通信機房節能型濕膜加濕器的應用
http://www.ttm.com.cn 2011年5月20日 15:48 電信技術
作者：張文利 邱群 曹欣
1引言
通信設備對機房運行環境要求較高，根據通信機房類別不同，溫濕度要求見表1。通信機房節能型濕膜加濕器的應用
空氣中相對濕度過低時易發生靜電放電現象，導致通信設備中集成電路板被擊穿、中央處理機磁介質剝落、通信數據丟失或混亂、元件損壞等。我國地域遼闊，各地區所處氣候帶不同，溫濕度差異較大，西部和北部大部分屬于干旱和半干旱地區，空氣相對濕度較低，通信核心機房環境加濕顯得尤其重要。
2 技術分析
現有通信機房專用空調配套加濕系統主要采用紅外線加濕器或電極式加濕器，與節能型濕膜加濕器的主要工作原理對比如下。
2.1 紅外線加濕器
紅外線加濕為潔凈加濕，屬于強制蒸發加濕，使用2200℃加熱的紅外燈作熱源加熱水箱中的水，使表面的水迅速蒸發產生過熱蒸汽對空氣進行加濕。它屬于無菌型加濕，其優點有加濕速度快、動作靈敏、易控制、紅外燈管使用壽命較長、設備體積較小等。缺點是紅外線加濕器關鍵部件紅外燈管價格昂貴，能耗高，清洗水槽的工作量大，運行費用較高。加濕時，需要將電能轉變為熱能，使水沸騰變成100℃蒸汽隨空調送風系統進入加濕環境，這樣就會使環境溫度增加2℃~3℃，增加了空調制冷的負擔。
2.2 電極式加濕器
電極式加濕器通過控制加濕罐中水位來調整加濕罐內的電阻，以控制水的導電發熱狀態，進而控制蒸汽加濕量。由于水作為電路的一部分，因此電極式加濕無水時則無電流，克服了電熱式無水空燒不**的缺點。電極式加濕器具有體積小、安裝簡單、**可靠等優點。缺點是當要求較大加濕量時其能耗大，當使用非凈化水時電極板易結垢，且更換加濕罐的成本高。加濕時需要將電能轉變為熱能，使水沸騰變成100℃蒸汽隨空調送風系統進入加濕環境，這樣就會使環境溫度增加2℃~3℃，增加了空調制冷的負擔???
2.3節能型濕膜加濕器
節能型濕膜加濕器是通過水泵將水箱內經過純化的水，經由管路和淋水系統噴淋在濕膜上方，水在自然重力作用下將濕膜濕潤，再由節能型加濕機內部的送風機將濕膜上的水份與干燥的氣流進行熱交換，汽化成為高濕空氣進行機房加濕。汽化過程需吸收環境的熱量，通過機房空調的送風、回風系統，加濕氣化過程將降低機房溫度約2℃，間接節省了空調的制冷能耗。在加濕的同時，機房內含有灰塵雜質的空氣會被濕膜所過濾，在進風口安裝亞粗效無紡布過濾網進行空氣粗濾凈化。當濕度探頭監測到機房的濕度達到規定時，加濕機停止加濕工作。節能型濕膜加濕器具有顯著的節能效果。其缺點是設備體積較大，需在機房內單獨安裝。
3 工程案例
3.1氣候特點
內蒙古自治區地域廣袤，所處緯度較高，高原面積大，距離海洋較遠，邊沿有山脈阻隔，氣候以溫帶大陸性季風氣候為主。除東部的呼倫貝爾、興安盟外，其他盟市的年降水量均較少，氣候干燥。
3.2 工程實施背景
呼和浩特地處內蒙古的中西部地區，屬于干旱、半干旱地區，通信機房常年需要加濕。內蒙古電信呼和浩特市金橋信息化機房和數據機房均為高熱密度機房，機房內設備發熱量大，機房環境溫度較高。通信機房專用空調均為某廠商的精密空調，配套的加濕器采用紅外線加濕，制冷量為100 kW的空調機組所配置的紅外線加濕器耗電量為9.6 kW，耗電量大。2010年為中國電信集團推進節能減排技術改造工作的**年，內蒙古電信考慮到網絡自身特點和氣候特點，通過節能效果分析、比較，將節能效果較好且易于實施的節能型濕膜加濕器列為通信機房節能減排工作的頭個技術改造項目。
3.3 工程實施方案
根據金橋信息化機房和數據機房的面積、裝機容量、設備發熱量等條件，本工程將在金橋信息化機房安裝A廠商加濕量為10 kg/h的節能型濕膜加濕器2臺，加濕量為6 kg/h的節能型濕膜加濕器1臺；金橋數據機房安裝B廠商加濕量為10 kg/h的節能型濕膜加濕器4臺，加濕量為7 kg/h的節能型濕膜加濕器1臺?？紤]到呼和浩特市水質較差，所有加濕器水源引入端配置純水裝置，以延長濕膜使用壽命和減少后期維護工作量。安裝節能型濕膜加濕器后，關閉原有空調配套的紅外加濕器。
改造前后加濕器相關參數對比見表2。
注：因節能型濕膜加濕器投產的時間較短，改造后濕膜加濕器的日平均運行時長是按改造前后保持相同濕度的情況推算出來的。另外，經實測，濕膜加濕器在待機狀態（非加濕）的工作電流為0.04～0.05 A。
3.4 實測數據分析
鑒于內蒙古電信目前尚未建成能耗監測平臺，無法直接讀取改造前后加濕器的能耗數據，暫時采用測量改造后節能加濕器在高風速狀態的實測工作電流來評估節能效率和效益。
加濕器改造前，以設備投產兩年多來空調內置加濕器的運行時間，計算出各機房改造前空調內置加濕器的日平均運行時長，信息化機房為10.18 h，數據機房為9.2 h。
改造前信息化機房加濕器的年耗電數=（9.6×3+4.8×1）×10.18×365=124847（度）
改造前數據機房加濕器的年耗電數=（9.6×2+7.2×2+4.8×4）×9.2×365=177302（度）
加濕器改造后，按改造前后保持相同濕度的情況推算出各機房改造后濕膜加濕器的日平均運行時長，信息化機房為15.27 h，數據機房為11.35 h。根據加濕設備高風速運行及待機狀態的實測工作電流來計算改造后機房加濕器的年耗電數。
改造后信息化機房加濕器的年耗電數=（2.25×220×2+1.85×220×1）/1000×15.27×365+（0.05×220×3）/1000×（24-15.27）×365=7891（度）
改造后數據機房加濕器的年耗電數=（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 濕膜的選擇
節能型濕膜加濕器的主要組成部件濕膜按材質分為有機濕膜、無機玻璃纖維濕膜、不銹鋼濕膜、鋁合金濕膜。目前內蒙古電信信息化機房及數據機房節能型濕膜加濕器均采用有機濕膜。有機濕膜是經過特殊成分的樹脂材料粘結處理后，形成波紋板狀交聯重疊的親水性高分子復合材料。它內含緩釋型抑菌劑，具有**的吸水性、良好的自我清洗能力，無毒、耐酸堿、耐霉菌、耐腐蝕的特點。
3.6 維護工作量及費用分析
現有空調加濕系統由于是高溫蒸汽加濕，會產生大量水，需要對水槽和下水管道定期清潔。紅外加濕器紅外線燈管的使用壽命長，每臺每年耗材成本低。電極加濕器的加濕罐易結水垢，需要定期更換，每臺每年耗材成本為2 000~3 000元。濕膜加濕器是通過空氣交換加濕，不會產生高溫，淋水系統自動清潔，維護工作量大幅減少。濕膜加濕器配置了純水裝置，濕膜只要每2年更換一次，更換一次價格約1 000元。純水裝置的濾芯每年更換一次，更換一次價格約1 500元。過濾網半年沖洗一次，可反復使用，每塊價格約80元。濕膜加濕器年耗材開支約2 100元。
3.7 工程中的注意事項
（1）設備應靠墻與空調同向安裝在兩排機架的過道處，并與通信設備保持一定距離，避免加濕器風速較高時將水霧濺到通信設備上。
（2）儲水裝置及送水裝置應有防滲漏措施或監測告警。
（3）停止加濕時送風機也應停止工作，避免額外耗能。
（4）加濕器周圍應增加擋水壩，且安裝漏水檢測探頭，并納入動環監控中。
（5）送水主管線盡量選擇在機房外布置，送水管應采用防腐、防銹的PPR管。
（6）在水質較差的地區應增加純水裝置，以增加濕膜使用壽命和減少維護工作量。
（7）加濕器濕度探頭應安裝在加濕器外殼的合適位置，不應安裝在加濕器機殼內。
4 效益分析
根據上述工程案例測試數據可知，信息化機房采用現有3臺100 kW空調和2臺30 kW空調配套的加濕系統每年消耗電量124 847度。機房空調配套加濕器改造為A廠商的節能型濕膜加濕器后，以全年日均運行15.27 h計，改造后采用加濕量2臺10 kg/h和1臺6 kg/h節能型濕膜加濕機每年消耗電量7 891度，節電116 956度，節電率93.7%。以每度電0.8元計算，每年節約電費9.36萬元。該機房共安裝3臺濕膜加濕器，工程總投資5.08萬，靜態投資回收期約為0.55年。
數據機房采用現有2臺100 kW空調、2臺70 kW空調和4臺30 kW空調配套的加濕系統，每年消耗電量177 302度。機房空調配套加濕器改造為B廠商的節能型濕膜加濕器后，以全年日均運行11.35 h計，改造后采用加濕量4臺10 kg/h和1臺7 kg/h節能型濕膜加濕機，每年消耗電量9 605度，節電167 951度，節電率94.6%。以每度電0.8元計算，每年節約電費13.44萬元。該機房共安裝5臺濕膜加濕器，工程總投資11.45萬，靜態投資回收期為0.85年。
因條件限制（尚未建能耗監測平臺），無法直接取得節能加濕器改造前后整個機房的能耗數據。以上節能分析，還未考慮采用濕膜加濕技術以下兩個方面節能：一方面，加濕汽化過程降低機房空間的溫度，間接節省空調的制冷能耗而達到的節能效果；另一方面，避免了紅外加濕或電極加濕器產生的熱量，對空調制冷造成的負擔。因此，實際節能效果應比以上分析的結果更好。
5 結束語
通過與紅外線加濕器和電極式加濕器技術工作原理對比，結合內蒙古電信信息化機房、數據機房實際安裝使用前后耗電量的測算比較可知，節能型濕膜加濕器具有節能效果明顯，投資回收期短，后期維護工作量小，維護成本較低等優勢，可完全替代原有精密空調配套的紅外加濕器，在我國干旱、半干旱地區的通信機房加濕應用中具有很好的推廣價值。