丁 聰 沈 巍 黃 赟

1 上海郵電設(shè)計(jì)咨詢研究院有限公司 上海 200092

2 中國移動(dòng)通信集團(tuán)上海有限公司 上海 200092

引言

伴隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心(Internet Data Center，IDC)作為支撐云計(jì)算服務(wù)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，面臨著廣闊的發(fā)展前景。IDC數(shù)據(jù)中心不斷朝著超大規(guī)模、高度集中方向快速發(fā)展，對機(jī)房內(nèi)IT設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的要求也越來越苛刻。

近年來，由于空氣污染導(dǎo)致機(jī)房IT設(shè)備運(yùn)行不正常的情況不斷發(fā)生，設(shè)備壽命下降、板件腐蝕、狀態(tài)異常、耗能增加、故障頻發(fā)、損壞率上升等。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，空氣污染是影響機(jī)房內(nèi)IT設(shè)備持續(xù)健康運(yùn)轉(zhuǎn)的頭號“硬件殺手”，空氣污染所造成的影響，均是大面積、隱形和緩慢累積的，誘發(fā)的故障涉及整個(gè)機(jī)房。

如何有效及時(shí)地檢測機(jī)房內(nèi)空氣質(zhì)量，評估機(jī)房空氣中有害物的危害程度，根據(jù)檢測結(jié)果和機(jī)房的具體情況，實(shí)施空氣凈化方案，觀察效果，持續(xù)改進(jìn)，確保機(jī)房空氣質(zhì)量良好，提高整個(gè)機(jī)房系統(tǒng)的可靠性和可用性，在機(jī)房運(yùn)維中越來越重要。

1 IDC機(jī)房空氣質(zhì)量對設(shè)備的影響

機(jī)房空氣質(zhì)量是IT設(shè)備正常運(yùn)行的前提，影響機(jī)房空氣質(zhì)量的因素主要是以下三個(gè)方面。

1) 空氣潔凈度(含塵濃度)。IT設(shè)備工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的靜電和磁場，再加上風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的吸力，會(huì)使室內(nèi)懸浮在空氣中的塵埃顆粒吸進(jìn)設(shè)備內(nèi)部，形成靜電吸附。導(dǎo)電性的塵埃會(huì)使絕緣材料的絕緣性能降低甚至短路，絕緣性的塵埃會(huì)使金屬接插件或金屬接點(diǎn)接觸不良，應(yīng)采取措施減少機(jī)房內(nèi)空氣的含塵濃度，提高空氣潔凈度。

2) 腐蝕性氣體濃度。機(jī)房內(nèi)腐蝕性氣體(特別是硫化氫和二氧化硫)的存在，會(huì)腐蝕正在運(yùn)行的設(shè)備板件(特別是鍍銀的重要電路板件)，日積月累，電路板中的銀和銅腐蝕產(chǎn)生的衍生物逐漸在電路板上蔓延，形成所謂的“蠕變腐蝕”現(xiàn)象，“蠕變腐蝕”發(fā)展到一定程度會(huì)造成電子線路短路、斷路、變形或失效，造成設(shè)備故障，影響到業(yè)務(wù)運(yùn)行，甚至造成嚴(yán)重的安全事故。

3) 相對濕度。在相對濕度偏低的情況下，易造成靜電吸附，不但會(huì)影響交換機(jī)和其他通信設(shè)備的運(yùn)行壽命，而且容易造成嚴(yán)重通信故障(灰塵落在設(shè)備上還會(huì)影響正常散熱，造成短路，導(dǎo)致嚴(yán)重的安全隱患)；在相對濕度大于80%的情況下，會(huì)加劇金屬板件腐蝕，縮短設(shè)備壽命，導(dǎo)致故障發(fā)生。

空氣品質(zhì)不良造成的設(shè)備故障涉及面廣、發(fā)現(xiàn)難度大、處理周期長，破壞性強(qiáng)，根治困難，損失難以估量。

2 IDC機(jī)房空氣質(zhì)量檢測技術(shù)

2.1 機(jī)房空氣潔凈度檢測

《GB 50174-2008電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定：主機(jī)房的空氣含塵濃度，在靜態(tài)條件下，每升空氣中大于或等于0.5μm的塵粒數(shù)，應(yīng)少于18 000粒(相當(dāng)于潔凈度8.7級)[1]。IDC數(shù)據(jù)中心主機(jī)房內(nèi)機(jī)柜通常采用冷熱通道分開設(shè)置的方式布局，空氣含塵濃度以冷通道的測量參數(shù)為主。目前，業(yè)內(nèi)普遍采用激光粒子計(jì)數(shù)法進(jìn)行空氣含塵濃度檢測。

激光粒子計(jì)數(shù)器基于光散射原理設(shè)計(jì)制造，由光源、采樣管、測量腔、光檢測器、流量監(jiān)控、氣泵及過濾器、電路系統(tǒng)等部件構(gòu)成，能實(shí)時(shí)測量空氣中塵埃粒子的尺寸與顆粒數(shù)濃度。

測量應(yīng)在IDC數(shù)據(jù)中心主機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行，50m2及以下的主機(jī)房區(qū)域內(nèi)選擇對角線交點(diǎn)及其四分點(diǎn)共5個(gè)檢測點(diǎn)，每增加20m2～50m2，增加3～5個(gè)檢測點(diǎn)，將計(jì)數(shù)器的采樣管口正對氣流方向，測試人員站在采樣管口下風(fēng)側(cè)，對每個(gè)檢測點(diǎn)連續(xù)三次測試，取其平均值為該檢測點(diǎn)的實(shí)測空氣含塵濃度。

激光含塵粒子計(jì)數(shù)器具有測量精度高、速度快、使用方便、便于攜帶等特點(diǎn)，機(jī)房運(yùn)維人員可隨時(shí)隨地對機(jī)房內(nèi)某一位置空氣含塵濃度進(jìn)行測量和記錄，但難以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)連續(xù)不間斷的、較大范圍的檢測。

2.2 機(jī)房內(nèi)腐蝕性氣體濃度檢測

2.2.1 分光光度檢測法

機(jī)房內(nèi)空氣中的腐蝕性氣體濃度一般很低，其主要危害是在潮濕環(huán)境中會(huì)加快金屬部件的腐蝕。目前業(yè)界對空氣中SO2、H2S、Cl2、NOx、甲醛等氣體含量的檢測方法主要采用分光光度法進(jìn)行即時(shí)性檢測。1）SO2采用甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法[2]。2）H2S采用亞甲藍(lán)分光光度法[3]。3）Cl2采用甲基橙分光光度法[4]。4）NOx采用鹽酸萘乙二胺分光光度法[5]。5）甲醛采用酚試劑分光光度法[6]。

檢測時(shí)，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)分別準(zhǔn)備吸收瓶、吸收液等，在主機(jī)房區(qū)域內(nèi)均勻選擇檢測點(diǎn)，對每個(gè)檢測點(diǎn)采樣5份空氣樣品，分別進(jìn)入對應(yīng)的吸收液中，根據(jù)生成化合物顏色或吸收液顏色減弱的程度進(jìn)行吸光度測定或比色定量計(jì)算，從而得出各種污染氣體的濃度。采用分光光度檢測法的時(shí)效性很強(qiáng)，只能檢測采樣時(shí)采樣區(qū)域的氣體成分，如果當(dāng)時(shí)污染源沒有散發(fā)出有害氣體或者散發(fā)量降低的話，檢測數(shù)據(jù)就不具備代表性；運(yùn)維人員也無法24小時(shí)不間斷地檢測。

2.2.2 銅片腐蝕增重法

考慮到分光光度檢測法的時(shí)效性，實(shí)際運(yùn)維檢測中，需要有一種適合于機(jī)房持續(xù)檢測的方法，目前業(yè)內(nèi)也常采用銅片(或鍍銀板)腐蝕前后增重對比的方法來表征機(jī)房內(nèi)空氣質(zhì)量。腐蝕增重法簡單直觀、經(jīng)濟(jì)適用，其缺點(diǎn)是時(shí)間較長，可與分光光度檢測法有機(jī)結(jié)合起來，在檢測初期在機(jī)房的較大范圍內(nèi)布置銅片，一段時(shí)間后觀察銅片表面腐蝕程度情況，對銅片腐蝕嚴(yán)重的機(jī)房區(qū)域再使用分光光度法進(jìn)行定量測量，這樣更有針對性，避免了盲目選點(diǎn)，可有效節(jié)約檢測費(fèi)用。

檢測前選取相同尺寸、厚度、材質(zhì)的正方形銅片若干，四角打孔用于細(xì)線懸掛，洗凈，去除表面臟污和氧化物，氣槍吹干，雙面研磨拋光，稱重記錄，細(xì)線貼上標(biāo)簽編號。選取空調(diào)機(jī)房空調(diào)設(shè)備區(qū)域、最里面抽風(fēng)口、頂部出風(fēng)口、主機(jī)房回風(fēng)口、架空地板下方出風(fēng)口、冷通道內(nèi)、部分機(jī)柜內(nèi)，用細(xì)線懸掛布置處理過的銅片，記錄懸掛日期并拍照，一個(gè)月后取回對比銅片表面腐蝕變色變黑情況，稱重記錄。

2.2.3 ECM環(huán)境腐蝕監(jiān)測儀

近年來，市面上已有成型的環(huán)境腐蝕實(shí)時(shí)監(jiān)測儀，能夠連續(xù)測量并顯示出空氣的腐蝕速率、相對濕度、溫度、壓差、ISA環(huán)境等級等參數(shù)，內(nèi)置多種傳感器、銅片或銀片試片和數(shù)據(jù)記錄器，靈敏度高，可實(shí)時(shí)觀測或通過接口與監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)相連輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。腐蝕速率按ISA環(huán)境等級由不同顏色的指示燈顯示，可發(fā)現(xiàn)環(huán)境空氣劣化趨勢，以便及時(shí)對環(huán)境要求較敏感的IT設(shè)備建立和實(shí)施保護(hù)措施。

2.3 機(jī)房空氣相對濕度檢測

IDC數(shù)據(jù)中心機(jī)房內(nèi)溫濕度環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)早已成為監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)配置模塊之一，濕度檢測普遍采用濕度傳感器。

2.3.1 電信號濕度傳感器

濕度傳感器普遍采用電信號傳感器，包括傳統(tǒng)的電容式、電阻式等，通常在IDC數(shù)據(jù)中心機(jī)房內(nèi)每條冷通道、熱通道內(nèi)適當(dāng)位置均勻布置3～5個(gè)電信號濕度傳感器，用于實(shí)時(shí)測量所在點(diǎn)位的環(huán)境濕度，通過組網(wǎng)送至監(jiān)控中心，可在監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)3D視圖上實(shí)時(shí)顯示，并可設(shè)定告警閾值。電信號濕度傳感器測量精度高、響應(yīng)速度快、信號易于處理和控制，但存在單點(diǎn)測量范圍小、布線復(fù)雜、易損壞、維護(hù)工作量大等局限性。

2.3.2 光纖式濕度傳感器

近年來，國際上很多學(xué)者在基于光纖作為載體進(jìn)行分布式濕度傳感測量技術(shù)上做了大量的研究，各種光纖式濕度傳感器迅速發(fā)展起來。

基于分布式光纖測濕度的基本工作原理是，在光纖外表面涂覆濕膨脹線性度好的材料作為濕敏薄膜，當(dāng)不同濕度的空氣與濕敏薄膜接觸后，濕敏薄膜的光學(xué)參數(shù)會(huì)發(fā)生改變，通過測量濕敏薄膜光學(xué)參數(shù)的變化即可獲得相應(yīng)的濕度。

將分布式傳感光纖敷設(shè)或盤繞在IDC機(jī)房內(nèi)每條通道內(nèi)部、重要設(shè)備機(jī)柜外圍，實(shí)現(xiàn)對光纖沿線濕度分布數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的信息采集。IDC機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)平臺(tái)通過處理采集到的濕度信息，結(jié)合機(jī)房3D建模和CFD模擬技術(shù)生成一套實(shí)時(shí)的、連續(xù)的機(jī)房濕度分布的3D視圖，便于維護(hù)人員直觀監(jiān)控機(jī)房內(nèi)空氣相對濕度情況。

光纖式濕度傳感器相對于傳統(tǒng)的濕度傳感器有很多優(yōu)勢，光纖布放靈活、體積更小、穩(wěn)定性好，不受電磁干擾和輻射影響；濕度測量范圍較寬、響應(yīng)速度快、濕滯回差小、靈敏度高、溫度系數(shù)小，比較易于進(jìn)行溫度補(bǔ)償，壽命長，且復(fù)用功能強(qiáng)，非常適合作為機(jī)房空間多點(diǎn)長期監(jiān)測的濕度傳感器。

3 IDC機(jī)房空氣凈化技術(shù)

空氣塵埃和腐蝕性氣體污染源分為機(jī)房外部引入和機(jī)房內(nèi)部釋放兩種情況。機(jī)房外部引入是機(jī)房周邊有污染性工業(yè)或大氣粉塵，由新風(fēng)系統(tǒng)引入機(jī)房內(nèi)部造成的污染。機(jī)房內(nèi)部釋放是機(jī)房的裝修材料或其他設(shè)備或進(jìn)出人員釋放出的粉塵和硫化氣體。

3.1 從建設(shè)層面降低空氣污染

IDC數(shù)據(jù)中心在規(guī)劃初期，應(yīng)合理選址，充分考慮周邊環(huán)境情況，遠(yuǎn)離產(chǎn)生粉塵、油煙、有害氣體以及生產(chǎn)或貯存具有腐蝕性、易燃、易爆物品的場所，例如冶煉廠、煤礦、化工、橡膠、電鍍、食品、皮革加工廠、禽畜飼養(yǎng)場、化肥倉庫、塵土飛揚(yáng)的道路、沙石廠等；選址還應(yīng)遠(yuǎn)離海邊、鹽湖邊；若無法避開這些污染源，則機(jī)房一定要選在污染源的常年上風(fēng)向[7]。

在IDC數(shù)據(jù)中心局房外圍盡量減少門窗數(shù)量，主機(jī)房不宜設(shè)置外窗，在通風(fēng)口布置過濾網(wǎng)；形成全封閉式機(jī)房，把機(jī)房內(nèi)的設(shè)備同惡劣的外部環(huán)境隔離開，使外界污染空氣不會(huì)從門窗的縫隙或其它縫隙進(jìn)入機(jī)房。

3.2 從管理層面降低空氣污染

IDC數(shù)據(jù)中心應(yīng)在主機(jī)房完成設(shè)備安裝、調(diào)試結(jié)束后進(jìn)行保潔工作。主機(jī)房內(nèi)應(yīng)整潔、無雜物；對門窗和地板、地面進(jìn)行清潔；對空調(diào)、機(jī)柜及設(shè)備外表清潔；對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，特別是設(shè)備電源和風(fēng)扇進(jìn)行除塵。

設(shè)置合理的除塵周期，定期組織專業(yè)的清洗工程人員對處在正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的通信設(shè)備進(jìn)行帶電清洗。

機(jī)房應(yīng)配備專用工作服和拖鞋，并經(jīng)常清洗。進(jìn)入機(jī)房的人員必須更換專用拖鞋或使用鞋套，盡量減少穿著纖維類或其他容易產(chǎn)生靜電附著灰塵的服裝進(jìn)入。

同時(shí)，還要嚴(yán)格控制機(jī)房空氣濕度，避免空氣濕度過大使金屬部件產(chǎn)生銹蝕和短路。

3.3 從技術(shù)層面降低空氣污染

機(jī)房內(nèi)空氣塵埃的過濾原理主要有擴(kuò)散作用、慣性作用、攔截作用、篩分效應(yīng)、靜電作用等。

機(jī)房內(nèi)空氣腐蝕性氣體的凈化原理主要有吸附作用、光催化、負(fù)離子等。其中吸附作用分為物理吸附和化學(xué)吸附；物理吸附通過范德華力在吸附劑載體表面吸附氣態(tài)污染物使之進(jìn)入載體內(nèi)的孔洞中，在低溫低濕的環(huán)境中，吸附效果較好；化學(xué)吸附具有選擇性，被吸附氣態(tài)污染物在吸附劑表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)生成無害的無機(jī)鹽形式并留存在吸附劑的孔洞內(nèi)。

3.3.1 高壓靜電過濾網(wǎng)除塵系統(tǒng)

當(dāng)前IDC數(shù)據(jù)中心普遍采用專用空調(diào)空氣過濾網(wǎng)進(jìn)行除塵，綜合考慮風(fēng)機(jī)壓降、空氣過濾效率以及能耗等因素，建議選擇低阻力、過濾效率高、采用靜電原理的高壓靜電兩段板式過濾網(wǎng)。

高壓靜電兩段板式過濾網(wǎng)，根據(jù)高壓靜電吸附的凈化原理，采用二段板式高壓電子集塵室裝置，利用紫外線、納米光催化、負(fù)氧離子等技術(shù)為輔助手段，采用三級過濾的方式實(shí)現(xiàn)氣、固分離，徹底過濾空氣中的顆粒物、微生物，可有效控制機(jī)房內(nèi)空氣潔凈度。

與傳統(tǒng)的粗中效滌綸過濾網(wǎng)方式相比較，高壓靜電設(shè)備過濾效率更高，亦可以減少機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的電能損耗；但是，其設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行、維護(hù)都需要配合專用空調(diào)CRAC系統(tǒng)建設(shè)，工程實(shí)施較為復(fù)雜。

3.3.2 高效空氣化學(xué)過濾凈化系統(tǒng)

高效空氣化學(xué)過濾凈化系統(tǒng)采用化學(xué)吸附的原理，凈化器模塊內(nèi)的化學(xué)媒介具有超高比表面積，多級、高效的自循環(huán)結(jié)構(gòu)，內(nèi)置多種化學(xué)吸附媒體組合，可在腐蝕性氣流通過的保留時(shí)間內(nèi)，與氣體發(fā)生氧化還原、中和反應(yīng)，從而過濾掉腐蝕性氣體，同時(shí)也能有效去除空氣中的顆粒物，從而保證進(jìn)入主機(jī)房區(qū)域的空氣質(zhì)量潔凈。

空氣依次通過凈化系統(tǒng)底部進(jìn)風(fēng)口，初效空氣過濾器、前置模塊化學(xué)過濾器、前置中效空氣過濾器、風(fēng)機(jī)段、后置模塊化學(xué)過濾器、后置中效空氣過濾器、PTFE高效空氣過濾器，頂部出風(fēng)口；多樣化的模塊組合系統(tǒng)配置可以滿足不同的特定條件和需求并可以靈活組合；組合媒體段允許單個(gè)濾料媒體箱更換，使維修不再需要更換整個(gè)媒體段而僅僅是消耗的單個(gè)部分，達(dá)到使用最佳性價(jià)比[8]。

由于機(jī)房內(nèi)的空氣相對戶外空氣比較潔凈，可對機(jī)房的空氣進(jìn)行過濾重復(fù)循環(huán)，通過自循環(huán)高效空氣化學(xué)過濾凈化以期達(dá)到更為優(yōu)化的環(huán)境。

3.3.3 模塊式新風(fēng)過濾機(jī)組系統(tǒng)

初效、中效可采用獨(dú)立的模塊式新風(fēng)過濾機(jī)組系統(tǒng)，可在入風(fēng)口加裝活性炭、離子樹脂等活性或化學(xué)過濾器，確保向機(jī)房內(nèi)部持續(xù)輸入新鮮、過濾好的空氣，維持機(jī)房內(nèi)形成正壓狀態(tài)，保證機(jī)房外的腐蝕性氣體無法侵入，有效地保護(hù)機(jī)房內(nèi)精密設(shè)備及元件，更好地保證機(jī)房的潔凈度和正常運(yùn)行。

4 結(jié)束語

隨著IDC數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)規(guī)模越來越大，IT設(shè)備的數(shù)量越來越多，運(yùn)維管理也變得越來越復(fù)雜，為降低機(jī)房內(nèi)空氣污染引發(fā)的故障隱患，必須完善IDC數(shù)據(jù)中心機(jī)房內(nèi)空氣質(zhì)量的檢測評估和凈化手段。

本文介紹了IDC數(shù)據(jù)中心機(jī)房內(nèi)由于空氣污染導(dǎo)致的靜電和蠕變腐蝕等問題，針對空氣潔凈度介紹了激光含塵粒子計(jì)數(shù)檢測法，針對腐蝕性氣體濃度介紹了分光光度檢測法和ECM環(huán)境腐蝕監(jiān)測儀，針對空氣相對濕度介紹了傳統(tǒng)的電信號傳感器和尚在發(fā)展階段的光纖測濕度法?；诂F(xiàn)狀，從建設(shè)、管理、技術(shù)等層面分別提出IDC數(shù)據(jù)中心空氣凈化的方案和措施，為IDC數(shù)據(jù)中心機(jī)房運(yùn)維管理提供參考，以期改善IT設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，減少因空氣污染導(dǎo)致的IT設(shè)備故障率。

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