different types of cooling systems and compared their efficiency. Now, we would like to turn to a very important aspect of cooling system operation, which is unfortunately paid insufficient attention till now. This is correct installing of cooling units in commutator workroom. There are two thermal schemes below, which have been received using Flovent com-puter program for two different cases of arrangement of Telecool DP system units. These schemes show that we have received decreasing t

ure outside racks.

Температура внутри стоек при различных способах расположения блоков вытеснения. На схеме a) поток воздуха от блока вытеснения направлен непосредственно в проход перед стойкой с оборудова-нием.
На схеме b) поток воздуха от блока вытеснения направлен в торец шкафа для гашения скорости воздуха.

Figure 1.

The temperature inside racks at various ways of arrangement "displacement" units. At the scheme a) airflow is directed from "displacement" cooling unit into aisle before cabinet with equipment.
At the scheme b) the one is directed to side panel of the cabinet on purpose to decrease air speed.

Это означает, что при наиболее оптимальном расположении модулей охлаждения в помещении, пользователь может позволить себе повысить температуру воздуха между стойками, и при этом температура в телекоммуникационных стойках останется в рекомендуемых производителем пределах. Поскольку, как уже не однократно обсуждалось выше, температура воздуха между стойками напрямую связана с температурой воздуха, подаваемого из модуля охлаждения, пользователь получает возможность несколько повысить температуру змеевика модуля охлаждения, что однозначно ведет к снижению потребляемой мощности компрессора, увеличению времени использования режима свободного охлаждения и, в конечном итоге, к снижению эксплуатационных финансовых затрат.

Приведем несколько примеров неоптимального размещения охлаждающих модулей из нашей практики. Обратимся еще раз к схеме 1. Поток воздуха, выходящий из блока вытеснения имеет характерную скорость 1 м/с. Не встречая сопротивления, воздух проходит между ближайшими к блоку вытеснения стойками с характерной скоростью порядка 0,9 м/с. В данном случае, мы имели дело с телекоммуникационными шкафами типа BYB 501 для коммутаторов типа AXE, внутренняя вентиляция которых осуществляется за счет естественной конвекции воздуха, т.е. основным механизмом движения воздуха из области большего давления внизу шкафа в область меньшего давление вверху. Поток воздуха между стойками, имевший достаточно высокую скорость, создавал область разряжения, что приводило к нарушению естественного движения воздуха внутри шкафа и соответственно к возникновению "горячих точек".

В качестве другого примера приведем одну из охлаждающих систем типа "перемешивания", блок которой имел следующие характеристики:

подача холодного воздуха производилась на высоте 2,2 м под углом 60^о скоростью 12 м/с,
мощность блока 15 кВт,
система охлаждения была установлена в помещении 12х6 метров, высота потолка 3,8 м,
в помещении были установлены телекоммуникационные шкафы с забором у пола и принудительной вентиляцией за счет системы вентиляции, установленной внутри шкафов.

В результате получилось столкновение двух фронтов: холодного воздуха, подаваемого с большой скоростью вдоль верных панелей шкафов и горячего воздуха, который вентиляторы пытаются выбросить из шкафов. В результате эффективность внутренней системы охлаждения шкафов была значительно снижена и был затруднен доступ холодного воздуха к местам забора его у пола шкафами с оборудованием. Это пример показывает, что установленная система охлаждения в данном случае не учитывала особенности охлаждения телекоммуникационного оборудования, или по крайней мере, подача воздуха должна была бы быть иначе ориентирована. Внесенные пользователем исправления в систему охлаждения заключались, в частности, в перенаправлении потоков холодного воздуха.

Обычная практика установки системы охлаждения сводится к установке охлаждающих дополнительных модулей в помещении с установленным или распланированным к установке телекоммуникационным оборудованием. Однако, мы рекомендуем нашим клиентам, что установка оборудования должна производится также и с учетом обеспечения оптимального с точки зрения эксплуатационных затрат режима вентиляции и охлаждения.

2.2. Проблемы равномерности охлаждения

Основной задачей климатической системы является поддержание в помещении коммутатора температурных условий, необходимых для эффективной и бесперебойной работы телекоммуникационного оборудования. Пределы допустимых значений температуры даются производителем оборудования. Кроме того, существуют температурные стандарты на работу обслуживающего персонала. Поскольку телекоммуникационное оборудование является тепловыделяющим, основной нашей заботой, является удержание максимума температуры в помещении в заданном пределе, разумеется не допуская переохлаждения.

Ранее, мы рассмотрели серию примеров, в которых эффективность одних охлаждающих систем по отношению к другим сводилась в конечном итоге к более равномерному охлаждению помещению в целом. Это связано с основами функционирования всей системы охлаждения. Температурные датчики в помещении имеют связь с блоком охлаждения. В случае, если на одном из датчиков температура превысила максимально допустимое значение, блок охлаждения начинает опускать температуру на змеевике до тех пор, пока температура на всех датчиках не установится ниже допустимой. Следовательно, чем неравномернее охлаждается помещение, тем более низкую температуру будет поддерживать блок охлаждения на змеевике. Что в конечном итоге приведет к повышению эксплуатационных затрат.

2.3. Прочие проблемы

Чем меньше энергопотребление системы охлаждения, тем дольше она работает в аварийном режиме (от аккумулятора).

Опыт установки и обслуживания систем охлаждения различных показывает, что более отказоустойчивыми являются системы типа "вытеснения" по сравнению с другими системами, так как выход из строя отдельных модулей такого рода систем не приводит к возникновению областей перегрева (температура повышается равномерно по всей площади помещения, в результате чего повышение температуры в каждой конкретной точке невелико). Аналогичная ситуация имеет место и в случае отключения системы охлаждения при перебоях подачи сетевого электропитания. Время прогрева до критического уровня будет существенно дольше.

3.Выводы

В настоящее время используются четыре основных типа систем охлаждения в телекоммуникационной области. Две из них - "климатический потолок" и "распределение под фальшполом" - являются достаточно дорогостоящими и накладывают жесткие требования на помещения коммутатора. Поэтому, с учетом настоящего финансового положения в стране, они заняли небольшое место в нашем докладе. Мы постарались, в основном, указать на достоинства и недостатки более дешевых систем типа "перемешивания" и "вытеснения". Нашим заказчикам мы рекомендуем системы типа "вытеснения" как более эффективные и гибкие именно в области телекоммуникационного оборудования, и следовательно снижающие финансовые расходы наших клиентов.

Грамотный выбор типа системы охлаждения и предварительное моделирование процессов охлаждения помещения, особенно в случаях, когда само помещение и устанавливаемое оборудование отлично от типового существенно снижает эксплуатационные расходы функционирования как системы охлаждения, так и всего комплекса оборудования вцелом. А также, значительно снижает вероятность непредвиденных расход в аварийных случаях.

Список литературы

А.Кемппаинен. Численное и экспериментальное изучение процесса вентиляции за счет вытеснения в приложении к обслуживанию связи.

П.Томсон

P.Cinato, C.Bianco, L.Licciardi, F.Pizzuti, M.Antonetti, M.Grossoni. An innovative approach to the enviromental system design for TLC rooms in Telecom Italia.

It means that customer using the most optimal arrangement of cooling modules in switchroom can increase the air temperature between racks and, at once, keep the temperature inside telecommunication racks in manufactory's recommend limits. It was already discussed above that the temperature of air between racks is connected with the temperature of supplied from cooling unit air. Therefore, the customer gets an op-portunity to increase the temperature cooling unit cooling coil. That leads to decreas-ing of compressor consumed capacity, increasing of free cooling time, and finally, decreasing of operational financial expenses.

We would like to show some real examples of non-optimum installation of cooling units. Let us again consider the figure 1. The airflow leaving the "displacement" unit has characteristic velocity of 1 m/sec. As well the airflow doesn't have any resistance, it moves between nearest to "displacement" unit racks with char-acteristic speed about of 0,9 m/sec. In this case we considered telecommunication cabinets of BYB 501 type for AXE commutators. The internal ventilation of the cabi-nets is made at the expense of air natural convection, i.e. at the expense of air moving from the area of greater pressure at the bottom of cabinet to the area of smaller pres-sure at the top of cabinet. The airflow between racks has rather high speed creating the discharged area. That results to disbalance of air natural movement inside the cabinet and to occurrence "hot points".

Let us consider another example of cooling system of "mixing" type. The cooling unit of the system had the following characteristics:

The admission of cold air was made at the height of 2,2 m, the angle of 60оС, with the speed of 12 m/sec.
The capacity of the unit was of 15 kW.
The cooling system was installing in the workroom of 12 x 6 m; ceiling height was of 3,8 m.
Telecommunication cabinets installed in the switchroom had air intake at a floor level and had forced ventilation at the expense of cabinet internal ventilation system.

As a result the contact of two fronts turned out, the first one was the front of cold air supplied with great speed along cabinets' tops, the second one was the front of hot air, which the fans tried to throw out from the cabinets. This collision leaded to decreasing of efficiency of cabinets' internal cooling system and the access of cold air to cabinets' air intakes at the floor level was complicated. This example shows that the installed cooling system did not consider features of telecommunication equipment cooling. The correction had been made, in particular, consisted in changing directions of cold airflow.

The usual practice of cooling system installation is reduced to installation of cooling modules in a workroom with the telecommunication equipment, which is al-ready installed or planned to installation. However, we strong recommend to our customers, that the installation of the equipment should be made as well in view of optimum expenditures connected with ventilation and cooling.

2.2. Problem of homogeneity cooling

The basic task of climatic system is the maintenance of thermal conditions in the switchroom, which are necessary for effective and uninterrupted operation of tele-com equipment. The equipment manufacturer gives the available thermal limits. Be-sides, there are thermal standards for personnel work conditions . As well telecom equipment is heat emissive, our basic care is to supervise the maximum temperature in a switchroom and to keep it within given limit and, certainly, prevent overcooling.

We have considered above a set of examples, where the efficiently of one cooling system in comparison to another was reduced, in main, to more uniform cool-ing the workroom as a whole. It is connected with the basis of cooling system opera-tion. Thermal sensors in the workroom are connected with cooling units. If some sen-sor shows that temperature exceeds maximum, the cooling unit decreases cooling coil temperature until all sensor show the temperature within available limits. Therefore, the non-uniform cooling of workroom leads to low temperature of cooling coil, and, finally, that leads to increasing of operational expenses.

2.3. Other problems

The less cooling system power consumption, means the longer operation time in the case of mains failure (using battaries supply).

The experience of installation and service various cooling systems shows, that more fail-safe are the "displacement" systems in comparison with other systems, be-cause the failure of separate units of "displacement" system does not leads to occur-rence overheat areas. The temperature increases evenly in all volume of workroom, so the thermal increasing in each point is not significant. The similar situation occurred in the case of switching-off of all cooling system through power supplies faults. The time of workroom heating up to critical level will be much longer.

3. Conclusions

Four basic types of cooling systems are now used in telecommunication area. Two of them - "climatic ceiling" and "distribution under false-floor" - are rather ex-pensive and impose the hard limits on swithchroom structure. Therefore, in terms of the current financial situation in the country, they have occupied a small place in our paper. We have tried, basically, to specify advantages and lacks of cheaper systems of types "mixing" and "displacement". We recommend our customers "displacement" cooling systems as more effective and flexible just for the telecommunication equip-ment, and therefore as lowering financial charges of our clients.

The competent choice of cooling system type and preliminary numerical mod-eling of switchroom cooling processes essentially reduce the operational charges of operating both cooling system and all equipment complex, especial when the installed telecommunication equipment and workroom are far from typical.

Bibliography

A.Kemppainen.

P.Tomson

P.Cinato, C.Bianco, L.Licciardi, F.Pizzuti, M.Antonetti, M.Grossoni.

T SIZE=-1>Dimensions: 1200х600х2120 mm.
Air flow: 1,4 kg/sec.
Output air velocity: 1 m/sec.
Cooling coil temperature: 18╦ С.

Использовалось 4 блока DU5 и 4 блока DU10. На рисунках, расположенных ниже, приведены схемы расположения модулей охлаждения в рабочем помещении для обоих моделируемых случаев.	There were concidered 4 units of DU5 type and 4 units of DU10. The plans of cooling units' arrangement in the switchroom for both simulated cases are given at the figures located below.

Здесь необходимо подчеркнуть, что в обоих случаях было найдено достаточно корректное расположение модулей охлаждения. Поэтому дальнейшее сравнение результатов процесса охлаждения помещения является безусловно непредвзятым. Обе системы охлаждения, развивая при работе свою номинальную мощность, отводят по 60кВт. Разница между системами состоит лишь в том, как распределен отвод тепла по помещению. При использования климатической системы с вентиляцией за счет вытеснения, в помещении появляются две ярко выраженные области: область горячего воздуха (от 30^оС) и область прохладного воздуха. Причем блоки вытеснения (DU) разработаны и установлены таким образом, чтобы граница зон проходила выше верхней кромки шкафов с оборудованием. Таким образом, основной отвод тепла расположен в холодной зоне, т.е. именно там, где расположено оборудование. Причем, за счет однородности подачи и распределения охлажденного воздуха отвод тепла производится равномерно, не приводя к появлению перегретых или переохлажденных точек, в отличие от системы типа "перемешивания".	It is necessary to emphasize that the rather correct arrangement of cooling units was found in the both cases. Therefore further comparison of workroom cooling proc-ess results is certainly impartial. Both cooling systems remove 60KW when they steam up the rated power. The difference between systems consists only in distribution of heat removal in workroom. If "displacement" climatic system is used the two strongly marked areas exist in the workroom - area of hot air (upward of 30^оС) and area of cool air. Besides, displace-ment units are developed and established on purpose to make the boundary of areas mentioned above would be located overtop cabinets with equipment. Thus, the main heat removal is located in the cold area, i.e. just in the zone where the equipment is. Furthermore, the homogeneity of cooled air admission and distribution leads to even heat removal without overheated and overcooled points. That is one of the basic differences between "displacement" and "mixing" cooling systems.

Распределение температур в горизонтальной плоскости на высоте 1.5 м для случаев:

а) охлаждения за счет вытеснения,

б) охлаждения "перемешиванием".

Thermal distribution on the horizon-tal plane on high 1.5 m:

a) "displacement" cooling,

b) "mixing" cooling.

Другим существенным преимуществом такого способа охлаждения является тот факт, что забор воздуха в блок охлаждения производится из "горячей зоны". Рассмотрим подробнее этот момент. Количество тепла, отводимое блоком охлаждения за единицу времени -

, прямо пропорционально разности температур забираемого воздуха (Т_В) и змеевика (Т_З). Чем выше

, тем выше КПД блока охлаждения, т.е., для того, чтобы повысить эффективность работы блока охлаждения, надо увеличить разность (Т_В-Т_З). Этого можно добиться либо за счет уменьшения температуры змеевика, либо за счет забора из помещения воздуха с максимальной температурой.

Other essential advantage of "displacement" cooling way is the fact that the air intake in the cooling unit is located in "hot area". Let us consider this moment in de-tails. The heat quantity -

, which is removed by the cooling unit per time, is in direct proportion to the difference of intaking air temperature (TI) and cooling coil tempera-ture (TCP). Increase of

leads to increase of efficiency. This means that it is necessary to increase the difference (TI-TCP) for increasing cooling equipment efficiency. It can be achieved either by decreasing cooling coil temperature or by maximal temperature air intaking from workroom.

Распределение температур в проходе между рядами для случаев:

а) охлаждения за счет вытеснения,

б) охлаждения "перемешиванием".

(Разность между соседними конту-рными линиями составляет 0.5^оС.)

Thermal distribution in the aisle be-tween equipment cabinets:

a) "displacement" cooling,

b)"mixing" cooling.

(The difference between next contour lines is 0.5^оС.)

Как видно из схем распределения температур, блок охлаждения системы "перемешивания" забирает воздух из области с температурой 26^оС, в то время, как блок охлаждения системы вытеснения, берущий воздух из "горячей зоны", имеет на входе температуру 30-32^оС. Следовательно, для обеспечения получения необходимой величины отвода тепла

, температура змеевика блока "перемешивания" должна быть существенно ниже температуры блока "вытеснения". Здесь следует отметить, что температура змеевика непосредственно связана с энергопотреблением блока охлаждения. Чем ниже требуемая температура змеевика при прочих равных условиях, тем больше затрат энергии требует компрессор для создания соответствующей разности давления между испарителем и конденсатором [2], а более низкая температура змеевика ведет к уменьшению времени использования режима свободного охлаждения. В данной модели, температура змеевика в случае "перемешивания" была 11^оС, а в случае "вытеснения" - 18^оС.

Разобранный выше пример иллюстрирует закономерное преимущество систем охлаждения типа "вытеснения" перед системами типа "перемешивания" при охлаждении телекоммуникационного оборудования. Этому можно дать следующие пояснения. Установка охлаждающих блоков обычно производится вдоль одной стены помещения. Подача холодного воздуха под потолок в системах типа "перемешивание" приводит к необходимости либо сильно снижать температуру подаваемого воздуха, либо сильно увеличивать начальную скорость подачи с целью охладить весь объем помещения. Это связано с тем, поданный к потолку холодный воздух естественно теряет горизонтальную составляющую скорости, но как наиболее плотный стремится опуститься вниз. Возможно, в больших незаполненных помещениях, где мало помех горизонтальному распространению воздуха, такой способ подачи холодного воздуха приведет к быстрому охлаждению всего объема. Однако, специфика помещений с телекоммуникационными шкафами иная, здесь много препятствий для горизонтального движения воздуха и велика вероятность появления застойных зон, более того, любое препятствие само является тепловыделяющей поверхностью. В системах "вытеснения" холодный воздух подается на пол, он как бы наливается в помещение, постепенно растекаясь, заполняет весь объем, вытесняя вверх более теплый. Более того, нагреваясь, он поднимается вверх, освобождая место новой холодной порции. И хотя процесс заполнения помещения холодным воздухом требует некоторого времени, возможно более долгого, чем в случае "перемешивания" в пустом помещении, но как только процесс устанавливается, мы получаем равномерно охлажденный объем вне зависимости от размещения оборудования.

Как показывает опыт наш и наших зарубежных коллег, а также теоретические выкладки, суть которых мы Вам кратко изложили [1], [3], охлаждающие системы типа "вытеснения" являются на данный момент наиболее эффективными с точки зрения их использования в охлаждении телекоммуникационного оборудования.

2. Определение параметров охлаждающей системы.

2. 1. Проблемы расположения

В предыдущих разделах настоящего доклада мы рассматривали различные типы охлаждающих систем и сравнивали их эффективность. Сейчас, нам бы хотелось остановиться на еще одном, немаловажном аспекте функционирования системы охлаждения, на который, к сожалению, до настоящего времени обращают недостаточное внимание, - корректное расположения модулей охлаждения в помещении коммутатора. На приведенных ниже схемах распределения температур, рассчитанных с помощью программы Flovent, для двух различных случаев расположения блоков системы Telecool DP, наглядно видно, что только с помощью перемещения охлаждающего блока мы добились существенного снижения температуры внутри стоек не изменяя температуру окружающего стойки воздуха.

We can see at the thermal distribution schemes that the "mixing" cooling sys-tem unit intakes air from the area of 26^оС temperature when the "displacement" unit intakes air of 30-32^оС temperature. Therefore, the cooling coil temperature of "mixing" unit has to be much below than the one of "displacement" unit for reception special heat removal

. It is necessary to point here that the cooling coil temperature is directly connected with energy consumption of cooling unit. The cooling coil tem-perature decreasing, with other aspekts being equal, leads to increasing energy ex-penses of the compressor for creation the pressure difference between freezer and con-denser [2]. Lower temperature of cooling coil also leads to decrease of free cooling time. In our model the cooling coil temperature at "mixing" unit is of 11^оС and at "displacement" unit is of 18^оС.

The above analyzed example illustrates natural "displacement" cooling system advantage of "mixing" one in the case of telecommunication equipment cooling. We would like to give some explanation to this fact. The installation of cooling units is usually made along one wall of switchroom. The cold air admission to the top of work-room in "mixing" cooling systems leads to the necessity either to decrease the tem-perature of supplying cold air or strongly to increase initial speed of admission on pur-pose to cool all workroom volume. The reason is based on a fact that sent to a ceiling cold air naturally loses the horizontal component of its velocity and, as most dense, aspires to go downwards. Probably, such way of cold air admission results in fast cooling of all volume of the large blank workroom where there are not enough handi-caps for horizontal air distribution. However, particularity of workrooms with tele-communication cabinets is another. There are a lot of handicaps for horizontal air movement and the probability of stagnant areas occurrence is great. Moreover, any obstacle is heat emission surface. The "displacement" cooling system unit supplies cold air on floor, the process looks like cold air pouring into workroom, step by step chan-neling and filling in all volume. Cold air extrudes warm one upward. Moreover, when cold air is heated it naturally rises upwards to release a place for new cold portion. The process of workroom filling by cold air requires some time; it is possible that it takes more than in the case of "mixing" process in an empty workroom. But as soon as the cooling process becomes stabilized we receive evenly cooling volume out of depend-ence on installing equipment.

Our experience, the experience of our foreign colleagues and, also, theoretical computation, which have been briefly given you [1], [3], show that "displacement" cooling systems are at present most effective from the point of view of their using in telecommunication equipment cooling.

2. Definition of parameters of cooling system.

2.1. Problems of an arrangement

In the previous sections of the present paper we considered different types of cooling systems and compared their efficiency. Now, we would like to turn to a very important aspect of cooling system operation, which is unfortunately paid insufficient attention till now. This is correct installing of cooling units in commutator workroom. There are two thermal schemes below, which have been received using Flovent com-puter program for two different cases of arrangement of Telecool DP system units. These schemes show that we have received decreasing the temperature inside racks only by cooling unit moving without decreasing the temperature outside racks.