摘要：數據中心機房的電子信息及IT 設備需要在一個合適的環境下穩定、安全的運行。數據中心室內環境設計參數應滿足國家相關規範的要求，溼度是數據中心環境控制的一個重要參數。加溼量的大小與系統設定的溼度上下限有關係，同時也受項目所在地的氣候分區約束，應當分別計算冬、夏季加溼量取大值確定，當機櫃進風露點溫度低於5 ℃時，系統需啟動加溼，同時應根據冷源方案選擇合適的加溼氣流組織。
數據中心伺服器對於整個數據中心環境溼度有一定的要求，溼度過低，容易造成電子元器件的靜電累積，從而導致較高的靜電電壓，最終對伺服器構成危害，數據中心機房溼度保持在恰當水平將發揮有益作用，溼度過高或過低都會導致潛在的問題，將溼度保持在恰當水平可以讓空氣本身稍微提高電導性並讓空氣的接觸面稍微溼潤，從而減少導致靜電釋放的「電荷效應」，當數據中心環境溼度低於要求的下限時，需要對數據中心環境進行加溼，目前數據中心加溼計算及加溼控制方法還存在著一些不合理現象，從而導致了數據中心加溼系統的過度耗能，因此分析加溼系統的計算方法並選擇合理的加溼氣流組織方式顯的尤為重要。
1 規範對環境溼度的要求
1.1 新舊規範對比
如表1 所示新舊規範關於數據中心溫溼度控制範圍對比[1-2]：
表1 新老規範對溫溼度要求對比
新規不再注重使用相對溼度作為數據中心控制的主要參數，而是選用露點溫度作為控制數據中心溼度的參數，且新版規範在條文解釋中也明確指出：影響數據中心靜電累計效應和空氣中各種鹽分潮解度的是空氣含溼量d，而不是空氣的相對溼度，新規範基本上也定義了數據中心的含溼量範圍，如表2:
表2 新規範對溫度及含溼量的要求
新規範基本規定數據中心內部的含溼量範圍即：5.6 g/kg≤d≤10.6 g/kg，由於在幹球溫度 27 ℃，露點溫度 5.5 ℃時，相對溼度為 25.3%，為規範所規定的相對溼度低限，因此數據中心的相對溼度範圍為含溼量不小於 5.6 g/kg 且相對溼度不大於 60%，圖 1 為數據中心溫溼度範圍在焓溼圖中的表達。
如圖 1 所示陰影區域為數據中心溫溼度控制的範圍區間。
圖1 數據中心溫溼度範圍
理解規範對溼度上下限的要求，將有助於尋找數據中心系統加溼量的計算方法。
2 加溼系統啟動的影響因素
2.1 空調機組過度除溼導致的環境含溼量下降
當冷卻器表面溫度低於被處理空氣的露點溫度時，空氣所含水蒸氣被凝結出來。如果精密空調機組的表冷器溫度不提高，精密空調機組將不斷的有冷凝水析出並排至室外空間，同時環境中空氣的含溼量逐漸降低，當表冷器的溫度低於環境溫度所要求的露點溫度時，空氣中的含溼量將低於規範所要求的範圍，此時需要對環境進行加溼，工程中可採用溫溼度傳感器和露點溫度傳感器來監控進風溼度的上限和下限，露點溫度傳感器可安裝在精密空調出風口處於監控送風含溼量的下限。溫溼度傳感器、露點溫度傳感器會將採集的信號反饋給加溼器，當低於下限時啟動加溼系統。
2.2 新風系統引入導致的環境含溼量下降
新風引入導致的數據中心含溼量下降主要發生在北方的過度季節或冬季，如根據《民用建築供暖通風與空氣調節設計規範》，北京冬季室外通風平均溫度-3.6℃，相對溼度44%，此時空氣中的含溼量只有2.2g/kg，遠低於數據中心要求的含溼量下限，若持續的引入未加溼的乾燥空氣進入數據中心，將導致數據中心的含溼量持續下降，達不到規範所要求的範圍，增大了信息設備受高靜電電壓的影響。
3 數據中心加溼計算方法
3.1 加溼系統計算公式
加溼系統的計算公式為[3]：
式中：w 為系統加溼量，kg/h；ρ 為空氣的密度，kg/m3；V為房間體積，m3；n 為換氣次數，一般為 1~2 次；d1 為加溼前空氣的含溼量，g/kg；d2 為加溼後空氣的含溼量， g/kg。
舉例：以一個 250 m2，層高 4.5 m 的數據中心為例，冬季室外通風溫度 -3.6 ℃，RH=35%，精密空調系統露點傳感器報警溫度為 6.5℃，加溼器啟動溫度為5 ℃，加溼器停止加溼線為 RH=45%，冷通道進風溫度為 26 ℃，新風換氣次數 1.5 次 /h，分別計算其過度出溼導致加溼量和因新風引入導致的加溼量，查溼空氣
焓溼圖得到參數為：ρ=1.16kg/m3，換氣次數 n=2， RH=45%時，d2=9.6g/kg，溫度 5 ℃，d1=5.5 g/kg，冬季室外空氣含溼量 d=1.2g/kg[1]。
過度除溼導致的加溼量：w1=1.16×1125 ×2 × (9.6-5.5)/1000=10.7 kg/h
新風引入導致的加溼量：w2=1.16×1125 ×1.5 × (9.6-1.2)/1000=16.4 kg/h
通過以上計算可以知道，在北方地區[4-5]，其冬季需要的加溼量是遠大於夏季由於過度除溼所需的加溼量，選擇加溼器時，應以冬季工況為準，對於南方地區，應區別對待，分別計算冬、夏季兩種工況的加溼量，並取大值為準。
3.2 溼度參數設定對加溼系統的影響
由計算舉例可知，由過度除溼導致的加溼量和加溼系統設定的參數值有關係，啟動加溼參數值設置越低，停止加溼參數值設置越高，則系統的加溼量越大，所以數據中心的內部的溼度目標上限不宜偏高，否則會造成加溼系統功耗增加，同時啟動加溼點，不宜設置過高，這樣將會縮小溼度控制範圍，導致加溼系統頻繁進行啟停控制，同時加溼時段增長，不利用節能和節水，綜上所述數據中心應儘量擴大溼度的控制範圍，這樣可以縮減加溼時段，由於過度除溼導致的數據中心含溼量下降主要發生在採用風冷直膨式精密空調的機房，因為機組超配或風冷直膨式空調機組本身不具備蒸發溫度調節功能，如未採用電子膨脹閥的定頻機組，所以數據中心應儘可能採用配置電子膨脹閥[6]和變容量壓縮機的空調產品來提高蒸發溫度的調節範圍[7]，通過提高蒸發溫度來避免過度除溼對加溼系統的影響，目前市場上風冷直膨式的空調大都採用渦旋壓縮機技術，實際工作中技術人員應主動與廠家溝通產品電子膨脹閥的參數與功能，是否採用了變容量渦旋壓縮機技術，通過選擇合適產品來優化數據中心加溼系統，提高加溼系統的節能效益。
4 加溼設備及加溼方式的選擇
4.1 不同加溼設備的比較
目前市場上的加溼器品類較多，但最常使用的還是紅外加溼器，溼膜加溼器以及電極加溼器這三種加溼設備[8-11]。根據比較，溼膜加溼器有很好的節能效益[12]，尤其是大型數據中心，所以是機房工程中普遍使用的加溼設備。
4.2 加溼氣流組織方式
數據中心採用溼膜加溼器控制溼度時，通常都是獨立設置的，為了節能，大多數數據中心都採用了冷通道封閉措施，精密空調機組採用靜電地板下送風的氣流組織形式，精密空調機組設置在熱通道內，加溼器通常也放在熱通道內，加溼氣流組織通常有以下兩種方式：
方式一：加溼器採用上送風形式，溼空氣與迴風混合後進入精密空調機組，然後再由精密空調送到冷通道內，如圖 2 所示。
圖 2 加溼器上送風簡圖
方式二：加溼器採用下送風形式，加溼器吸取熱通道的空氣進行加溼後送入地板下，通過下送風通道與精密空調送風混合後送到冷通道內，如圖 3 所示。
圖 3 加溼器地板下送風簡圖
採用第一種加溼方式的缺點在於，如果數據中心採用了風冷直膨式的精密空調機組且不具備蒸發溫度調節功能，就會出現加溼後的空氣與迴風一起進入空調機組，又被表冷器提前冷凝除溼，導致空氣還未進入冷通道就被除溼，導致加溼效率降低，加溼時間延長，所以採用風冷直膨的空調機組適合採用第二種方式，與精密空調送風混合後一起送至冷通道。對於採用了高溫冷凍水的精密空調機組，由於其表冷器溫度較高，被處理空氣經過表冷器時，不會被冷凝除溼，空調機組運行在幹工況，以上兩種氣流組織的加溼方式都可以採用。
5 結束語
通過分析討論：數據中心所處的地理氣候位置，以及數據中心採用的冷源方案，都會影響數據中心加溼系統，在加溼量計算上應根據工程的實際氣候分區及全年氣象參數選擇合適的加溼量計算方法，同時也應根據數據中心的冷源方案和機房內部布局要求選擇合理的加溼氣流組織方案。
來源：餘是乎知