适应关键业务环境的加湿系统

适应关键业务环境的加湿系统

概要    精密湿度控制是数据中心、服务器机房及放置敏感电子设备的其他设施有效运行必不可少的。湿度控制一般由精密空气调节系统提供，加湿系统在该过程中起着核心作用。    虽然已开发出许多能为数据中心提供湿度的技术，例如，蒸汽、超声波、浸没、红外、蒸汽罐和蒸汽栅格等，但其中最常用的技术是蒸汽罐和红外加湿技术。    红外加湿技术是关键业务应用场合的优先选择，因为它的运行速度和响应速度均比蒸汽罐系统快。但是，应用场合或尺寸限制可能会影响红外系统的使用，在这些情况下，蒸汽罐系统可为数据中心加湿提供有效解决方案。

湿度控制的重要性    随着可靠性和可用性要求的迅速增加，环境控制对于保护当前敏感计算机系统极为关键，有温度、湿度和洁净精密控制功能的环境是强制性要求，该要求并不限于针对大型数据中心机房。为了充分利用空间，小型办公室、存储室甚至卫生间都被用于放置服务器、路由器及其他电子设备，适当考虑温度和湿度，在这些场所同等重要。    在设施设计或改造期间，湿度控制也是在温度控制、空气移动和其他较为明显的变量后加以考虑。温度变化、灰尘、通风、辐射热和臭味有时比湿度发生的轻微变化更为明显。但是，忽视湿度的影响会带来长期性的严重问题，包括损坏设备、基础设施等。    大多数情况下，数据中心环境的最佳相对湿度范围是45%～50% 。超过空气中正常的湿度水平，会腐蚀开关线路，进而导致设备功能失效和故障。在数据处理设备中，吸湿（吸收湿气）的电路板随着湿度水平的波动而膨胀和收缩。这些电路板膨胀和收缩会破坏微电子电路和印刷板插头。    反之，低湿度会产生静电，这将干扰设备的正常运行和损坏电子元件。    所以在数据中心环境下，必须考虑湿度。《2001 ASHRAE 基础手册》中规定：“规划良好的控制系统必须与设备的温度和湿度性能相协调。”这表明，湿度控制，更具体地说是加湿器类型，应作为机房整体环境控制规划中的重要因素加以考虑。

湿气密封    若不使用措施对机房进行密封，将机房内外湿气进行隔离，几乎不太可能保持要求的相对湿度。可用塑料膜、蒸汽防护油漆、乙烯基墙面涂料和乙烯基地板系统和对所有入口（机房内门、窗等）进行密封。机房密封可能是控制数据中心相对湿度水平中最为低廉但却是最重要和常被忽视的因素。

加湿器类型    已开发出诸多数据中心的加湿方法，包括：    热水蒸发加湿：热水蒸发加湿方法使用蒸发垫圈，垫圈套内可通风。一般而言，热水可在垫圈内流淌，并在空气流经垫圈时被蒸发。水的温度越高，加湿效果越好，水的热量有助于提高该方法的有效性。该方法在住宅场合较为常见，也是低廉的加湿方法。 但是，该方法一般不能提供数据中心运营所需的精度、清洁度和响应速度。    浸没加湿：浸没加湿器通过在水箱内电加热器提供加湿功能。水箱内的加热器提高水的温度，把水煮沸和产生蒸汽，通过分配器被空气吸收。如果此种加湿器被关闭一段时间后，对湿度变化的响应较慢，而且不能控制进入空气的水汽所含的矿物质含量。一般不建议该方法用于数据中心场合。    红外加湿：红外加湿器在不锈钢加湿底盘上采用了高亮度石英红外灯管。灯管释放的红外辐射能量破坏了水的表面张力，这使得水分子蒸发，并随流经水面的空气以纯净蒸汽形式加湿。这可实现极其精密和快速的加湿。    电极式加湿：电极式加湿器采用插在加湿罐内的电极，通过水导电，加热水至沸腾，在标准大气压100℃ 条件下通过蒸汽分配器下释放纯净蒸汽。电极式加湿比红外加湿具有更大的应用灵活性，因为加湿罐无须安装在气流内，但是，发出加湿指令时需要加热水至沸腾，对湿度变化的反应速度较慢。    蒸汽栅格加湿：该方法仅限于应用在蒸气加热的办公楼或蒸气允许进入的场合。因此，大多数数据中心设施不选用该方法。    超声波加湿：超声波方法采用了压电转换器，将高频电子信号转换为高频机械振荡，进而在低温和低压下将水转换为蒸汽。超声波加湿器在能源效率方面倍受人们推崇，但它在无故障运行时要求采用不含矿物质的水。水处理系统的成本和维护，加上加湿器本身的成本，常使其潜在节能效果大打折扣。此外，加湿器布局对于正常运行极为关键。

电极式加湿器    电极式加湿器在标准大气压100℃条件下，可通过定制蒸汽分配器释放纯蒸汽。蒸汽罐可安装于管理、墙或其他场合的空调内部或外部。分配器可安装在空调系统的送风管道内或配置一个专用风机箱，用于蒸汽释放。分配器的管道尺寸应与加湿器容量匹配，并必须安装在适当位置，以避免在运行过程中出现冷凝物阻塞。    在到达满载容量之前，电极式加湿器必须把罐内的水加热至沸点温度，该过程需花几分钟的时间。加热是通过给两极间的水通上电流来实现。水中的矿物质含量具有传导性。在此期间，机组要消耗能量，能耗的相对重要性因机组开关的次数不同而不同。因此，如果运行是间歇性的，蒸汽罐系统的运行效率比预期要低，同时，由于系统老化和电极消耗，系统效率可能随着时间的变化逐步降低。

图1典型的蒸汽罐式加湿器

此外，由于电极式加湿器必须将其蒸气“通过管道”加入空气机组的气流，因此软管和分配器内的损失会对加湿效率产生影响。损失程度主要取决于软管长度和弯管数量。例如，如果罐内产生了20 磅/小时蒸气，而因冷凝原因损失了4磅/小时，那么净输出量降至16 磅/小时（与20 磅/小时所需的输入功率相同）。该部分损失的原因主要是蒸气回流至软管后排干或回流至瓶内。如果分配器置于蒸发器盘管吸气侧的冷金属表面附近，其效率也会受到负面影响，因为有些热蒸汽会在金属表面冷凝，而不被吸入至空气。    蒸汽罐系统需要考虑的另一个因素是水质。要取得最优性能，蒸汽罐要求水的导电率为200MM （微姆欧）~500MM 。过高的导电率可能会引起过度电弧，而低于060MM 时，电流在电极间流动所需的传导性不足。电极是罐内可更换的部件之一，水质和运行时间确定电极的使用寿命。水中所含矿物质会对电极造成污染，而蒸汽罐能持续使用几周或几月。它是系统内唯一可以维修的部件。红外加湿器    红外加湿器一般安装在精密空调设备内。该种类型的加湿器在不锈钢加湿器水盘上采用了高亮度石英红外灯管。灯管的数量和瓦数取决于加湿器尺寸和所用电压。加湿时，灯管的热量照射在水盘内的水上，红外辐射破坏了水的表面张力，这使得水分子蒸发，并随流经水面的空气以纯净蒸汽形式加湿。当水从过道的水坑蒸发时，出现相同的原理。红外加湿器的反应速度快，从打开灯管到实现满载容量，整个过程所需时间不到6 秒。如果一个灯管发生故障，只有单位时间内加湿量会减少，但灯管易于快速更换。

图2红外加湿器

由于他们发生蒸发不依赖水沸腾，而且也不会因蒸气冷凝发生损失，红外加湿器运行时一般可提供满载容量。但是，由于红外加湿器的气流通过旁路流出精密空气机组，精密空调机组的气流必须在合理值范围内，以使其以满载容量运行。    以微欧姆（MM） 为测量单位的水质和总溶解固体（TDS） 对红外加湿器性能和效率的影响可以忽略不计。红外加湿器可在任意MM 水质条件下使用，即使水导电率低于60MM 。水中的矿物质在红外加湿时不被蒸发，而是通过系统进行冲洗后，流入排水管或沉积在底盘底部。    红外加湿器的使用简单，所有元件易于进行定期维护。由于会在水盘上产生沉淀物或水垢，为使腐蚀和老化率最小化，必须定期清洗或更换水盘。大多数用户只需在条件允许时进行清洗，或备好两个或多个水盘，以便按要求进行更换。

图3红外加湿器运行

结论    数据中心和其它关键系统环境下湿度控制的重要性常常被低估。它应在设施和系统规划阶段就给予优先考虑，而不是在事后想办法加以考虑。    无论何时，在关键业务应用场合应优先设计使用红外加湿方式。红外加湿提供一种快速、能源高效型加湿解决方案，该方案对水质不敏感，并且维护要求较少。但是，在有些场合，由于存在空间或其他限制性条件，红外系统的使用会受到影响。在这些情况下，蒸汽罐系统是可行的替代选择。

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