчера. В случае обнаружения дыма вторым датчиком, модуль АГПТ переходит в режим тревоги и выполняет запрограммированный алгоритм (сигнал на остановку кондиционеров, сигнал на отключение ИБП, сигнал на световую/звуковую сигнализацию и/или на пульт диспетчера). При проведении пуско-наладочных работ у датчиков настраивают различную чувствительность и время задержки для исключения ложного срабатывания и/или преждевременного пуска газового огнетушащего вещества (ГОТВ).

4. Система мониторинга, контроля доступа, звуковой и/или световой сигнализации (устанавливается по требованию заказчика). К основному модулю мониторинга подключаются необходимые сенсоры, считыватели, датчики, извещатели и сигнальные линии от оборудования. Данная система позволяет значительно расширить функционал комплекса инженерных систем, удаленно контролировать его состояние, управлять и настраивать инженерные системы.

Пример 1

ИТ оборудование установлено в шкаф серии 482,6 мм (19''), оснащенный стеклянной дверцей и уплотнителями на всех стыках и сальниковых герметичных вводов для коммуникаций. Максимальная температура воздуха в месте установки комплекса и внешнего блока кондиционера составляет +35°С. Общая линия электропитания вводится в корпус комплекса через сальниковый герметичный ввод и подключается к вводным клеммам компактного распределительного щита с функцией байпаса. Модуль ИБП подключается к компактному распределительному щиту двумя силовыми линиями: линия подачи внешнего электропитания на ИБП и линия подачи электропитания на общую шину в компактном распределительном щите от ИБП. Модуль АКБ подключен к ИБП шиной на соответствующие клеммы подключения АКБ. К общей шине питания компактного распределительного щита подключены три промышленные и три сервисные розетки, каждая из которых защищена отдельным автоматическим выключателем. Модуль автоматического газового пожаротушения (АГПТ) установлен в верхней части шкафа и подключен к сервисной розетке. Во внутренней камере АГПТ установлены два высокочувствительных (аспирационных) датчика обнаружения дыма.

Для создания «холодной» и «горячей» зон в шкафу пространство между передней 19" рамой и боковыми стенками шкафа изолировано с помощью уплотнителя, приклеенного к раме. Уплотнитель не позволяет воздуху из холодной зоны минуя установленное оборудование попадать в горячую зону. Расстояние между вертикальными стойками передней 19'' рамы закрывается установленным оборудованием. Если оборудование не закрывает все пространство - оставшуюся часть закрывают металлическими или пластиковыми заглушками.

В нижнюю часть 19'' монтажной рамы устанавливается встроенный прецизионный кондиционер с холодильной мощностью 7,5 кВт, оснащенный пленочным увлажнителем воздуха сотового типа с производительностью 0,5 кг влаги в час, инверторным компрессором постоянного тока, электронным расширительным вентилем и электронно-коммутируемым вентилятором. Кондиционер занимает 7U места и подключен к компактному распределительному щиту с функцией байпаса через отдельную промышленную розетку.

Система мониторинга, контроля доступа, звуковой и/или световой сигнализации установлена в верхней части корпуса, под модулем АГПТ. К основному модулю мониторинга подключен сенсор, считыватели, датчики, извещатели и сигнальные линии от ИБП, Кондиционера и АГПТ. Система мониторинга подключена к компактному распределительному щиту с функцией байпаса через отдельную сервисную розетку.

Расчет электрической мощности производится по методу, описанному ранее Pибп = (7,5 + 3,4 + 0,05 + 0,05) * 1,1 = 12 кВт

Расчет доступной тепловой мощности производится по методу, описанному ранее: Qуст = 7,5 - 0,1 - (0,76 + 0,02 + 0,05 + 0,05) = 6,52 кВт. Таким образом, при описанной комплектации максимальное тепловыделение (электропотребление) устанавливаемого оборудования не должно превышать 6520 Вт, а для бесперебойного электропитания следует использовать модуль ИБП с мощностью не менее 12 кВт.

Пример 2

Были соединены два шкафа серии 482,6 мм с цельнометаллическими дверцами. Внутри одного из шкафов установлен встроенный прецизионный кондиционер высотой 10U с холодильной мощностью 12,5 кВт, оснащенный пленочным увлажнитель воздуха сотового типа с производительностью 0,5 кг влаги в час, инверторным компрессором постоянного тока, электронным расширительным вентилем и электронно-коммутируемым вентилятором.

Были демонтированы боковые панели шкафов, которые располагались между ними для создания и объединяя общей «холодной» зоны. «Холодная» зона представляет выделенную зону между установленным ИТ-оборудованием и передними дверцами шкафов.

Объединение общей «горячей» зоны у присоединенных шкафов происходит в результате отделения холодной зоны. Таким образом, все, что не входит в холодную зону комплекса считается горячей зоной. Это пространство от передней 19'' рамы до задних дверей шкафов. Кондиционер имеет перфорацию на передней и задней частях корпуса. При установке внутреннего блока кондиционера в 19'' раму шкафа, его передняя часть оказывается в «холодной» зоне, а задняя - в «горячей». Внутри кондиционера разделителем горячей и холодной зон является испаритель хладагента (теплообменник). Горячий воздух из общей горячей зоны прогоняется вентиляторами кондиционера через испаритель, в котором тепло от воздуха передается хладагенту и дальше уже охлажденный воздух попадает в переднюю часть кондиционера и, проходя через перфорацию в передней части корпуса, попадает в общую холодную зону комплекса.

Расчет электрической мощности производится по методу, описанному ранее Pибп = (12,5 + 4,3 + 0,05 + 0,05) * 1,1 = 18,6 кВт.

Расчет доступной тепловой мощности производится по методу, описанному ранее: Qуст = 12,5 - 0,18 - (1,17 + 0,04 + 0,05 + 0,05) = 11кВт. Таким образом, при описанной комплектации максимальное тепловыделение (электропотребление) устанавливаемого оборудования не должно превышать = 11 кВт, а для бесперебойного электропитания следует использовать модуль ИБП с мощностью не менее 18,6 кВт.

Изобретение относится к области электротехники, а также энергетики и теплотехники и «системе несущих конструкций серии 482,6 мм» (международное обозначение серии - «19''»), в частности к модульным комплексам инженерных систем для бесперебойной эксплуатации ИТ-оборудования с встроенным кондиционером. Технический результат - обеспечение высокого класса защиты для установки и бесперебойной эксплуатации информационно-вычислительного, телекоммуникационного и другого ИТ-оборудования. Модульный комплекс инженерных систем содержит оболочку, состоящую из шкафа, и представляет из себя единую конструкцию, состоящую из одного или нескольких соединенных между собой шкафов, причем при соединении нескольких шкафов их «холодные» и «горячие» зоны объединяются между собой, при этом сохраняется разделение между общими «холодной» и «горячей» зонами, источник бесперебойного и автономного питания, систему автоматического газового пожаротушения. При этом комплекс оснащен одним или несколькими встроенными прецизионными кондиционерами, оснащенными пленочными увлажнителями воздуха сотового типа, инверторными компрессорами постоянного тока, электронными расширительными вентилями и электронно-коммутируемыми вентиляторами. Кроме того, комплекс оснащен компактным распределительным щитом с функцией байпаса, представляющим из себя закрытый металлический бокс с промышленными розетками, подключенными к общей шине электропитания через автоматические выключатели нагрузки. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Модульный комплекс инженерных систем для бесперебойной эксплуатации ИТ-оборудования с встроенным кондиционером, содержащий оболочку, состоящую из шкафа, кондиционер, увлажнитель воздуха, источник бесперебойного и автономного питания, систему автоматического газового пожаротушения, отличающийся тем, что:

- комплекс оснащен одним или несколькими встроенными прецизионными кондиционерами, оснащенными пленочными увлажнителями воздуха сотового типа, инверторными компрессорами постоянного тока, электронными расширительными вентилями и электронно-коммутируемыми вентиляторами;

- оболочка комплекса представляет из себя единую конструкцию, состоящую из одного или нескольких соединенных между собой шкафов, причем при соединении нескольких шкафов их «холодные» и «горячие» зоны объединяются между собой, при этом сохраняется разделение между общими «холодной» и «горячей» зонами;

- комплекс оснащен компактным распределительным щитом с функцией байпаса, представляющим из себя закрытый металлический бокс с промышленными розетками, подключенными к общей шине электропитания через автоматические выключатели нагрузки;

- комплекс оснащен блоками распределения питания для подключения ИТ-оборудования к источнику бесперебойного и автономного электропитания с возможностью контроля электропотребления и управления каждой розетки.

2. Модульный комплекс инженерных систем для бесперебойной эксплуатации ИТ-оборудования с встроенным кондиционером по п.1, отличающийся тем, что передняя дверь шкафа выполнена или цельнометаллической, или со стеклянной вставкой, причем между стеклом и корпусом двери установлен уплотнитель.

3. Модульный комплекс инженерных систем для бесперебойной эксплуатации ИТ-оборудования с встроенным кондиционером по п.1, отличающийся тем, что комплекс дополнительно снабжен системой мониторинга, модулем световой и/или звуковой сигнализации, системой контроля и управления доступом.