数据中心的那些事儿 | 温度、湿度与能耗-中国电源产业网-新能源与电源官方网站

数据中心的那些事儿 | 温度、湿度与能耗

2021-04-26

中国电源产业网

导语：突破电气，成立于1995年的中关村。数字基础设施关键产品生产商，国家级高新技术企业。已为国内外众多数据中心及类似环境客户提供稳定可靠的产品与服务。主要产品包括智能弹性母线、智能电源分配单元（PDU）、微型数据中心及各类特种连接器等。

大数据驱动的当下，智能社会已不单单体现在即时通信、移动办公等个人工作生活方面，还将物联网、人工智能、云上大数据等高质量发展的工业囊括在内，作为一个整合的模式进入工业4.0 时代。数据中心作为承载数据收集、存储和分析的基础设施，已经跨过初期盲目发展的境况。自2017年开始，全球数据中心整体呈减体增量的趋势发展，大型化、集中化、一体化的数据中心产业园区成为新建数据中心项目的建设方向。而在当下，创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念也将成为数据中心未来发展的新理念、新形势，这其中的“绿色”发展理念首当其冲的成为解决数据中心可持续发展的当务之急。

01 电源使用效率——PUE

谈论起数据中心的绿色发展，那就不得不先引入一个概念：PUE，全称是Power Usage Effectiveness。尽管被翻译为电源使用效率，但它实际上衡量的是数据中心的能源使用情况，是数据中心设施使用的能量与传递给计算设备的能量之比，阐释了计算机数据中心的能源使用效率。

PUE的概念最初是由一个名为The Green Grid的美国绿色网格组织提出的，然后经过多年的发展，最后于2016年作为ISO / IEC 30134-2：2016的全球标准发布。尽管它变成报告数据中心能耗比最常用的指标，但它的使用范围仍然有一定的局限性，主要表现在以下两个方面：

1、无法解决不同外部温度之间的比较。举个简单的例子：海口的数据中心与哈尔滨的数据中心无法进行有效的比较。普遍较冷的环境温度使得数据中心对于大型冷却系统的需求减少。因此，哈尔滨数据中心的PUE可能为1.6，而海口的数据中心的PUE可能为1.7，但海口的数据中心的整体运行效率可能更高。如果两地数据中心的PUE为同样配置，那么建立在哈尔滨的数据中心可能会有更好的运行效果。

2、受IT设备的负载影响。因为服务器的利用率对IT能耗以及整个PUE值都具有重要影响。例如，具有高PUE值和高服务器利用率的数据中心可能比具有低PUE值和低服务器利用率的数据中心更有效率。

02 数据中心的关键温度、湿度标准

美国供暖、制冷和空调工程师协会（ASHRAE）在2017后更新的指导标准TIA-942-B，建议机架水平的入口温度范围为18至27°C（干球温度），最大相对湿度不超过60％，最高露点为15°C（59°F），对应的最大温度变化率是每小时5°C（9°F）。而对于大多数新设备，建议的温度范围宽至15至32°C，湿度水平为8至80％。

在国内也有相关的指导标准，信息产业部防静电产品质量监督检验中心发布的《防静电活动地板通用规范》SJ/T10796-2001中明确规定使用防静电活动地板的环境温度为：23±2℃，环境湿度为45%RH~55%RH。此外关于数据中心的机房场地国家另外有一个国标GB2887-89《计算机场地技术条件要求》中规定环境温度为：A级22±2℃，B级15~30℃，C级10~35℃；环境湿度为：A级45%~65%，B级40%~70%，C级30%~80%;一般通信机房均应达到A级标准。

10℃法则，即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。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 “10℃”法则。

03 温度对数据中心的影响

半导体类的元器件在工作时会产生大量的热，长时间积存就会使集成电路和晶体管等半导体器件形成结晶，直接影响性能和可靠性实验发现，环境温度在规定范围内每增加10℃，其可靠性约下降25%。而当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。对于温度敏感性高的电解电容器而言，温度升高会使介质中的水份蒸发增大，容量降低，因而缩短其使用寿命，在超过规定温度工作时，温度每增加10℃，其使用时间下降50%。另外电池，存储介质，结构材料等均对温度显示高敏感性，在高温条件下，使用寿命下降明显。

低温同样导致IT设备运行、绝缘材料、电池等问题。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。同时绝缘材料也会变硬、变脆，结构强度开始减弱。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。

04 湿度对数据中心的影响

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”或者飞弧，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。

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。

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(Electrical Over Stress , EOS)是最大的隐患，ESD(Electrical Static Discharge, 静电放电)是EOS的特殊情况，人体静电和摩擦起电是电子工业的两大危害。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。

05 突破电气智能弹性小母线

突破电气M&G TOPLINE-G、TOPLINE-Q系列母线，创新性的结构设计、完全自主研发，具备高灵活性、高智能化、高可靠性、低温升、低能耗等优势，拥有多项国家发明专利；可实现母线整体温升控制在40k以下、外壳温升控制在10k以下。母线系统配备智能化管理系统，集成化电路监控，可实现对电流、电压、环境的监控并支持多种通讯方式。突破电气M&G TOPLINE-G、TOPLINE-Q系列母线可广泛应用于数据中心等高要求使用环境。（徐征/突破电气）