警惕数据中心内部污染

近年来,PM2.5、雾霾等环境污染话题热度不减,当我们聚焦于数据中心,你是否清楚数据中心内的污染控制标准?什么仪器可以测试数据中心内的气体污染等级?如何净化数据中心内部环境?带着这些问题,我们往下看。

环境对数据中心设备影响

1空气粉尘影响

机械影响:散热片污染阻碍冷却气流、干扰移动部件、磨损、光干涉、互联干扰、表面变形(例如磁性介质)以及其他类似的影响。

化学影响:落在电路板上的粉尘会导致组件腐蚀和/或临近的相隔功能部件短路;电路板中的铜蠕变腐蚀和小型表面安装组件中的银腐蚀是两种常见的化学故障;

电学影响:阻抗变化、电弧变化和电子电路导体发生桥接等。

2气体污染影响

酸性气体:如硫化氢, 硫 ,氮氧化物,氯气 , 以及氟化氢。

腐蚀性碱性气体:氨气。

氧化气体:臭氧。

以上气体金属腐蚀,对于数据中心来说,主要腐蚀设备的电子元器件。

3温湿度影响

温度过高:会导致服务器宕机,加速粉尘及污染气体对电子元件的腐蚀

温度过低:会增加空调设备能耗。

湿度过高:加速粉尘及污染气体对电子元件的腐蚀。

湿度过低:会引起静电效应。

数据中心洁净度标准

关于数据中心的洁净度,我们先看以下两个标准:

1GB50174-2008

《电子信息系统机房设计规范》

GB50174-2008《电子信息系统机房设计规范》中要求,A级和B级主机房的空气含尘浓度,在静态条件下测试,每升空气中大于或等于0.5μm的尘粒数应少于18000粒。相当于1m³空气中0.5μm粉尘要少于1800万个。

2ISO14644-1空气洁净度分级

ISO14644-1空气洁净度分级情况与允许的最大颗粒浓度如下:

针对这个分级,ASHRAE《2011 Gaseous and Particulate Contamination Guidelines For Data Centers》中定义了数据中心的洁净等级必须满足ISO Class 8定义的颗粒物浓度上限值。

从以上两个标准来看,对于数据中心洁净度要求大体相同,而ISO14644-1定义的更为精细。

数据中心气体污染标准

数据中心的气体污染主要是空气中的含硫气体,对电子元器件的腐蚀。GB50174-2008对此并没有相关说明,我们看下ANSI/ISA-71.04-2013划分的气体腐蚀性等级:

对于数据中心而言要满足G1的级别,否则需要对进入数据中心和数据中心内空气进行处理。

数据中心洁净度和气体污染控制

1选取合适过滤等级的空气过滤器并定期更换

空气过滤器按过滤效率被分为:初效、中效、高中效、亚高效、高效,这个分类比较粗,一般我们都用欧洲分类标准:G1~U17。详细分类如下表:

对于以上分类,我们该选取什么级别的滤网呢?

首先我们来看下数据中心灰尘的来源:数据中心常见灰尘来源有:施工遗留的水泥灰尘、楼道管道井的灰尘沉积、外界雾霾进入数据中心产生的灰尘、数据中心工作人员进入带进的灰尘等等。常见尘埃粒径分布及过滤器选取如下表:

滤网选择:过滤器的选取还需考虑过滤效率与成本(过滤效率越高过滤器成本越高、为了满足末端风量,过滤器过滤效率越高电机能耗越大)的矛盾。

建议对于数据中心内部应采用MERV8(相当于G4)过滤器不断过滤。对有新风的选取MERV11(相当于F5)或MERV13(相当于F7)的过滤器进行过滤。

2新风设备加化学过滤器

数据中心内加化学过滤系统

海边的数据中心新风加海盐过滤器

根据数据中心附近空气中主要污染物来选择化学过滤器滤料成分。常见的化学滤料成分有高锰酸钾(通过物理吸附和化学吸附去除酸性气体)、活性炭(烃类气体、VOCs、氯气和二氧化氮) 等。

沿海地区的数据中心新风处加专用海盐过滤器。沿海地区的强风,可将海盐向内陆方向吹10公里或更远,所以建议沿海地区的数据中心新风处加专用海盐过滤器。

3控制好加湿水水质

建议数据中心加湿用水采用纯水。一般数据中心加湿采用市政水或软化水,市政水含钙镁离子,最终会结垢。而软化水是用钠离子交换市政水的钙镁离子,水中含盐。风机会将水垢和盐吹到数据中心内。所以建议数据中心加湿采用纯水,并控制好纯水水质。

4维持数据中心微正压

维持数据中心微正压,使得房间外粉尘不会进入机房内

5定期对数据中心进行粉尘测试

建议每季度使用粒子计数器对数据中心粉尘浓度进行测试,测试结果与相关标准做比对,对于不达标的数据中心要关注下数据中心密封及滤网过滤等级。

6定期对数据中心进行铜银挂片测试

建议每半年在数据中心内做铜银挂片测试,根据测试结果(腐蚀等级)判断数据中心气体污染程度,判断污染来源并做下一步改善。

数据中心温湿度控制标准

关于数据中心温湿度控制标准,ASHEAR有明确的定义如下:

1运行环境

温度:18-27℃。湿度下线:5.5℃的露点湿度。湿度上线:60%相对湿度或15℃的露点湿度。

2非运行环境

温度:5-45℃。相对湿度:8%-80%。湿度上线:27℃的露点湿度。

腾讯某数据中心运营实践

环境控制点

腾讯某数据中心采用标准

目前控制程度

检测方法

温度

ASHEAR《Gaseous and Particulate Contamination Guidelines For Data Centers_2011》

DC1栋,26℃±1℃DC3栋,22℃±1℃

手持温湿度传感器

湿度(含湿量)

ASHEAR《Gaseous and Particulate Contamination Guidelines For Data Centers_2011》

夏季:10.6 g/kg冬季:5.5g/kg

手持温湿度传感器测试温湿度,通过计算转化为含湿量。

粉尘

ISO14644-1《洁净室及相关控制环境国际标准》及ASHEAR

Class 8

粉尘测试仪

气体污染

ISA-71.04-2013《Environmental Conditions for Process Measurement and Control Systems: Airborne Contaminants》

G1

铜银挂片

1腾讯某数据中心温湿度控制

腾讯某数据中心运营初期有做过一个“水熊虫”项目,旨在提升服务器送风温度,由22度逐步提升值27度,并监测服务器功率变化及设备故障率。该项目的开展为后续数据中心节能有着深远的影响。目前该数据中心服务器送风温度一直维持26℃±1℃。

其数据中心湿度一直采用ASHEAR的标准,即控制机房的含湿量在5.5~10.6 g/kg,冬季我们加湿器控制机房含湿量的下限,夏季除湿机控制机房含湿量的上限。

2粉尘控制

腾讯某数据中心对机房内粉尘控制主要做了以下实践:

适当提升过滤网等级:该地有新风模式和水冷模式两种工作模式的AHU,设计使用G4+F5的滤网,但过滤效果不佳。我们通过不同级别滤网的使用测试,最终确定新风模式时使用G4+F7级别的滤网,水冷模式下使用G4级别的滤网。

MDC的列间空调,出厂配置的是G3等级滤网,由于MDC机房密封性较差,而且刚建设完成,房间内残存的灰尘较多。我们通过测试比对G3/G4/G5三种过滤等级的滤网,最终选定G4级别的滤网。

制定适度的滤网更换频次及更换标准:腾讯某数据中心滤网的更换主要依据是滤网的终止压差,G4级别的滤网终止压差为100Pa(初始压差40Pa),F7级别的滤网终止压差260Pa(初始压差120Pa)。

对于新建机房或密封性差的机房会根据实际情况更换滤网,一般都会提高滤网更换的频次。

解决机房密封差问题:机房过墙线槽封堵;冷热通道门与MDC门密、滤框与空调本体封胶条定期检查;机房门禁控制,防止长时间不关门;机房门下方缝隙加毛刷。

维持机房内正压:开启机房新风系统,维持机房内微正压;定期测试MDC微正压,并调整列间空调风机转速。

定期测试机房粉尘浓度:用粒子计数器每季度测试机房内粉尘浓度。

3气体污染控制

腾讯某数据中心运营初期经历过气体污染影响,目前采取措施如下:

有新风模式(风墙、AHU)的末端设备,加化学过滤器。如果没有加化学过滤器,停止新风模式。

对数据中心新风系统,进风口做改造,加化学过滤器。

对数据中心内空气做循环处理。配有12台室内循环设备(有化学过滤模块),对数据中心内空气做循环处理。

定期做铜银挂片测试。设置了两台在线检测设备实时检测数据中心气体污染。

总结:

数据中心运营,我们往往关注数据中心内的温湿度,而忽略了数据中心的洁净度和气体污染。数据中心内部的粉尘和气体污染在运营过程中像慢性毒药,最终导致设备故障率升高。所以,除了数据中心温湿度外,也要关注下数据中心内粉尘和气体污染,特别是刚建设完的数据中心和在工业区内的数据中心。服务器的“生存环境”需要我们全方位的关注。

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原文发布于微信公众号 - 腾讯数据中心(Tencent_IDC)

原文发表时间:2017-07-14

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