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一、數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備對環(huán)境的要求
因為IT設(shè)備在24小時×365天不間斷地運行過程中，會產(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IT設(shè)備的廠家對設(shè)備運行環(huán)境的溫度、濕度、潔凈度都有著嚴(yán)格要求，部分計算廠家、機構(gòu)對環(huán)境的要求如表1所示，部分交換機廠家對環(huán)境的要求如表2所示。
表1 部分計算廠家、機構(gòu)對環(huán)境的要求
表2 部分交換機廠家對環(huán)境的要求
二、數(shù)據(jù)中心不良環(huán)境對IT設(shè)備的危害
數(shù)據(jù)中心的環(huán)境包括溫度問題、濕度問題、灰塵等。當(dāng)環(huán)境不良時，將對IT設(shè)備運行產(chǎn)生嚴(yán)重干擾或損壞。
1）溫度與平均無故障運行時間（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越高，使元器件之間通過傳導(dǎo)、輻射和對流產(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最重要的因素。對某些電路來說，可靠性幾乎完全取決于熱環(huán)境。所以，為達到預(yù)期的可靠性目的，必須將元器件的溫度降低到實際可以達到的最低水平。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）高溫對元器件的影響
a.半導(dǎo)體器件
電子元器件在工作時產(chǎn)生大量的熱量，如果沒有有效的措施及時地把熱量散走，就會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)晶是直接影響計算機性能、工作特性和可靠性的重要因素。
根據(jù)實驗得知，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%。
器件周圍的環(huán)境溫度大約超過60℃時，就將引起計算機發(fā)生故障，當(dāng)半導(dǎo)體器件的結(jié)溫過高時，其穿透電流和電流倍數(shù)就會增大。
b. 電容器
溫度對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。
實驗得知，在超過規(guī)定溫度工作時，溫度每增加10℃，電容器使用時間下降50%。
c. 磁介質(zhì)
實驗表明，當(dāng)磁帶、磁盤、光盤所處溫度持續(xù)高于37.8℃時，開始出現(xiàn)損壞；當(dāng)溫度持續(xù)高于65.6℃時，則完全損壞。
對磁介質(zhì)來說，隨著溫度的升高，磁導(dǎo)率開始增大，當(dāng)溫度升高到某一值時，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)強度變?nèi)?，印刷電路板上的銅箔也會由于高溫的影響而使粘貼強度降低甚至剝落，高溫還會加速印制插頭和插座金屬簧卡的腐蝕，使接點的接觸電阻增加。
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25℃時，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IT設(shè)備運行的影響
低溫同樣也會導(dǎo)致IT設(shè)備的運行問題，包括絕緣材料、電池等，當(dāng)機房溫度過低時，部分IT設(shè)備將無法正常運行。
1）機房溫度過低，設(shè)備無法運行
機房的環(huán)境溫度低于5℃時，通信設(shè)備將無法正常運行；機房的環(huán)境溫度低于?40℃時，鉛酸電池將無法提供能量。
2）絕緣材料
低溫時，絕緣材料會變硬、變脆，使結(jié)構(gòu)強度同樣減弱，對于軸承和機械傳動部分，由于其自身所帶的潤滑油受冷凝結(jié)，會因黏度增大而出現(xiàn)黏滯現(xiàn)象。
溫度過低時，含錫量高的焊劑會發(fā)生分解，從而使電氣連接的強度降低，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，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
通常的機房環(huán)境濕度要求為40%～65%，在IT類設(shè)備工作時，要求濕度為40%～55%。超過65%的濕度為濕度過高，如果濕度超過80%屬于潮濕，低于40%屬于濕度過低（空氣干燥）。
3. 濕度過高對IT類設(shè)備運行的影響
當(dāng)空氣的相對濕度大于65%時，物體的表面會附著一層厚度為0.001～0.01μm的水膜，當(dāng)濕度為100%時，水膜厚度為10μm。這樣的水膜容易造成“導(dǎo)電小路”或飛弧，會嚴(yán)重降低電路的可靠性。
在相對濕度保持不變的情況下，溫度越高，對設(shè)備的影響越大，這是因為水蒸氣壓力隨溫度增高而增大，水分子容易進入材料內(nèi)部。
當(dāng)相對濕度由25%增加到80%時，紙張的厚度將增加80%，這就是在潮濕的天氣里，打印機無法正常工作的原因。
4. 濕度過低對IT類設(shè)備運行的影響
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刻便會發(fā)作，業(yè)已成為電子工業(yè)的隱形殺手。
據(jù)報道，僅美國電子工業(yè)每年因ESD造成的損失就達幾百億美元。根據(jù)Intel公布的資料，在引起計算機故障的諸多因素中，電氣過應(yīng)力（ElectricalOver Stress，EOS）/ESD是最大的隱患，將近一半的計算機故障都是由EOS/ESD引起的（見圖5），ESD對計算機的破壞作用具有隱蔽性、潛在性、隨機性和復(fù)雜性的特點。
圖5 Intel統(tǒng)計計算機故障原因分布
IT類設(shè)備由眾多芯片、元器件組成，這些元器件對靜電都很敏感（見圖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
在空氣濕度過低（干燥環(huán)境）時，工作人員的活動非常容易產(chǎn)生靜電，如表4所示為不同條件下人的各種動作的靜電電壓產(chǎn)生量。
表4 不同條件下人的各種動作的靜電電壓產(chǎn)生量
實驗表明，當(dāng)機房相對濕度為30%時，靜電電壓為5000V；當(dāng)相對濕度為20%時，靜電電壓為10000V；而當(dāng)相對濕度降到5%時，靜電電壓達20000V以上。根據(jù)IEC 61000-4-2測試標(biāo)準(zhǔn)，靜電放電時，產(chǎn)生的瞬間電壓可達到7 000V，甚至超過10 000V。
5. 灰塵對主設(shè)備運行的影響
除溫度和濕度之外，灰塵是IT類設(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，這對許多金屬會產(chǎn)生腐蝕作用。如果電解液浸透到導(dǎo)線保護層形成腐蝕點，且該腐蝕點所處位置的導(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，這樣的電弧通常會燒壞元器件。嚴(yán)重的電弧會電解電路板形成導(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。《貝爾實驗室的研究報告》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)定運行，都需要一個穩(wěn)定的運行環(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)備運行時發(fā)出的熱量，精密調(diào)節(jié)機房內(nèi)空氣的溫度、濕度、潔凈度等參數(shù)，滿足設(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)各類設(shè)備穩(wěn)定運行，保障數(shù)據(jù)中心穩(wěn)定運行。
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)備對其運行環(huán)境的要求相對嚴(yán)苛，不良的運行環(huán)境會對IT設(shè)備造成嚴(yán)重的傷害。
