电子机房冷凝水自循环湿调节实验研究

电子机房冷凝水自循环湿调节实验研究

0机房内湿度的控制电子通信室中的电子通信受其温度和湿度的极大影响。如果机房温度过高,电子设备及计算机容易出现高温保护停机;如果机房湿度过低,机房内干燥的空气极易产生静电,干扰电子线路,影响工作人员安全和健康;如果机房湿度过高,则某些部位可能出现微薄的凝水,引起漏泄、通路漏电,以致击穿损坏电子元器件、造成错误的逻辑判断、使金属材料氧化腐蚀、引起结构损坏、造成接触不良和断路等一系列问题。因此,必须尽可能保证电子信息机房内的温、湿度环境,以免由于电子元件的错误运行而导致安全事故。《电子信息系统机房设计规范》(GB50174-2008)规定:开机时,机房内温度应控制在23℃±1℃,相对湿度应控制在40%~55%之间。而通过对火车电子信息机房现场温、湿度的调研结果表明:机房内的湿度普遍维持在30%左右,不满足规范的要求。实际的运行情况是:为了保证机房内的温度要求,机房内长期开启的空调机组不断除湿,如果不及时进行加湿,则必然导致机房内的湿度只能稳定在一个较低的水平上。特别是对于铁路信息机房,往往地处偏远,无人值守,加湿补水很困难,机房内的湿度更是难于满足要求。因此,研究电子信息机房冷凝水自循环加湿,即采用的回收冷凝水对机房进行加湿,研制相应的机房专用空调机组,无论对于确保机房的湿度要求和节省水资源都具有重要的意义。国内外对于冷凝水的回收和利用虽然进行了较多的研究,但应用冷凝水进行自循环加湿的研究较少,特别是在电子信息机房内尚无相应的应用。本文采用实验方法,首先通过实验测量室内温、湿度变化、自循环加湿补水(排水)量、电热加湿罐水质变化、机组能耗等,证明了采用回收机组冷凝水进行自循环加湿的可行性,然后设计带冷凝水自循环湿度调节装置的机房专用空调机组,通过自循环湿加湿实验,测试室内的温、湿度是否满足控制要求。1冷凝水自循环湿润试验方法和装置1.1电极加速度一种热压目前,在机房空调机组中,广泛采用的加湿方式有电极加湿、电热加湿、湿膜加湿、高压微雾加湿以及超声波加湿等。现有的机房空调机组采用的是电极加湿的方式,即将电极置于加湿用水中,以水作电阻,电流从水中通过,水被加热而产生蒸汽。这种加湿方式,水作为电路的一部分参与加热加湿,无水时即无电流,因此可以克服无水干烧不安全的缺点。但是电极加湿受水质的影响比较大:如果加湿用水为冷凝水,由于水中强电解质离子很少,加湿量很难达到要求;但当使用非净化水时,电极板又极易结垢,经常需要清除水垢、更换电极罐,维护量大。与之相似的电热加湿,则是将放置在水槽中的电热元件通电升温,使电能通过电加热元件发生的热效应转化为热能,将水加热沸腾产生蒸汽送入室内加湿。电热加湿克服了电极加湿中无法应用冷凝水的缺点,可以有效利用回收的冷凝水,实现自循环加湿。此外,电热加湿方式的效率也比电极加湿效率略高,能耗更小,因此本文实验研究选取电热加湿方式。1.2实验系统的设计(1)实验室地面铝合金玻璃墙电子信息机房冷凝水自循环加湿实验室长5.8m,宽6m,层高4.1m。实验室一侧有双层铝合金玻璃窗,窗墙比为25%,如图1所示。为了尽可能减少渗透风量,部分窗户加装了塑料防护。(2)加热器的布置为了模拟实际电子信息系统机房的散热状况,实验选取8个电加热器作为室内热源。每个加热器分一、二、三档,分别为0.75kW/1.25kW/2.0kW。可通过调节电加热器的档位来控制室内散热量。加热器在实验室的布置如图2所示。(3)专用空调系统参数本实验选取广州迦利通用设备有限公司生产的风冷机房专用空调,如图3所示,具体参数见表1。该机组风机风速共分3档,本实验风机在低速下运行。(4)加储水罐的水泵、水泵和冷凝水罐在图3的机房专用空调机组中,设计了带冷凝水回收的电热加湿自循环装置。由于电热加湿方式从加热元件通电到开始加湿需要一段加热时间,为了克服加湿反应迟钝的弱点,本次试验采用“小”电热加湿罐和“大”储水罐配合来完成加湿和补水功能,具体原理如图4所示。这样既能有效地利用“小”加湿罐水汽化速度快、加湿反应时间短的长处,又能发挥“大”储水罐水容量大、补水周期长的优势。加储水罐的大小,可根据当地空气湿度、机房密封情况及补水周期进行。工作过程如下:(1)加湿罐内的水通过电加热,产生的水蒸汽通过蒸汽管喷杆,并通过风机送入室内;(2)集水盘位于表冷器下方回收空调冷凝水,回收的冷凝水通过冷凝水管回至储水罐;(3)当电热加湿器内的水位偏低时,水泵打开,储水罐内的冷凝水流入加湿罐,为加湿罐补水,直至水位达到高水位时为止;(4)当储水罐内的水位低于设定水位时,启动储水罐的补水装置,通过补水管对整个加湿系统进行补水;而当储水罐内的水位高于设定水位时,多余的冷凝水则通过溢水管排出。2冷凝水自循环湿润试验的结果和分析2.1室内温度和湿度(1)室内温度变化曲线在采用冷凝水自循环加湿实验过程中,室内温度变化曲线如图6所示。从图6中可以看出,室内温度在在23℃~24℃的范围内变化,满足规范要求。(2)内部的相对湿度实验过程中,室内相对湿度变化曲线如图7所示。从图7中可以看出:室内相对湿度在43%~51%的范围内变化,满足规范要求。2.2集成式补水设计由图4的自循环加湿原理可以看出:当冷凝水量多于加湿用水时,多余的冷凝水将从排水管排出;而当冷凝水量少于加湿用水时,应在设计的补水周期内对加湿系统进行补水。由于成都地区的室外环境湿度高于室内,室外湿度较高的空气通过门、窗等进入室内,从而导致室内冷凝水量大于加湿用水量,从而在实验过程中不断有冷凝水排出,如图8所示。2.3压缩机开启和每日功率实验过程中测得的压缩机功率曲线如图9所示。从图9中可以看出:压缩机为间歇开启,经统计,平均每天压缩机的开启时间为19.78h,占机组运行时间的82.4%,压缩机平均每小时功率为2.68kW。2.4热电蒸发器运行情况实验过程中测得的电热加湿器机功率曲线如图10所示。从图10中可以看出:电热加湿器间歇运行,经统计,电热加湿器平均每小时功率为2.2kW。由于电热加湿效率略高于电极加湿,因此上述电热加湿消耗的功率比相同运行条件下电极加湿消耗的功率少。2.5加速度结垢量的计算当加湿罐中的水被加热时,水中的钙、镁盐类等杂质将随水温的升高而析出,并在电热棒的周围形成密度和成分不同的固体附着物,这就是水垢。水垢会增加传热热阻,导致加热棒温度升高,降低其使用寿命。在水垢中,大约90%的成分为碱土金属垢,而碱土金属垢主要包括以钙为主要成分的垢,如Ca(HCO3)2、CaCO3、Ca(OH)2、CaSO4等,和以镁为主要成分的垢,如MgCO3、Mg(OH)2等。钙盐垢主要以CaCO3的形式存在,镁盐垢主要以Mg(OH)2的形式存在。但一般而言,水中钙离子含量远大于镁离子含量,因而在实际工程计算上镁盐形成的垢可忽略不计,碱土金属主要考虑钙盐垢。为了分析电热加湿结垢量的大小,本研究对不同时刻加湿罐内的水进行采样,通过水质检测Ca2+的含量,检测结果如表2所示。这里需要说明的是,实验中对Ca2+和Mg2+均进行了检测,但测试结果表明,初始水样中Mg2+的含量很低,仅有2.71mg/L,因此这里主要以碱土金属中的碳酸钙的量来计算结垢量。根据钙盐垢的主要成分CaCO3及水中Ca2+的含量,可按下式计算出最大结垢量(即假设水中Ca2+全部结垢):式中:Wg为结垢量,mg/L;η为水中Ca2+含量,mg/L;M1为CaCO3的分子量,100;M2为Ca2+的分子量,40;90%表示,钙盐垢的含量占总结构量的90%,结果见表2。从上述水质检测和结垢量的计算结果可以看出:(1)初次加入原始水样中钙离子浓度为23.93mg/L。加湿初次运行时,钙离子浓度随着加湿时间的增加而迅速减少,运行一段时间后,钙离子的浓度随加湿时间的变化很小,最后趋于稳定;(2)在补水周期内以及不需要补水的地区,电热加湿可能产生的最大结垢的量由初次加入原始水中钙离子的含量决定。3机房相关温度、湿度对运行效果的影响根据本文对机房专用空调机组自循环湿度调节装置的实验研究,可以得出如下结论:(1)采用回收冷凝水进行电子信息机房自循环加湿是可行的;(2)本文设计研制的带冷凝水自循环加湿装置的机房专用空调机组运行稳定,室内温、湿度能够满足《电子信息系统机房设计规范》(GB50174-2008)的要求;(3)在湿度较大的地区,如果机房密度不够好,电子信息机房冷凝水多于加湿用水,机组运行过程中将会有多余的冷凝水排出;反之,