数据中心对空气品质的新要求

数据中心对空气品质的新要求数据中心对空气品质的要求以往主要有三个方面：温度、湿度和空气含尘浓 度。但随着环境保护意识的增强、电子设备生产工艺和技术的更新以及环境污染 的加剧，使得现在国际上对数据中心的空气品质也提出了新的要求，即腐蚀性气 体污染的要求。1、环境保护的背景与电子行业的变化RoHS与IT电子设备厂商随着人类环境问题的日益严峻，欧盟于2006年7月1日立法实施了强制标 准 RoHS(Restriction of Hazardous Substances)，全称是关于限制在电子电器 设备中使用某些有害成分的指令，列出了对六种有害物质的严格限制，包括： 铅Pb,镉Cd,汞Hg，六价铬Cr6+,多溴二苯醚PBDE，多溴联苯PBB,规范电子 电气产品的材料及工艺标准，强制所有 IT 产品和电子设备供应商采用更环保的 制造技术，以此保护地球环境和人类健康。电子设备通常都使用印刷电路板(PCB)、集成电路或表面封装元件，RoHS 生效以前电子行业内普遍使用铅锡合金进行焊接，强制性的RoHS迫使包括IT行 业在内的所有电子行业制造商都必须在工艺上进行改良，尽量不用有害物质，这 对电子行业制造商的生产工艺提出了严格的要求。为了进行改良生产，目前电子行业制造商普遍使用低电阻率的银来代替铅， 从而满足RoHS的要求。为此，IT制造商面临了比一般的电子设备厂商更高的挑战，因为随着计算机 性能的不断提升，使用的晶体管尺寸必须不断缩小，数量不断增多，电信号为完 成指定任务传递的距离也越来越短，所有电子部件都朝着更小尺寸发展，封装密 度越来越高，这对硬件的可靠性造成了很多不利因素，例如设备板卡中单位体积 的热负荷增大，就需要更多的气流冷却，气流的增加也使电子设备更容易受到空 气中粉尘、腐蚀性气体污染物的影响。2、腐蚀性气体对电子设备的影响即使在 RoHS 实施以前使用了铅锡合金焊接生产的电子设备，在工业区仍需 要加装气体化学过滤装置进行保护，当现在电子设备厂商使用银来替代铅锡合金 以后，化学腐蚀问题就日益严重了。银和铜都不是十分稳定的金属，与铜相比银 更容易被腐蚀，在以工业为主的城市，或城市的工业区，海边，这些地区往往空 气污染相对严重，空气中硫化物、氮氧化物等腐蚀性气体或盐的浓度比较高，这 些空气进入数据中心以后，就特别容易使电子设备发生故障。由于腐蚀性气体对设备的腐蚀是长期和大面积进行的，发生故障的年限会随 着污染物的聚集进一步的缩短，其影响具有明显的滞后性，短期常因不容易被发 现而忽视，一旦出现问题就会是大面积的，加上局部的不可预测性，容易造成意 外宕机，级别要求越高的数据中心(例如 A 级或 Tier4 级机房)的损失就越大。 需要指出的是，如果机房的空气质量得不到有效的改善，即使更换了 IT 设备， 腐蚀仍将持续，因此很多发达国家都对数据中心的气体污染物治理提出了规范的 要求。3、化学腐蚀的分类化学腐蚀的种类很多，但常见的有以下三类：1) 蠕变腐蚀：对铅的限制使工艺上使用银来代替铅并提高导电性，生产上 常用浸银的处理方式。浸银处理过的电路板在含硫和一定湿度的空气环 境中容易产生被腐蚀，电路板中的银和铜被腐蚀产生的衍生物会逐渐在 电路板上漫延，形成蠕变腐蚀现象。蠕变腐蚀发展到一定程度会造成电 子线路短路，从而导致设备部件故障。2) 镀银腐蚀：这类腐蚀主要产生在含银的小型表面安装组件中。即使在干 燥情况下含硫气体也能腐蚀银，并生成腐蚀产物硫化银，硫化银大量聚 集后会产生机械压力，从而破坏封装的完整性。封装被破坏后下层的银 会被进一步腐蚀，直到部件中的所有银全都耗尽，最终导致断路。3) 腐蚀性无机盐粉尘：各种无机盐也是数据中心空气粉尘污染物的一个主 要来源。沿海地区的强风可将海盐向内陆方向吹进 10 公里或者更远， 而这些海盐能够毁坏这一范围内的电子设备。另外如果数据中心中用于 加湿的水分中含有过量的盐分，经过长期的累积也可以是造成这种腐蚀。需要指出的是，业内也有专家认为电子设备厂商应该通过自身工艺改良来提高对腐蚀性气体的抵御能力，显然这对用户是十分有利的。但想在短期内让厂商做到既能满足环保（RoHS）要求，又不使制造成本明显上升造成用户购买成本提升，再加上是不是所有的设备都应该和都需要提高腐蚀抵御 能力等等问题业内还没有定论，所以这个问题的解决会是漫长的。4、腐蚀性气体的来源与影响因素： 腐蚀性气体污染的来源一般有两种：室外污染物侵入和室内污染物扩散。 室外污染物侵入是腐蚀性气体污染的主要途径。工业生产、含硫煤的燃烧、 汽车尾气、火山爆发等等造成大气污染，形成的硫化物、氮化物、卤化物等腐蚀 性气体（如二氧化硫、硫化氢、氮氧化物、单质硫、二硫化碳等），随空气进入 数据中心就导致了腐蚀性气体污染。室内污染物的来源往往来自于含硫计算机配件老化、蓄电池、橡塑保温泡棉、 含硫橡胶等装饰装修材料、电缆外皮，下水道等传出的气体等。需要注意的是，不管是室内还是室外的来源，无机盐和水蒸气都可以作为电 解质媒介造成或加速化学腐蚀。还可以换一种角度来描述腐蚀性气体污染对数据中心设备的影响，可以分为 三类：化学影响、电学影响和机械影响。两种最常见的化学影响是电路板中的铜或银的蠕变腐蚀和小型表面安装组 件中的镀银腐蚀。在非工业环境中，化学影响往往最容易被忽视。电学影响包括 电路阻抗和电弧的变化和由此产生的短路或开路等。机械影响包括散热片污染、 光信号干扰、摩擦力增大等。5、腐蚀性气体污染的检测与处理方法 为了防止气体污染对数据中心造成的危害并判定这种腐蚀的程度，行业内使 用了很多方法进行防腐蚀处理。现在业内通常使用“先检测后处理再检测”的循环处理法。循环处理法的第一步是进行空气质量检测。一般使用纯铜或银的测试片进行测试，方法是在数据中心特定的位置与高度放置测试片，暴露在空气中 30 天， 若测试片的被腐蚀层厚度低于 300 埃（1 埃=10-10米），则说明该数据中心的腐蚀 性气体影响可以忽略；若高于 300 埃，则数据中心的气体腐蚀已经对 IT 设备造 成威胁，厚度越大，则威胁越严重。对于检测未超标的数据中心可以定期做检测， 以防止腐蚀出现。对于化学腐蚀测试超标的数据中心，需要进行第二步处理，使用初效、中效、 终效三重过滤器及化学滤料相结合的化学方法过滤，常用的化学滤料是经过特殊 工艺浸泡的活性碳和活性氧化铝，利用其化学还原性将其中的腐蚀性气体中和并 去除。有些地方也单独使用纯活性炭进行过滤，但因活性炭仅利用其物理吸附性 进行过滤，其过滤效率相对较低并容易产生二次污染的风险，所以在高标准和高 风量的数据中心中一般很少单独使用纯活性炭来处理化学污染物。化学方法过滤按使用位置可以分成室内和室外两种：室外部分可以在精密空调的新风装置前加装化学过滤装置，或将其换成带化 学过滤功能的新式新风机组（值得一提的是使用这种新的新风系统可以实现自然 冷却），同时做好各路风管的密闭，保证数据中心内的正压，彻底阻止室外污染 物的侵入。室内部分可以使用室内化学过滤机组放置在特定的地方，同样使用初效、中 效、终效三重过滤器及化学滤料相结合的方法以消除室内气体污染物。+AP（室内正压）室内循环机房（数据中心室内污 染物处 理系统室外污染物处 理系统室外加压室外带有腐蚀,性气乐的空气数据中心的污染物处理系统示意图第三步需要对数据中心和化学过滤器进行定期的巡检，对化学滤料进行寿命 分析并根据需要更换，确保机房环境我始终达到可靠的标准。不论是在第一步污染物检测未超标的数据中心还是通过化学过滤处理后的数 据中心都应该进行定期的检测，以防止腐蚀再次出现。通过这样循环方式可以确 保数据中心的设备不被腐蚀导致意外宕机。从以上可以看出，数据中心对空气的要求有温度、湿度、空气含尘浓度和腐 蚀性气体污染等。目前世界现行的机房环境标准也考虑了无铅化等环保技术对机 房环境的新要求，比较突出的就是化学腐蚀问题，只有达到所有这些要求才能确 保数据中心中电子设备的可靠运行。附录：一、针对腐蚀性气体对IT或电气设备的腐蚀状况，欧美、日本制订的数据中心空气质量标准有：（1）美国于1985年颁布的ISA-S71.04-1985标准；（2）国际电工委员会于1987年颁布的IEC-60654-4（1987-07）标准；（3）日本电气工业发展协会于1990年颁布的JEIDA-29-1990标准。以美国的 ISA-S71.04-1985 标准为例，根据气体对铜质测试片腐蚀程度将空气质量分为 G1、 G2、G3和GX四个等级，具体数值参阅下表：等级严重程度铜片反应程度空气质量分析G1轻微 300 埃环境状况良好，腐蚀对设备运行稳定性不构成威 胁。G2中等 1000 埃可检测到腐蚀影响，腐蚀对设备运行稳定性造成威 胁。G3严重 2000 埃发生腐蚀危险性很高；需要采取必要措施或对设备 采用特殊设计及防护。GX非常严重22000 埃发生严重腐蚀。只有采取特殊设计及防护的设备或 许才可在此环境运行。