数据中心制冷系统的建设主要取决于IT设备本身散热的需求,IT设备对其运行环境的要求相对严苛,不良的运营环境会对IT设备造成严重的损害。

因为数据中心内的IT设备在365天全天候的不间断运行的过程中,会产生巨大的发热量,为了保证设备工作的安全性和可靠性,必须为IT类设备提供正常的工作温度,湿度,灰尘等环境。因此,每个IT设备的厂家对设备运行环境的温度、湿度和洁净度都有着严格的范围。当环境超出这些范围时,将对IT设备运行产生严重干扰或损坏。

数据中心IT设备对环境的要求

1、 高温对设备运行的影响

(1) 温度与平均无故障运行时间的关系——10℃法则

温度与平均无故障运行时间的关系:由于现代电子设备所用的电子元器件的密度越来越高,使元器件之间通过传导、辐射和对流产生热耦合。因此,热应力已经成为影响电子元器件时效的一个最重要的因素。对于某些电路来说,可靠性几乎完全取决于热环境。为了达到与其的可靠性目的,必须将元器件的温度降低到实际可以达到的最低水平。有资料表明:环境温度每提高10℃,元器件寿命约降低30%-50%,影响小的也基本都在10%以上,这就是有名的“10℃”法则。

(2) 高温对元器件的影响

A、 半导体器件。电子元器件在工作时产生大量的热,如果没有有效的措施及时把热三走,就会使集成电路和晶体管等半导体器件形成结晶,这种结晶是直接影响计算机性能、工作特性和可靠性的重要因素。

根据实验得知,室温在规定范围内每增加10℃,其可靠性约下降25%.

器件周围的环境大约超过60℃时,就将引起计算机发生故障,当半导体期间的温度过高时,其穿透电流和电流倍数就会增大。

B、 电容器。温度对电容器的影响主要是:使电解电容器电解质中的水份蒸发增大,降低其容量,缩短其使用寿命,改变电容器的介质损耗,影响其功率因数等参数变化。由实验得知,在超过规定温度工作时,温度每增加10℃,其使用时间下降50%.

C、 记录介质。实验表明:当磁带、磁盘、光盘所处温度持续高于37.8℃时,开始出现损坏;当温度持续高于65.6℃时则完全损坏。对于磁介质来说,随着温度的升高,磁导率增大;当温度达到某一个值时,磁介质丢失磁性,磁导率急剧下降。磁性材料失去磁性的温度称为居里温度。

D、 绝缘材料。由于高温的影响,用玻璃纤维胶板制成的印制电路板将发生变形甚至软化,结构强度变弱,印制板上的铜箔也会由于高温的影响而使粘贴强度降低甚至菠萝,高温还会加速印制插头和插座金属簧卡的腐蚀,使接点的接触电阻增加。

E、 电池环境温度与寿命的关系。电池是对环境温度最敏感的器件(设备),温度在工作温度25℃的基础上,每上升10℃,寿命下降50%.

2、低温对IT设备运行的影响

低温同样导致IT设备运行、绝缘材料、电池等问题。当机房温度过低时,部分IT设备将无法正常运行。

(1) 机房温度过低导致设备无法运行

机房的环境温度低于5℃时,通信设备将无法正常运行;机房的环境温度低于-40℃时,铅酸电池无法提供能量。

(2) 绝缘材料

低温时,绝缘材料会变硬、变脆,使结构强度同样减弱。对于轴承和机械传动部分,由于其自身所带的润滑油受冷凝结,黏度增大而出现黏滞现象。温度过低时,含锡量高的焊剂会发生支解,从而降低电气连接的强度,甚至出现脱焊、短路等故障。

(3) 电池环境温度与放电容量的关系

同样,当工作温度为25℃之下时,随着温度的下降,电池放电容量下降。

3、 湿度对IT类设备运行的影响

通常,IT类设备的工作环境要求湿度为40%-55%.超过65%的湿度,为湿度过高;超过80%属于潮湿;低于40%术语湿度过低(空气干燥)。

(1) 温度过高对IT类设备运行的影响

当空气的相对湿度大于65%时,物体的表面附着一层厚度为0.001-0.01μm的水膜;湿度为100%时,水膜厚度为10μm.这样的水膜容易造成“导电小路”或这飞弧,会严重降低电路可靠性。

在相对湿度保持不变的情况下,温度越高,对设备的影响越大,这是因为水蒸气压力随温度升高而增大,水分子易于进入材料内部。

当相对湿度由25%增加到85%时,纸张的厚度将增加80%,这就是在潮湿的天气里打印机无法正常工作的原因。

(2) 湿度过低对IT类设备运行的影响

静电放电(ElectrostaticDischarge,ESD)是电子工业中的曾普遍存在的“硬病毒”,在内、外因条件具备的特定时刻便会发作,已成为电子工业的隐形杀手。

据报道,仅美国电子工业每年因静电放电造成的损失就达几百亿美元。根据Intel公司公布的资料显示,在引起计算机故障的诸多因素中,电气过应力(ElectricalOverStree,EOS)/ESD是大的隐患,将近一半的计算机故障都是由EOS/EDS引起的,ESD对计算机的破坏作用具有隐蔽性、潜在性、随机性和复杂性的特点。

IT类设备由众多芯片、元器件组成,这些元器件对静电都很敏感,不同的静电敏感器件受静电损伤的阈值电压不同。在空气湿度过低时,工作人员的活动非常容易产生静电电压。

实验表明,当机房相对湿度为30%时,静电电压为5000v;当机房相对湿度为20%时,静电电压为10000v;当机房相对湿度为5%时,静电电压可高达20000v以上。这足以表明湿度对运行中的IT设备的重要性。

4、 灰尘对主设备运行的影响

除温度和湿度外,灰尘对IT类设备是更厉害的杀手。

(1) 腐蚀电路板。微小颗粒吸收空气中的湿气后,在被微小颗粒污染的设备表面上形成电解层,这对许多金属会产生腐蚀作用。如果电解液浸透到导线保护层形成腐蚀点,并且该腐蚀点所处位置的导体有不同的电压,则在导线与导体之间就可能产生电弧,这样的电弧通常会烧坏元器件。严重的电弧会电解电路板形成导电电桥。

(2) 降低绝缘性能。灰尘中存在大量的金属离子,这些金属离子与潮湿空气结合,就会降低电路与元器件的绝缘性能。

(3) 灰尘影响散热,间接地促使零部件温度升高,影响寿命。一定量的灰尘附着在电路与元器件上,影响散热效果,导致局部元器件的温度上升。

《贝尔实验室的研究报告》认为,导致电子设备退化的最主要环境因素是灰尘颗粒和水蒸气,暴露在潮湿空气中的电子设备被微笑颗粒污染后,就可能产生故障,这种故障通常表现为串话和软故障。

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