通信机房节能型湿膜加湿器的应用
http://www.ttm.com.cn 2011年5月20日 15:48 电信技术
作者：张文利 邱群 曹欣
1引言
通信设备对机房运行环境要求较高，根据通信机房类别不同，温湿度要求见表1。通信机房节能型湿膜加湿器的应用
空气中相对湿度过低时易发生静电放电现象，导致通信设备中集成电路板被击穿、中央处理机磁介质剥落、通信数据丢失或混乱、元件损坏等。我国地域辽阔，各地区所处气候带不同，温湿度差异较大，西部和北部大部分属于干旱和半干旱地区，空气相对湿度较低，通信核心机房环境加湿显得尤其重要。
2 技术分析
现有通信机房专用空调配套加湿系统主要采用红外线加湿器或电极式加湿器，与节能型湿膜加湿器的主要工作原理对比如下。
2.1 红外线加湿器
红外线加湿为洁净加湿，属于强制蒸发加湿，使用2200℃加热的红外灯作热源加热水箱中的水，使表面的水迅速蒸发产生过热蒸汽对空气进行加湿。它属于无菌型加湿，其优点有加湿速度快、动作灵敏、易控制、红外灯管使用寿命较长、设备体积较小等。缺点是红外线加湿器关键部件红外灯管价格昂贵，能耗高，清洗水槽的工作量大，运行费用较高。加湿时，需要将电能转变为热能，使水沸腾变成100℃蒸汽随空调送风系统进入加湿环境，这样就会使环境温度增加2℃~3℃，增加了空调制冷的负担。
2.2 电极式加湿器
电极式加湿器通过控制加湿罐中水位来调整加湿罐内的电阻，以控制水的导电发热状态，进而控制蒸汽加湿量。由于水作为电路的一部分，因此电极式加湿无水时则无电流，克服了电热式无水空烧不**的缺点。电极式加湿器具有体积小、安装简单、**可靠等优点。缺点是当要求较大加湿量时其能耗大，当使用非净化水时电极板易结垢，且更换加湿罐的成本高。加湿时需要将电能转变为热能，使水沸腾变成100℃蒸汽随空调送风系统进入加湿环境，这样就会使环境温度增加2℃~3℃，增加了���调制冷的负担。
2.3节能型湿膜加湿器
节能型湿膜加湿器是通过水泵将水箱内经过纯化的水，经由管路和淋水系统喷淋在湿膜上方，水在自然重力作用下将湿膜湿润，再由节能型加湿机内部的送风机将湿膜上的水份与干燥的气流进行热交换，汽化成为高湿空气进行机房加湿。汽化过程需吸收环境的热量，通过机房空调的送风、回风系统，加湿气化过程将降低机房温度约2℃，间接节省了空调的制冷能耗。在加湿的同时，机房内含有灰尘杂质的空气会被湿膜所过滤，在进风口安装亚粗效无纺布过滤网进行空气粗滤净化。当湿度探头监测到机房的湿度达到规定时，加湿机停止加湿工作。节能型湿膜加湿器具有显著的节能效果。其缺点是设备体积较大，需在机房内单独安装。
3 工程案例
3.1气候特点
内蒙古自治区地域广袤，所处纬度较高，高原面积大，距离海洋较远，边沿有山脉阻隔，气候以温带大陆性季风气候为主。除东部的呼伦贝尔、兴安盟外，其他盟市的年降水量均较少，气候干燥。
3.2 工程实施背景
呼和浩特地处内蒙古的中西部地区，属于干旱、半干旱地区，通信机房常年需要加湿。内蒙古电信呼和浩特市金桥信息化机房和数据机房均为高热密度机房，机房内设备发热量大，机房环境温度较高。通信机房专用空调均为某厂商的精密空调，配套的加湿器采用红外线加湿，制冷量为100 kW的空调机组所配置的红外线加湿器耗电量为9.6 kW，耗电量大。2010年为中国电信集团推进节能减排技术改造工作的**年，内蒙古电信考虑到网络自身特点和气候特点，通过节能效果分析、比较，将节能效果较好且易于实施的节能型湿膜加湿器列为通信机房节能减排工作的**技术改造项目。
3.3 工程实施方案
根据金桥信息化机房和数据机房的面积、装机容量、设备发热量等条件，本工程将在金桥信息化机房安装A厂商加湿量为10 kg/h的节能型湿膜加湿器2台，加湿量为6 kg/h的节能型湿膜加湿器1台；金桥数据机房安装B厂商加湿量为10 kg/h的节能型湿膜加湿器4台，加湿量为7 kg/h的节能型湿膜加湿器1台。考虑到呼和浩特市水质较差，所有加湿器水源引入端配置纯水装置，以延长湿膜使用寿命和减少后期维护工作量。安装节能型湿膜加湿器后，关闭原有空调配套的红外加湿器。
改造前后加湿器相关参数对比见表2。
注：因节能型湿膜加湿器投产的时间较短，改造后湿膜加湿器的日平均运行时长是按改造前后保持相同湿度的情况推算出来的。另外，经实测，湿膜加湿器在待机状态（非加湿）的工作电流为0.04～0.05 A。
3.4 实测数据分析
鉴于内蒙古电信目前尚未建成能耗监测平台，无法直接读取改造前后加湿器的能耗数据，暂时采用测量改造后节能加湿器在高风速状态的实测工作电流来评估节能效率和效益。
加湿器改造前，以设备投产两年多来空调内置加湿器的运行时间，计算出各机房改造前空调内置加湿器的日平均运行时长，信息化机房为10.18 h，数据机房为9.2 h。
改造前信息化机房加湿器的年耗电数=（9.6×3+4.8×1）×10.18×365=124847（度）
改造前数据机房加湿器的年耗电数=（9.6×2+7.2×2+4.8×4）×9.2×365=177302（度）
加湿器改造后，按改造前后保持相同湿度的情况推算出各机房改造后湿膜加湿器的日平均运行时长，信息化机房为15.27 h，数据机房为11.35 h。根据加湿设备高风速运行及待机状态的实测工作电流来计算改造后机房加湿器的年耗电数。
改造后信息化机房加湿器的年耗电数=（2.25×220×2+1.85×220×1）/1000×15.27×365+（0.05×220×3）/1000×（24-15.27）×365=7891（度）
改造后数据机房加湿器的年耗电数=（2.17×220×4+1.58×220×1）/1000×11.35×365+（0.05×220×5）/1000×（24-11.35）×365=9605（度）
3.5 湿膜的选择
节能型湿膜加湿器的主要组成部件湿膜按材质分为有机湿膜、无机玻璃纤维湿膜、不锈钢湿膜、铝合金湿膜。目前内蒙古电信信息化机房及数据机房节能型湿膜加湿器均采用有机湿膜。有机湿膜是经过特殊成分的树脂材料粘结处理后，形成波纹板状交联重叠的亲水性高分子复合材料。它内含缓释型抑菌剂，具有**的吸水性、良好的自我清洗能力，无毒、耐酸碱、耐霉菌、耐腐蚀的特点。
3.6 维护工作量及费用分析
现有空调加湿系统由于是高温蒸汽加湿，会产生大量水，需要对水槽和下水管道定期清洁。红外加湿器红外线灯管的使用寿命长，每台每年耗材成本低。电极加湿器的加湿罐易结水垢，需要定期更换，每台每年耗材成本为2 000~3 000元。湿膜加湿器是通过空气交换加湿，不会产生高温，淋水系统自动清洁，维护工作量大幅减少。湿膜加湿器配置了纯水装置，湿膜只要每2年更换一次，更换一次价格约1 000元。纯水装置的滤芯每年更换一次，更换一次价格约1 500元。过滤网半年冲洗一次，可反复使用，每块价格约80元。湿膜加湿器年耗材开支约2 100元。
3.7 工程中的注意事项
（1）设备应靠墙与空调同向安装在两排机架的过道处，并与通信设备保持一定距离，避免加湿器风速较高时将水雾溅到通信设备上。
（2）储水装置及送水装置应有防渗漏措施或监测告警。
（3）停止加湿时送风机也应停止工作，避免额外耗能。
（4）加湿器周围应增加挡水坝，且安装漏水检测探头，并纳入动环监控中。
（5）送水主管线尽量选择在机房外布置，送水管应采用防腐、防锈的PPR管。
（6）在水质较差的地区应增加纯水装置，以增加湿膜使用寿命和减少维护工作量。
（7）加湿器湿度探头应安装在加湿器外壳的合适位置，不应安装在加湿器机壳内。
4 效益分析
根据上述工程案例测试数据可知，信息化机房采用现有3台100 kW空调和2台30 kW空调配套的加湿系统每年消耗电量124 847度。机房空调配套加湿器改造为A厂商的节能型湿膜加湿器后，以全年日均运行15.27 h计，改造后采用加湿量2台10 kg/h和1台6 kg/h节能型湿膜加湿机每年消耗电量7 891度，节电116 956度，节电率93.7%。以每度电0.8元计算，每年节约电费9.36万元。该机房共安装3台湿膜加湿器，工程总投资5.08万，静态投资回收期约为0.55年。
数据机房采用现有2台100 kW空调、2台70 kW空调和4台30 kW空调配套的加湿系统，每年消耗电量177 302度。机房空调配套加湿器改造为B厂商的节能型湿膜加湿器后，以全年日均运行11.35 h计，改造后采用加湿量4台10 kg/h和1台7 kg/h节能型湿膜加湿机，每年消耗电量9 605度，节电167 951度，节电率94.6%。以每度电0.8元计算，每年节约电费13.44万元。该机房共安装5台湿膜加湿器，工程总投资11.45万，静态投资回收期为0.85年。
因条件限制（尚未建能耗监测平台），无法直接取得节能加湿器改造前后整个机房的能耗数据。以上节能分析，还未考虑采用湿膜加湿技术以下两个方面节能：一方面，加湿汽化过程降低机房空间的温度，间接节省空调的制冷能耗而达到的节能效果；另一方面，避免了红外加湿或电极加湿器产生的热量，对空调制冷造成的负担。因此，实际节能效果应比以上分析的结果更好。
5 结束语
通过与红外线加湿器和电极式加湿器技术工作原理对比，结合内蒙古电信信息化机房、数据机房实际安装使用前后耗电量的测算比较可知，节能型湿膜加湿器具有节能效果明显，投资回收期短，后期维护工作量小，维护成本较低等优势，可完全替代原有精密空调配套的红外加湿器，在我国干旱、半干旱地区的通信机房加湿应用中具有很好的推广价值。