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一、數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備對(duì)環(huán)境的要求
因?yàn)镮T設(shè)備在24小時(shí)×365天不間斷地運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生巨大的發(fā)熱量，為保證設(shè)備工作安全可靠，必須為IT類(lèi)設(shè)備提供正常工作的溫度、濕度、潔凈度等環(huán)境。所以每個(gè)IT設(shè)備的廠家對(duì)設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的溫度、濕度、潔凈度都有著嚴(yán)格要求，部分計(jì)算廠家、機(jī)構(gòu)對(duì)環(huán)境的要求如表1所示，部分交換機(jī)廠家對(duì)環(huán)境的要求如表2所示。
表1 部分計(jì)算廠家、機(jī)構(gòu)對(duì)環(huán)境的要求
表2 部分交換機(jī)廠家對(duì)環(huán)境的要求
二、數(shù)據(jù)中心不良環(huán)境對(duì)IT設(shè)備的危害
數(shù)據(jù)中心的環(huán)境包括溫度問(wèn)題、濕度問(wèn)題、灰塵等。當(dāng)環(huán)境不良時(shí)，將對(duì)IT設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重干擾或損壞。
1）溫度與平均無(wú)故障運(yùn)行時(shí)間（MTBF）的關(guān)系——“10℃”法則
由于現(xiàn)代電子設(shè)備所用的電子元器件的密度越來(lái)越高，使元器件之間通過(guò)傳導(dǎo)、輻射和對(duì)流產(chǎn)生熱耦合。因此，熱應(yīng)力已經(jīng)成為影響電子元器件失效率的一個(gè)最重要的因素。對(duì)某些電路來(lái)說(shuō)，可靠性幾乎完全取決于熱環(huán)境。所以，為達(dá)到預(yù)期的可靠性目的，必須將元器件的溫度降低到實(shí)際可以達(dá)到的最低水平。有資料表明：環(huán)境溫度每提高10℃，元器件壽命就會(huì)降低30%～50%，影響小的也基本都在10%以上。這就是有名的“10℃”法則。
2）高溫對(duì)元器件的影響
a.半導(dǎo)體器件
電子元器件在工作時(shí)產(chǎn)生大量的熱量，如果沒(méi)有有效的措施及時(shí)地把熱量散走，就會(huì)使集成電路和晶體管等半導(dǎo)體器件形成結(jié)晶，這種結(jié)晶是直接影響計(jì)算機(jī)性能、工作特性和可靠性的重要因素。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)得知，室溫在規(guī)定范圍內(nèi)每增加10℃，半導(dǎo)體器件可靠性約降低25%。
器件周?chē)沫h(huán)境溫度大約超過(guò)60℃時(shí)，就將引起計(jì)算機(jī)發(fā)生故障，當(dāng)半導(dǎo)體器件的結(jié)溫過(guò)高時(shí)，其穿透電流和電流倍數(shù)就會(huì)增大。
b. 電容器
溫度對(duì)電容器的影響主要是使電容器電解質(zhì)中的水分蒸發(fā)增大，降低其容量，縮短使用壽命，改變電容器的介質(zhì)損耗，影響其功率因數(shù)等參數(shù)的變化。
實(shí)驗(yàn)得知，在超過(guò)規(guī)定溫度工作時(shí)，溫度每增加10℃，電容器使用時(shí)間下降50%。
c. 磁介質(zhì)
實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)磁帶、磁盤(pán)、光盤(pán)所處溫度持續(xù)高于37.8℃時(shí)，開(kāi)始出現(xiàn)損壞；當(dāng)溫度持續(xù)高于65.6℃時(shí)，則完全損壞。
對(duì)磁介質(zhì)來(lái)說(shuō)，隨著溫度的升高，磁導(dǎo)率開(kāi)始增大，當(dāng)溫度升高到某一值時(shí)，磁介質(zhì)將失去磁性，磁導(dǎo)率急劇下降。磁性材料失去磁性的溫度稱(chēng)為居里溫度。
d. 絕緣材料
由于高溫的影響，用玻璃纖維橡膠板制成的印刷電路板將發(fā)生變形甚至軟化，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度變?nèi)?，印刷電路板上的銅箔也會(huì)由于高溫的影響而使粘貼強(qiáng)度降低甚至剝落，高溫還會(huì)加速印制插頭和插座金屬簧卡的腐蝕，使接點(diǎn)的接觸電阻增加。
e. 電池環(huán)境溫度與壽命的關(guān)系
如圖3所示，電池是對(duì)環(huán)境溫度最敏感的器件（設(shè)備），其工作溫度需要維持25℃左右，當(dāng)其工作溫度超過(guò)25℃時(shí)，每上升10℃，其壽命下降50%。
圖3 電池環(huán)境溫度與壽命的關(guān)系
2. 低溫對(duì)IT設(shè)備運(yùn)行的影響
低溫同樣也會(huì)導(dǎo)致IT設(shè)備的運(yùn)行問(wèn)題，包括絕緣材料、電池等，當(dāng)機(jī)房溫度過(guò)低時(shí)，部分IT設(shè)備將無(wú)法正常運(yùn)行。
1）機(jī)房溫度過(guò)低，設(shè)備無(wú)法運(yùn)行
機(jī)房的環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，通信設(shè)備將無(wú)法正常運(yùn)行；機(jī)房的環(huán)境溫度低于?40℃時(shí)，鉛酸電池將無(wú)法提供能量。
2）絕緣材料
低溫時(shí)，絕緣材料會(huì)變硬、變脆，使結(jié)構(gòu)強(qiáng)度同樣減弱，對(duì)于軸承和機(jī)械傳動(dòng)部分，由于其自身所帶的潤(rùn)滑油受冷凝結(jié)，會(huì)因黏度增大而出現(xiàn)黏滯現(xiàn)象。
溫度過(guò)低時(shí)，含錫量高的焊劑會(huì)發(fā)生分解，從而使電氣連接的強(qiáng)度降低，甚至出現(xiàn)脫焊、短路等故障。
3）電池環(huán)境溫度與放電容量的關(guān)系
同樣，如圖4所示，當(dāng)電池環(huán)境溫度低于其工作溫度25℃時(shí)，隨著環(huán)境溫度的下降電池放電容量也下降。
圖4 低溫下影響電池放電容量
通常的機(jī)房環(huán)境濕度要求為40%～65%，在IT類(lèi)設(shè)備工作時(shí)，要求濕度為40%～55%。超過(guò)65%的濕度為濕度過(guò)高，如果濕度超過(guò)80%屬于潮濕，低于40%屬于濕度過(guò)低（空氣干燥）。
3. 濕度過(guò)高對(duì)IT類(lèi)設(shè)備運(yùn)行的影響
當(dāng)空氣的相對(duì)濕度大于65%時(shí)，物體的表面會(huì)附著一層厚度為0.001～0.01μm的水膜，當(dāng)濕度為100%時(shí)，水膜厚度為10μm。這樣的水膜容易造成“導(dǎo)電小路”或飛弧，會(huì)嚴(yán)重降低電路的可靠性。
在相對(duì)濕度保持不變的情況下，溫度越高，對(duì)設(shè)備的影響越大，這是因?yàn)樗魵鈮毫﹄S溫度增高而增大，水分子容易進(jìn)入材料內(nèi)部。
當(dāng)相對(duì)濕度由25%增加到80%時(shí)，紙張的厚度將增加80%，這就是在潮濕的天氣里，打印機(jī)無(wú)法正常工作的原因。
4. 濕度過(guò)低對(duì)IT類(lèi)設(shè)備運(yùn)行的影響
靜電放電（Electrostatic Discharge，ESD）是電子工業(yè)中普遍存在的“硬病毒”，在內(nèi)外因條件具備的特定時(shí)刻便會(huì)發(fā)作，業(yè)已成為電子工業(yè)的隱形殺手。
據(jù)報(bào)道，僅美國(guó)電子工業(yè)每年因ESD造成的損失就達(dá)幾百億美元。根據(jù)Intel公布的資料，在引起計(jì)算機(jī)故障的諸多因素中，電氣過(guò)應(yīng)力（ElectricalOver Stress，EOS）/ESD是最大的隱患，將近一半的計(jì)算機(jī)故障都是由EOS/ESD引起的（見(jiàn)圖5），ESD對(duì)計(jì)算機(jī)的破壞作用具有隱蔽性、潛在性、隨機(jī)性和復(fù)雜性的特點(diǎn)。
圖5 Intel統(tǒng)計(jì)計(jì)算機(jī)故障原因分布
IT類(lèi)設(shè)備由眾多芯片、元器件組成，這些元器件對(duì)靜電都很敏感（見(jiàn)圖6），不同的靜電敏感器件受靜電損傷的閾值電壓如表3所示
圖6 芯片被ESD擊穿
表3 靜電敏感器件受靜電損傷的閾值電壓
在空氣濕度過(guò)低（干燥環(huán)境）時(shí)，工作人員的活動(dòng)非常容易產(chǎn)生靜電，如表4所示為不同條件下人的各種動(dòng)作的靜電電壓產(chǎn)生量。
表4 不同條件下人的各種動(dòng)作的靜電電壓產(chǎn)生量
實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)機(jī)房相對(duì)濕度為30%時(shí)，靜電電壓為5000V；當(dāng)相對(duì)濕度為20%時(shí)，靜電電壓為10000V；而當(dāng)相對(duì)濕度降到5%時(shí)，靜電電壓達(dá)20000V以上。根據(jù)IEC 61000-4-2測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，靜電放電時(shí)，產(chǎn)生的瞬間電壓可達(dá)到7 000V，甚至超過(guò)10 000V。
5. 灰塵對(duì)主設(shè)備運(yùn)行的影響
除溫度和濕度之外，灰塵是IT類(lèi)設(shè)備更厲害的殺手。
1）腐蝕電路板
微小顆粒吸收空氣中的濕氣后就在被微小顆粒污染的設(shè)備表面形成電解層，這對(duì)許多金屬會(huì)產(chǎn)生腐蝕作用。如果電解液浸透到導(dǎo)線保護(hù)層形成腐蝕點(diǎn)，且該腐蝕點(diǎn)所處位置的導(dǎo)體有不同的電壓，則在導(dǎo)線與導(dǎo)體之間就可能產(chǎn)生電弧，這樣的電弧通常會(huì)燒壞元器件。嚴(yán)重的電弧會(huì)電解電路板形成導(dǎo)電電橋。
2）降低絕緣性能
如表5所示，灰塵中存在大量的金屬離子，這些金屬離子與潮濕空氣結(jié)合，就會(huì)降低電路與元器件的絕緣性能。
表5 紐約地區(qū)通信中心空氣平均雜質(zhì)濃度（mg/m3）
3）灰塵影響散熱，間接地促使零部件溫度升高，影響零部件的壽命
一定量的灰塵附著在電路與元器件上，影響散熱效果，導(dǎo)致局部元器件溫度上升。《貝爾實(shí)驗(yàn)室的研究報(bào)告》認(rèn)為，導(dǎo)致電子設(shè)備退化最主要的環(huán)境因素是灰塵顆粒和水蒸氣，暴露在潮濕空氣中的電子設(shè)備被微小顆粒污染后（見(jiàn)圖7），就可能產(chǎn)生故障，這種故障通常表現(xiàn)為串話和軟故障。
圖7 灰塵對(duì)電路的影響（顯微圖）
數(shù)據(jù)中心內(nèi)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備等IT設(shè)備，以及UPS等配套設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，都需要一個(gè)穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境，因而需要一套環(huán)境控制系統(tǒng)。這套環(huán)境控制系統(tǒng)可以移除數(shù)據(jù)中心主設(shè)備和配套設(shè)備運(yùn)行時(shí)發(fā)出的熱量，精密調(diào)節(jié)機(jī)房?jī)?nèi)空氣的溫度、濕度、潔凈度等參數(shù)，滿(mǎn)足設(shè)備內(nèi)電子器件的可靠工作要求，保證數(shù)據(jù)中心內(nèi)各類(lèi)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，保障數(shù)據(jù)中心穩(wěn)定運(yùn)行。
所以，數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)的建設(shè)要取決于IT設(shè)備本身散熱的需求，IT設(shè)備對(duì)其運(yùn)行環(huán)境的要求相對(duì)嚴(yán)苛，不良的運(yùn)行環(huán)境會(huì)對(duì)IT設(shè)備造成嚴(yán)重的傷害。
