文│ 沈陽東軟信息技術(shù)服務(wù)有限公司 吳曉暉

1 引言

IT設(shè)備的發(fā)展遵循摩爾定律，其內(nèi)容為集成電路上可容納的電晶體數(shù)目，約每隔24個月便會增加一倍。經(jīng)常被引用的“18個月”是由英特爾首席執(zhí)行官David House所提出，即預(yù)計18個月會將芯片的性能提高一倍[1]。以IT設(shè)備為主要設(shè)備的數(shù)據(jù)中心的能耗也基本符合摩爾定律，其功率密度也將會成倍增加，對應(yīng)其需要的制冷量也將會大大提高。

制冷系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心的能耗總量中所占比例較大，圖1為一個典型的數(shù)據(jù)中心能耗分布比例[2]，可以看出空調(diào)通風(fēng)及加濕系統(tǒng)占數(shù)據(jù)中心能耗的37%左右。由此可以看出空調(diào)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心的總體節(jié)約能耗中占有重要地位。數(shù)據(jù)中心需要恒溫恒濕，故需要在數(shù)據(jù)中心內(nèi)設(shè)計加濕系統(tǒng)，現(xiàn)有的加濕系統(tǒng)都是采用精密空調(diào)自帶的加濕系統(tǒng)。這種加濕系統(tǒng)一般分為電極加濕系統(tǒng)及紅外線加濕系統(tǒng)兩種。使用該加濕系統(tǒng)一般能耗較大，本文提出了加濕系統(tǒng)及單獨配置濕膜加濕系統(tǒng)。結(jié)合焓濕圖給出了濕膜加濕器選型的方法，并針對北京市某機房對其節(jié)能情況進行分析探討。

2 濕膜加濕器的原理

濕膜加濕器的原理就是通過流通空氣的顯熱對加濕材料所含水分進行汽化蒸發(fā)，流通空氣和水分之間進行顯熱和潛熱的熱交換，增加絕對濕度的等焓變化過程。和電極加濕方式不同，其主要能耗設(shè)備只有風(fēng)機，能耗的數(shù)量級在幾百瓦左右，遠遠小于電極加濕動輒幾千瓦甚至更多能耗。

圖1 典型數(shù)據(jù)中心能耗分布

3 加濕量設(shè)計計算及設(shè)備選型

本文以北京市某數(shù)據(jù)中心為例，計算選擇何種類型的濕膜加濕器。在數(shù)據(jù)中心內(nèi)一般無操作人員時，IT設(shè)備都不產(chǎn)生濕量，故主機房的濕度控制可以近似認為只與新風(fēng)有關(guān)。該機房面積約為160m2，層高為4m。根據(jù)《電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范》[3]，可以采取1次換氣，計算出機房的新風(fēng)量應(yīng)為640m3/h。

加濕器應(yīng)該滿足在最不利條件下的加濕需求，北京市典型年日平均變化相對濕度年變化圖如2所示。

由圖2可以看出，北京市室外相對濕度最低值出現(xiàn)在10月28日，最小含濕量為8%，平均干球溫度為8℃。根據(jù)國家規(guī)范要求，該機房設(shè)計的相對濕度應(yīng)在40%～55%，溫度為23℃±1℃，本設(shè)計將對濕度設(shè)為50%。根據(jù)以上參數(shù)查焓濕圖得出，dn=8.8g/kg，dw=0.5g/kg。其加濕量可通過：W=G（dn-dw）計算得出。

其中W為加濕量，G為送風(fēng)量即新風(fēng)量，dn為室內(nèi)含濕量，dw為室外含濕量。

代入以上數(shù)據(jù)可以得出，在最不利情況下加濕量為7.97kg/h，選取某品牌型號為HM2-2000的濕膜加濕器，其加濕性能如圖3所示。由圖3可以查出在機房設(shè)計條件下加濕量為2.1g/kg。因加濕器的風(fēng)量為2000m3/h，每臺加濕量為5kg/h，因此需要設(shè)置該型號加濕器數(shù)量為7.97/5=1.594臺（即2臺）。

圖2 北京市日平均相對濕度年變化

4 節(jié)能效果分析

查閱《中國建筑熱環(huán)境專用氣象數(shù)據(jù)集》可知，北京市氣象典型年的平均相對濕度小于50%的天數(shù)為151天，如果使用電極式加濕器，通過計算得出加濕量為7.97kg/h，該加濕量是在最不利條件下得出的數(shù)值，設(shè)平均需要的加濕量為最大加適量的一半，則需加濕量為7.97×0.5=3.985kg/h，水在標準狀況下的汽化潛熱為2260kJ/kg，故本機房采用電極加濕器的總功率應(yīng)為2.46kW。全年的耗電量由下式計算可得，

Q=2.46×151×24=8915.04kW·h

同理可以計算采用濕膜加濕器的全年耗電量，由設(shè)備樣本所述其額定耗電功率為0.23 kW，其全年耗電量由以下公式計算得出：

Q=0.23×151×24=833.52kW·h

全年節(jié)電量為8000多千瓦時，采用濕膜加濕器的耗電量僅為采用加濕器能耗的9.3%，由此可以比較出兩者的節(jié)能效果。

圖3 濕膜加濕器加濕性能曲線

5 結(jié)束語

數(shù)據(jù)中心的耗能量與日俱增，空調(diào)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心能耗中占有重要地位。本次設(shè)計采用濕膜加濕器分析其節(jié)能效果，根據(jù)北京地區(qū)典型氣象年的參數(shù)，對該數(shù)據(jù)中心的濕膜加濕器進行選型并計算、分析節(jié)能。同時，分析該數(shù)據(jù)中心得出，使用濕膜加濕器每年可以節(jié)約8000多千瓦時的能耗，節(jié)能率可達到90%以上。適宜運用在數(shù)據(jù)中心，尤其可在大型數(shù)據(jù)中心中推廣使用。

【1】http://zh.wikipedia.org/zh-cn/%E6%91%A9%E5%B0%94%E5%AE%9A%E5%BE%8B，維基百科.

【2】 談新一代數(shù)據(jù)中心的安全與節(jié)能——訪艾默生網(wǎng)絡(luò)能源公司高級技術(shù)顧問李成章先生.冶金電氣，2009，28（12）：4-7.

【3】中國電子工程設(shè)計院.GB 50174-2008.電子信息機房設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2009.

【4】中國氣象局氣象信息中心氣象資料室，清華大學(xué)建筑技術(shù)科學(xué)系.中國建筑熱環(huán)境專用氣象數(shù)據(jù)集[M]，中國建筑工業(yè)出版社，2005.

【5】陸耀慶.實用供熱空調(diào)設(shè)計規(guī)范[M].第二版.中國建筑工業(yè)出版社，2008：1610.