北京市某数据中心湿膜加湿器的选择及节能效果探讨

文│ 沈阳东软信息技术服务有限公司 吴晓晖

1 引言

IT设备的发展遵循摩尔定律，其内容为集成电路上可容纳的电晶体数目，约每隔24个月便会增加一倍。经常被引用的“18个月”是由英特尔首席执行官David House所提出，即预计18个月会将芯片的性能提高一倍[1]。以IT设备为主要设备的数据中心的能耗也基本符合摩尔定律，其功率密度也将会成倍增加，对应其需要的制冷量也将会大大提高。

制冷系统在数据中心的能耗总量中所占比例较大，图1为一个典型的数据中心能耗分布比例[2]，可以看出空调通风及加湿系统占数据中心能耗的37%左右。由此可以看出空调系统在数据中心的总体节约能耗中占有重要地位。数据中心需要恒温恒湿，故需要在数据中心内设计加湿系统，现有的加湿系统都是采用精密空调自带的加湿系统。这种加湿系统一般分为电极加湿系统及红外线加湿系统两种。使用该加湿系统一般能耗较大，本文提出了加湿系统及单独配置湿膜加湿系统。结合焓湿图给出了湿膜加湿器选型的方法，并针对北京市某机房对其节能情况进行分析探讨。

2 湿膜加湿器的原理

湿膜加湿器的原理就是通过流通空气的显热对加湿材料所含水分进行汽化蒸发，流通空气和水分之间进行显热和潜热的热交换，增加绝对湿度的等焓变化过程。和电极加湿方式不同，其主要能耗设备只有风机，能耗的数量级在几百瓦左右，远远小于电极加湿动辄几千瓦甚至更多能耗。

图1 典型数据中心能耗分布

3 加湿量设计计算及设备选型

本文以北京市某数据中心为例，计算选择何种类型的湿膜加湿器。在数据中心内一般无操作人员时，IT设备都不产生湿量，故主机房的湿度控制可以近似认为只与新风有关。该机房面积约为160m2，层高为4m。根据《电子信息系统机房设计规范》[3]，可以采取1次换气，计算出机房的新风量应为640m³/h。

加湿器应该满足在最不利条件下的加湿需求，北京市典型年日平均变化相对湿度年变化图如2所示。

由图2可以看出，北京市室外相对湿度最低值出现在10月28日，最小含湿量为8%，平均干球温度为8℃。根据国家规范要求，该机房设计的相对湿度应在40%～55%，温度为23℃±1℃，本设计将对湿度设为50%。根据以上参数查焓湿图得出，dn=8.8g/kg，dw=0.5g/kg。其加湿量可通过：W=G（dn-dw）计算得出。

其中W为加湿量，G为送风量即新风量，dn为室内含湿量，dw为室外含湿量。

代入以上数据可以得出，在最不利情况下加湿量为7.97kg/h，选取某品牌型号为HM2-2000的湿膜加湿器，其加湿性能如图3所示。由图3可以查出在机房设计条件下加湿量为2.1g/kg。因加湿器的风量为2000m3/h，每台加湿量为5kg/h，因此需要设置该型号加湿器数量为7.97/5=1.594台（即2台）。

图2 北京市日平均相对湿度年变化

4 节能效果分析

查阅《中国建筑热环境专用气象数据集》可知，北京市气象典型年的平均相对湿度小于50%的天数为151天，如果使用电极式加湿器，通过计算得出加湿量为7.97kg/h，该加湿量是在最不利条件下得出的数值，设平均需要的加湿量为最大加适量的一半，则需加湿量为7.97×0.5=3.985kg/h，水在标准状况下的汽化潜热为2260kJ/kg，故本机房采用电极加湿器的总功率应为2.46kW。全年的耗电量由下式计算可得，

Q=2.46×151×24=8915.04kW·h

同理可以计算采用湿膜加湿器的全年耗电量，由设备样本所述其额定耗电功率为0.23 kW，其全年耗电量由以下公式计算得出：

Q=0.23×151×24=833.52kW·h

全年节电量为8000多千瓦时，采用湿膜加湿器的耗电量仅为采用加湿器能耗的9.3%，由此可以比较出两者的节能效果。

图3 湿膜加湿器加湿性能曲线

5 结束语

数据中心的耗能量与日俱增，空调系统在数据中心能耗中占有重要地位。本次设计采用湿膜加湿器分析其节能效果，根据北京地区典型气象年的参数，对该数据中心的湿膜加湿器进行选型并计算、分析节能。同时，分析该数据中心得出，使用湿膜加湿器每年可以节约8000多千瓦时的能耗，节能率可达到90%以上。适宜运用在数据中心，尤其可在大型数据中心中推广使用。

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

【2】 谈新一代数据中心的安全与节能——访艾默生网络能源公司高级技术顾问李成章先生.冶金电气，2009，28（12）：4-7.

【3】中国电子工程设计院.GB 50174-2008.电子信息机房设计规范[S].北京：中国计划出版社，2009.

【4】中国气象局气象信息中心气象资料室，清华大学建筑技术科学系.中国建筑热环境专用气象数据集[M]，中国建筑工业出版社，2005.

【5】陆耀庆.实用供热空调设计规范[M].第二版.中国建筑工业出版社，2008：1610.