大多数数据中心都是精心设计而成的，且都位于相对清洁的环境中，其中的大多数污染物都是无害的。大多数数据中心都不会接触到会导致硬件发生故障的颗粒或气体污染物。本文主要针对少数可能会因户外颗粒和/或气体污染物的进入而处于有害环境中的数据中心进行探讨。
　　
　　要维持IT设备的高度可靠性，并避免保修范围以外的硬件更换成本，请遵守此处所列的要求，这一点至关重要。由于晶体管的尺寸不断缩小，而且电信号为完成指定任务而必须传递的距离也在日渐缩短，因此计算机的性能正在不断提高。于是便产生了这样的最终结果：所有电子组件都朝着小型化发展，而且它们的封装密度也越来越大，这对硬件可靠性造成了以下不利影响：
　　
　　1、单位体积的热负荷增大，因此需要更多气流，以使硬件温度保持在可接受的限值范围内。气流的增加使电子设备更易受到堆积粉尘的不利影响，还会带来更多的气体污染物。　　
　　2、较大的装封密度不能始终确保组件的密封性，从而使电子设备更易受到湿气、粉尘和气体污染物的不利影响。 　
　　3、电压各异的印刷电路板功能部件之间的距离越来越小，这加大了粉尘与气体引发离子迁移从而导致电路短路的可能性。 　　
　　4、由于各组件的功能部件的大小越来越接近腐蚀产物，因此这些组件变得更易受到腐蚀的不良影响。
　　
　　最近，大量的相关出版物指出，在含有大量含硫气体的数据中心中，硬件故障率有所上升。因此，本白皮书有必要提出以下建议：除了控制温湿度以外，还应对粉尘与气体污染物进行监控。要减少最近最常见的两种故障（电路板中的铜蠕变腐蚀和小型表面安装组件中的镀银腐蚀），就需要采取这些附加的环境措施：
　　
　　1.已有文献对电路板中的铜蠕变腐蚀作了相关报告。易发生铜蠕变腐蚀的两种常见电路板类型为沉银板（ImAg）和使用有机保焊剂（OSP）技术的电路板。含硫气体和湿气能够腐蚀电路板上所有暴露在外的镀铜。所生成的腐蚀产物（硫化铜）能够引起电路板蠕变，并会造成临近的相隔功能部件短路。
　　
　　2.另外一些文献也对含银的小型表面安装组件的腐蚀作了相关报告。含硫气体即使在干燥情况下也能腐蚀银，并生成硫化银腐蚀产物；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。封装的完整性受到破坏后，下层的银会暴露在外，发生进一步的腐蚀，直到部件中的所有银全都耗尽，最终导致断路。如图1所示，在低倍显微镜下，硬件故障区域的硫化银腐蚀产物常呈针状或结核状。
　　
　　请注意，缩小电路板功能部件的尺寸并实现组件的小型化是改善硬件性能的必要条件，但是也会使硬件更易受到数据中心环境中的腐蚀颗粒和气体的侵袭。制造商们一直致力于维持不断缩小的硬件的可靠性。因此，有必要控制数据中心的空气污染物并指定其建议的可接受限值，这已成为确保IT设备持续可靠运行的关键所在。
　　
　　空气粉尘

　　图1：示例－在含有大量含硫气体的环境中，组件上的镀银被腐蚀并形成了硫化银“花朵”，从而造成组件故障。

　　由粉尘引起的故障包括（但不局限于）以下几种（ASHRAE2009a）：
　　
　　1、机械影响：这些影响包括阻碍冷却气流、干扰移动部件、磨损、光干涉、互联干扰、表面变形（例如，磁性媒体）以及其他的类似影响。 　　
　　2、化学影响：落在印刷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。 　
　　3、电学影响：这些影响包括阻抗变化和电子电路导体发生桥接。
　　
　　粉尘无处不在，即便采取最好的过滤措施，数据中心内还是会有粉尘，这些粉尘会落在电子硬件上。幸运的是，大多数粉尘都是无害的。只有在少数情况下，粉尘才会侵蚀电子硬件。
　　
　　一般而言，数据中心内的有害粉尘中均含有大量离子，比如氯盐。这些有害粉尘主要来自直径为2.5-15μm的室外粗尘以及直径为0.1-2.5μm的室外微尘。粗尘颗粒中包含各种矿物性和生物性污染物（大多是因风蚀而形成的），可在空气中停留数日。微尘颗粒一般是由矿物燃料燃烧以及火山活动所形成的，可在空气中停留数年。各种巨大的盐水体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（6英里）或者更远，而这些海盐能够毁坏这一范围内的电子设备。
　　
　　从环境中吸收湿气是粉尘损害印刷电路板可靠性的途径之一。湿尘中的离子污染物会降低印刷电路板表面的绝缘阻抗，更糟糕的是，它们还会通过离子迁移导致临近的相隔功能部件短路。图2是一个印刷电路板上停留的粉尘导致铜腐蚀的示例。
　　
　　潮解相对湿度是指，粉尘吸收足够的水分变湿从而导致腐蚀和/或离子迁移时的相对湿度，这一湿度决定了粉尘的腐蚀性。当粉尘的潮解相对湿度高于数据中心的相对湿度时，粉尘处于干燥状态，不会造成腐蚀或者离子迁移。然而，在少数情况下，当粉尘的潮解相对湿度低于数据中心的相对湿度时，粉尘就会吸收湿气而变湿并导致腐蚀和/或离子迁移，从而降低硬件可靠性。有研究显示，在全球各地，由停留在印刷电路板上的粉尘而引起的泄漏电流都会随着相对湿度的提高而呈现指数级的增长。这项研究使我们得到了以下结论：将数据中心的相对湿度保持在60%以下，这样可以将由停留的微尘而引发的泄漏电流保持在可接受的次μA级范围内。

　　图2：由含有大量氯化镁的湿离子粉尘造成的镀通孔腐蚀。

　　少数情况下，数据中心内部也可能会产生有害粉尘。增湿器会通过蒸发空气中的水滴来提高室内湿度，如果加入增湿器的水含盐量高，而这些盐的潮解相对湿度又低于数据中心的相对湿度，就可能造成有害的室内粉尘污染。即使这些盐的浓度很低，也会造成严重的腐蚀和离子迁移威胁。通过使用逆向渗透法（ASHRAE2009a）来处理增湿器中的水，可以缓减这些与增湿器相关的腐蚀问题。
　　
　　来自纸张、硬纸板或者纺织品的纤维性粉尘会污染散热片，并中断设备的冷却过程。数据中心操作员应避免在数据中心内大量使用这些材料。例如，新设备应在数据中心外拆箱，应将大量的打印机放置在其他位置。
　　
　　总的说来，大多数粉尘都是无害的。少数情况下，当停留的粉尘的潮解相对湿度低于数据中心的相对湿度时，就有可能出现腐蚀和/或离子迁移问题。一般而言，数据中心的相对湿度必须保持在60%以下，以避免任何灰尘腐蚀硬件。
　　
　　锌晶须是颗粒污染物对硬件可靠性造成严重危害的另一种途径，它是数据中心内最常见的导电颗粒。为了防止腐蚀，一些高架地板钢砖的底部都会镀上锌。支撑钢砖的纵梁和基座也会镀上锌。这些锌可能是通过电镀或热浸镀锌方式镀上去的。尽管锌晶须在这两种镀锌方式下都有可能出现，但是电镀锌上更易产生晶须。
　　
　　有时，锌晶须可长达1至2毫米，在拆卸钢砖或拉动/拆卸地下电缆时，钢砖会被弄乱，这时锌晶须可能会发生移动并暴露在空气中，从而威胁到IT设备。如果IT设备吸入锌晶须，电压高于25V的电路中可能会出现短路、电弧、信号紊乱或者灾难性故障。
　　
　　有一种非常简单的锌晶须探测方式，这就是使用手电筒。拆下一块高架地板砖，将其立于光线较弱的区域中。打开手电筒，以45°角扫射钢砖底部。在亮光中闪烁的小斑点可能就是锌晶须。为了确认是否存在锌晶须，应当使用碳胶标签收集标本并在扫描电子显微镜（SEM）下查看。如果存在锌晶须，就应当采取补救措施，其中包括更换被污染的高架地板砖并聘请专业人士对数据中心进行清理。
　　
　　ISO14644-1（洁净室空气洁净度等级标准）已成为全球性的首要标准，用于根据空气中的颗粒浓度对空气清洁程度进行分级。下面的表1提供了各个ISO等级的最大浓度级别（ASHRAE2009a）。
　　
　　数据中心的清洁度必须满足ISO8级标准，同时还必须严格遵守95%的置信上限。对于没有安装节能装置的数据中心，只需采用以下过滤方式，就能轻松地达到ISO8级清洁标准：
　　
　　1.可按ANSI/ASHRAE标准127-2007“MethodofTestingforRatingComputerandDataProcessingroomUnitaryAirConditioners”中的建议，使用MERV8（EMRV：MinimunEfficiencyReportingValue，美国过滤器等级）过滤器不断地过滤室内空气。
　　
　　2.可按标题为“ParticulateandGaseousContaminationinDatacomEnvironments”的ASHRAE（AmericanSocietyofHeating，RefrigeratingandAir-ConditioningEngineers美国采暖、制冷与空调工程师学会）书籍中的建议，使用MERV11或MERV13过滤器过滤进入数据中心的空气。（ASHRAE2009a）
　　
　　对于配有空气侧节能装置的数据中心，为达到ISO8级清洁标准，应根据该数据中心的特定情况来选择过滤器。
　　
　　
　　空气中的最大颗粒数
　　
　　注：由于测量过程具有不确定性，因此要求在确定分级水平时使用有效数字不超过三（3）位的数据。
　　
　　气体污染物
　　
　　含硫气体（如SO2和H2S）是数据中心内导致硬件腐蚀的最常见气体（Rice1981）。图3显示了一个符合RoHS的电路板因气体污染物而腐蚀的示例。

　　
　　图3：含硫气体对于符合RoHS且表面涂有OSP的电路板上的铜所造成的腐蚀。

　　ANSI/ISA-71.04-198已发布了气体成分的环境限制。这些限制对于确定数据中心环境清洁度有着指导作用，但是，出于某些原因，对于测量腐蚀性或预测数据中心环境中的硬件故障率，它们却没有任何帮助。首先，确定气体成分并不是一项简单的任务。其次，一般来说，通过气体成分来预测腐蚀速率也不是一项十分直观的工作。气体间的协同作用会让情况变得更加复杂。例如，经证实，二氧化硫或氢化硫本身对于银或铜并没有十分强的腐蚀性，但是当它们同其他气体（如二氧化氮和/或臭氧）结合后，就会对银和铜产生强烈的腐蚀性。相对湿度对于铜的腐蚀速率有很大的影响，而银的腐蚀速率却与湿度无关。
　　
　　如ANSI/ISA-71.04-1985标准所述，要确定数据中心环境内的气体腐蚀性，有一种十分简便的量化方式，即所谓的“反应式监测法”。该方法会将铜试样置于该环境中一个月，然后使用库伦还原法来分析腐蚀产物的厚度及化学性质，从而将该环境归为表2所述的四种严重等级中的一种。但是，仅使用铜试样存在两个主要限制：第一，对于会强烈腐蚀许多金属的污染物氯而言，铜并不十分敏感；第二，铜的腐蚀度对于相对湿度又过于敏感。使用银试样有利于区分气体污染物与相对湿度对腐蚀性造成的影响。如果结果表明，相对湿度对于腐蚀过程有显著的影响，那么只需降低数据中心的相对湿度，就能降低腐蚀性。现在通行的方法是同时使用银试样和铜试样，以便更好地了解环境中腐蚀气体的化学性质。
　　
　　
　　目前，ANSI/ISA-71.04-1985标准仅适用于铜腐蚀，然而正如上文所述，最好同时使用铜和银试样，以对数据中心的腐蚀性进行分级。换言之，对于一个被归入G1级严重等级的数据中心而言，铜和银的腐蚀速率限值不应超过300C/月。图4显示了IBM的最新铜银腐蚀速率调查，该项调查是针对因铜蠕变腐蚀和/或银腐蚀引发硬件故障的数据中心而进行的。其中只有很少数的问题数据中心的铜腐蚀速率大于100C/月；而所有这些问题数据中心的银腐蚀速率都大于100C/月。请注意，在这31个站点中，银腐蚀速率通常要比铜腐蚀速率高出一个数量级或更多。这项调查只针对已报告了硬件故障的数据中心，它清楚地指明了，铜腐蚀速率并不是硬件故障可能性的良好指标。要更好地根据铜银腐蚀速率来预测腐蚀相关故障，就需要对数据中心进行随机抽查，不论其是否出现过腐蚀相关故障。
　　
　　ANSI/ISA-71.04-1985是一个成熟且已被广泛接受的标准，它规定G1级严重等级的铜腐蚀速率应低于300C/月，这一数据说明“环境温和并得到了良好的控制，腐蚀性不是影响设备可靠性的因素”。图4显示的结果与人们的观点均表明，这一铜腐蚀等级可能过高，会影响电子硬件的可靠运行，所以我们需要加倍努力，以证明有必要降低可接受的铜银腐蚀速率。与此同时，应将最高300C/月的铜腐蚀速率和最高300C/月的银腐蚀速率用作数据中心可接受的气体腐蚀性限值。数据中心的气体污染物级别会受到位置及时间的影响。有利于监测气体腐蚀性的位置位于，机架进气口侧前方2英寸（5cm）、离地面1/4及3/4机架高度处。理想情况下，应当进行全年监测，但随着数据中心历史记录的增多，可以只对已知的气体污染物处于高级别的月份进行监测。

　　图4：数据中心已报告的由铜蠕变腐蚀和/或银腐蚀导致的IT设备故障。顶图未显示腐蚀速率高于1000C/月的6次银腐蚀。其显示出，腐蚀速率为0-100C/月的铜腐蚀有26次，而银腐蚀则为0次；腐蚀速率为100-200C/月的铜腐蚀有2次，而银腐蚀则有4次；腐蚀速率为200-300C/月的铜腐蚀有2次，而银腐蚀有4次；等等。请注意，如底图所示，在这31个发生过因腐蚀导致硬件故障的站点中，银腐蚀速率通常要比铜腐蚀速率高出一个数量级或更多。
　　
　　反应式监测法要求将铜银试样暴露在外一个月，以便准确地测量环境腐蚀性。对于配有空气侧节能装置的数据中心，需要进行实时监测，以对数据中心的外部事件做出迅速反应；这些外部事件可能会释放出腐蚀性气体，而这些气体可能会流入数据中心。现在，共有两种市售的实时反应式监测器可供选择。其中一种使用石英晶体微量天平来测量腐蚀产物质量增长速率。另一种则通过测量金属薄膜阻抗的增长速率来确定气体的腐蚀性。气体的腐蚀性变化可通过实时探测得到，这样就能采取各种预防性措施，如防止外界腐蚀性空气进入数据中心。
　　
　　对数据中心的气体进行气相过滤
　　
　　对于不符合已修改的ANSI/ISA-71.04-1985铜银腐蚀G1级严重等级的数据中心，建议进行气相过滤。应对进入数据中心的气体进行气相过滤，以防止气体污染物进入数据中心。进气口的鼓风机可用来为数据中心增压，以避免受污染的室外空气渗入数据中心内部。还应通过气相过滤器对数据中心内的空气进行反复循环，以除去数据中心内部生成的污染物。建议您通过这些措施使气体污染物等级符合已修改的ANSI/ISA-71.04-1985铜银腐蚀G1级严重等级。
　　
　　数据通信设备环境指南
　　
　　为了提高设施操作的灵活性，尤其是朝着减少数据中心能耗的目标迈进，SDHRAETC9.9委员会修订了这些建议的设备环境规范，尤其是1级和2级的建议范围。现在，这两个环境级别的建议范围是相同的。这次修订扩大了建议的操作环境范围。建议范围的划定为数据中心操作员维持高可靠性并以最高能效运行数据中心提供了指导。IT制造商会在允许的范围内测试他们的设备，以验证设备能否在这些环境范围内正常工作。通常，制造商会在发布产品之前对其进行一系列的测试，以验证其产品能否在该环境范围内满足所有的功能需求。这不是一种可靠性声明，而是事关IT设备的功能。但是，建议范围确实是一种可靠性声明。对于需要长时间工作的设备，IT制造商建议数据中心操作员将环境维持在建议的范围内。短时间超出建议限值也许不成问题，但是在接近允许限值的情况下运行数月会导致可靠性问题增多。通过检查大量IT制造商的可用数据，2008年的扩展建议范围是所有IT制造商一致认可的可接受范围。如果IT设备在此范围内工作，其整体可靠性就不会受到任何影响。表3显示了2008年及之前的建议范围数据。

　　 　　
　　这些范围适用于数据中心所有设备的进气口（IT制造商指定了其他范围的情况除外）。需要注意的是，应确保IT设备机架顶端满足适当的进气条件。许多数据中心机架顶端的进气口温度偏暖。当温热的机架废气无法直接返回到空气处理设备中时，情况更是如此。这些温暖的空气还会影响相对湿度，造成机架顶端的相对湿度值降低。第二版的热量指南中（ThermalGuidelinesforDataProcessingEnvironments，第二版，ASHRAE2009b）记录了有关该新指南的详细信息。
　　
　　有关建议的可接收环境限值的摘要
　　
　　下表总结了建议的温湿度、粉尘及气体限值： 　 
     
   
　　责任编辑：kelly