Новости

Фильтрация воздуха в центрах обработки данных требует скоординированного многоступенчатого подхода для снижения уровня загрязнения твердыми частицами, коррозионно-активными газообразными загрязнителями (такими как H₂S и SO₂) и скачками влажности, тем самым защищая высокоплотное серверное оборудование от преждевременной коррозии меди, образования серебряных нитевидных кристаллов и отказов системы теплового охлаждения.

В этой статье подробно описаны экологические классификации и решения по фильтрации, предназначенные для защиты критически важного ИТ-оборудования в центрах обработки данных. Она написана для менеджеров центров обработки данных, архитекторов инфраструктуры, инженеров по надежности оборудования и проектировщиков промышленных систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, стремящихся внедрить стратегии фильтрации воздуха, соответствующие стандартам ASHRAE и ISA.

Понимание трех основных загрязняющих веществ в центрах обработки данных

Современные центры обработки данных размещают в своих помещениях серверные стойки высокой плотности, которые непрерывно работают при высоких тепловых нагрузках. По мере того, как компоненты серверов становятся все более миниатюрными, они становятся крайне чувствительными к загрязняющим веществам в воздухе. Защита этого оборудования требует устранения трех основных угроз:

1. Загрязнение твердыми частицами (пыль и волокна)

Взвешенные в воздухе частицы (классифицируемые как PM2.5 и PM10) затягиваются в серверы высокоскоростными вентиляторами системы охлаждения. Крупные частицы могут оседать на радиаторах, блокируя микроканалы и вызывая перегрев серверов и снижение их производительности. Что еще более важно, мелкая проводящая или гигроскопичная пыль может оседать непосредственно на печатных платах. При высокой влажности эта пыль поглощает влагу, вызывая короткие замыкания и выход из строя компонентов.

2. Коррозионное газообразное загрязнение

Газообразные загрязняющие вещества, такие как сероводород (H₂S), диоксид серы (SO₂), диоксид азота (NO₂) и хлор (Cl₂), обладают высокой коррозионной активностью по отношению к электронным схемам. При взаимодействии с влагой эти газы вступают в реакцию с открытыми металлическими поверхностями печатных плат, особенно с медью и серебром. Эта химическая реакция приводит к: * Ползучей коррозии меди: росту проводящих кристаллов сульфида меди по изоляции поверхности печатной платы, образованию электрических замыканий и необратимым коротким замыканиям. * Серебряному игольчатому напылению: образованию микроскопических иголок сульфида серебра, которые вырастают из компонентов поверхностного монтажа, что приводит к локальному электрическому искрению и выходу из строя.

3. Колебания относительной влажности (ОВ).

Относительная влажность ускоряет как повреждение частицами, так и повреждение газами. Если влажность слишком высока (>60% относительной влажности), скорость газообразной коррозии удваивается, а гигроскопическая пыль становится проводящей. Если влажность слишком низка (<При относительной влажности 20% возрастает риск электростатического разряда (ЭСР), что угрожает чувствительным микросхемам во время горячей замены или технического обслуживания.

Нормативные стандарты: ASHRAE и ISA 71.04

Проектирование центров обработки данных должно соответствовать двум отраслевым стандартам экологической безопасности:

Рекомендации ASHRAE по теплоизоляции (классы A1–A4): ASHRAE устанавливает, что центры обработки данных должны поддерживать стабильный контроль за содержанием твердых частиц, рекомендуя минимальный уровень фильтрации MERV 8 (грубая предварительная фильтрация) и MERV 11 или 13 (фильтрация средней эффективности) для стандартного поступающего свежего воздуха.

Стандарт ISA 71.04 по степени воздействия газов: Данный стандарт классифицирует коррозионную активность среды на основе скорости коррозии образцов меди и серебра в течение 30-дневного периода воздействия.

–Класс G1 (легкий): скорость коррозии меди <300 Å/месяц. Безопасно для современной электроники.

–Класс G2 (средний): Скорость коррозии меди составляет от 300 до 1000 Å/месяц. Коррозия представляет опасность; необходима химическая фильтрация.

–Класс G3 (Суровый): Скорость коррозии меди составляет от 1000 до 2000 Å/месяц. Высокий риск отказа оборудования. Обязательна активная химическая фильтрация.

Таблица сравнения данных: уровни центров обработки данных и рекомендуемая фильтрация

Для внедрения правильной стратегии фильтрации системы должны соответствовать операционному уровню центра обработки данных и региональному профилю риска загрязнения.

 Трехступенчатая система промышленной фильтрации

Надежная система отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в центре обработки данных основана на многоступенчатой ​​каскадной фильтрации, которая постепенно удаляет более крупные частицы, мелкую пыль и газообразные загрязняющие вещества:

Этап 1: Предварительная фильтрация G4 (грубая фильтрация): на входе свежего воздуха устанавливаются панельные или гофрированные фильтры G4 для улавливания крупных частиц, насекомых, листьев и плотной пыли. Это защищает расположенные ниже фильтры средней и высокой эффективности от преждевременного засорения.

Этап 2: Фильтрация мешками/карманами F8/F9 (контроль мелкой пыли): высокоэффективные синтетические карманные фильтры F8/F9 улавливают субмикронные частицы пыли (PM2.5 и PM1.0), которые могут оседать на высокоскоростных вентиляторах охлаждения серверов и платах.

Этап 3: Активированный уголь / Газофазная адсорбция: Модули химических угольных фильтров используются для поглощения коррозионных газов (H₂S, SO₂). Благодаря физической адсорбции и химическим реакциям (хемосорбции) они нейтрализуют коррозионные соединения до того, как они попадут в серверные помещения.

 Когда следует добавлять HEPA-фильтрацию?

В объектах 3-го и 4-го уровней, а также в центрах обработки данных, расположенных вблизи нефтехимических заводов, прибрежных портов (с высоким уровнем солевых брызг) и городских районов с высоким уровнем загрязнения, добавление H13. HEPA-фильтр Рекомендуется использовать этап после стадии химического карбонирования. HEPA-фильтр для серверной комнаты Удаляет 99,97% субмикронных частиц, обеспечивая полную защиту чувствительных оптических трансиверов и высокоплотных серверных плат с жидкостным охлаждением.

 Фильтрационная продукция для центров обработки данных KLC

KLC предлагает комплексные системы фильтрации воздуха, разработанные специально для центров обработки данных. Комбинация активированного угольного фильтра KLC и карманного фильтра представляет собой высокоэффективное и компактное решение. Синтетические карманные фильтры KLC имеют высококачественную многосекционную конструкцию, обеспечивающую высокую пылеудерживающую способность при минимальном падении давления, что снижает эксплуатационные расходы вентиляторов. В сочетании с высокоадсорбционными модулями из молекулярного активированного угля KLC эта система обеспечивает поддержание чистой, некоррозионной атмосферы в серверных помещениях в соответствии с требованиями ISA 71.04 Class G1 и ASHRAE.

Часто задаваемые вопросы: Фильтрация воздуха в центрах обработки данных

Каково воздействие диоксида серы (SO₂) на современные бессвинцовые материнские платы серверов?

С момента введения директивы RoHS (ограничение использования опасных веществ) традиционные свинцово-оловянные сплавы на печатных платах были заменены бессвинцовыми припоями (обычно содержащими олово, серебро и медь). Бессвинцовые схемы гораздо более подвержены коррозии, вызываемой газообразным диоксидом серы (SO₂). При взаимодействии SO₂ с медью или серебром во влажных условиях образуются сульфид меди и сульфид серебра, которые образуют проводящие «нити», вызывающие микрокороткие замыкания, приводящие к случайным сбоям серверов и отказам жестких дисков.

Как ASHRAE определяет предельные значения содержания твердых частиц в воздухе для центров обработки данных?

ASHRAE рекомендует центрам обработки данных поддерживать уровень чистоты воздуха по содержанию твердых частиц, эквивалентный классу ISO 8 (согласно ISO 14644-1). Это требует, чтобы воздух внутри серверного зала содержал менее 3 520 000 частиц на кубический метр размером 0,5 микрона или более. Достижение и поддержание чистоты класса ISO 8 требует непрерывной рециркуляции воздуха с использованием карманных фильтров средней эффективности F8 или F9, дополненной предварительной фильтрацией на воздухозаборниках.

Что такое класс ISA 71.04 G1 и почему он является целевым для серверных комнат?

Стандарт ISA 71.04 Class G1 обозначает «мягкую» среду, где скорость газообразной коррозии достаточно низка, чтобы не вызывать отказ электронного оборудования. В частности, скорость коррозии меди должна быть менее 300 ангстремов в месяц, а скорость коррозии серебра — менее 200 ангстремов в месяц. Это мировой стандарт проектирования серверных помещений, поскольку он гарантирует, что серверы смогут работать в течение запланированного срока службы от 3 до 5 лет без химической деградации.

Могут ли фильтры с активированным углем удалять как влагу, так и коррозионные газы?

Нет. Фильтры с активированным углем предназначены для улавливания летучих органических соединений (ЛОС) и коррозионных газов посредством физической и химической адсорбции. Они не являются осушителями и не могут поглощать влагу или регулировать относительную влажность. На самом деле, высокая влажность может насытить поры угля, снизив его способность адсорбировать газообразные загрязняющие вещества. Поэтому регулировка относительной влажности должна осуществляться отдельно с помощью специальных осушителей или увлажнителей для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC).

Когда центру обработки данных следует перейти с мешочного фильтра F8 на HEPA-фильтр?

Центру обработки данных следует перейти на HEPA-фильтрацию (H13/H14), если он расположен в густонаселенном городском районе, вблизи предприятий химической промышленности или если он использует критически важное оборудование уровня Tier 4 или военного назначения. Кроме того, периферийные центры обработки данных, расположенные на сильно запыленных промышленных объектах (таких как горнодобывающие или цементные заводы), требуют использования HEPA-фильтров для защиты локальных, необслуживаемых телекоммуникационных и серверных помещений от мелкодисперсной проводящей пыли.

Как часто следует заменять предварительные и средние фильтры в центрах обработки данных?

Для поддержания оптимальной энергоэффективности систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВК) предварительные фильтры G4 следует заменять каждые 3–6 месяцев, поскольку в них скапливается наибольший объем крупных частиц мусора. Карманные фильтры средней эффективности F8 или F9 следует заменять каждые 12–18 месяцев или при достижении рекомендуемого предельного перепада давления (обычно 250 Па). Задержка замены увеличивает перепад давления, заставляя вентиляторы работать быстрее и повышая показатель PUE (эффективность использования электроэнергии) центра обработки данных.

Что такое «серебряные усики» на поверхности воздуха, и как фильтрация воздуха предотвращает их появление?

Образование серебряных нитевидных структур — это явление, при котором микроскопические, высокопроводящие игольчатые образования из сульфида серебра вырастают из компонентов поверхностного монтажа (например, резисторов), содержащих серебро. Эти нитевидные структуры могут замыкать электрические контакты, вызывая короткие замыкания. Фильтрация воздуха предотвращает это, используя фильтры с активированным углем для удаления из воздуха серосодержащих газов (таких как H₂S), устраняя химический реагент, необходимый для образования сульфида серебра.

Как падение давления в фильтрах влияет на эффективность использования электроэнергии (PUE) в центре обработки данных?

Воздушные фильтры создают сопротивление воздуха (падение давления) в системе отопления, вентиляции и кондиционирования. По мере накопления пыли на фильтрах это сопротивление увеличивается. Для поддержания постоянного потока воздуха, необходимого для охлаждения серверов, вентиляторы системы ОВК должны вращаться быстрее, потребляя больше электроэнергии. Поскольку энергия охлаждения составляет значительную часть затрат центра обработки данных, выбор фильтров с низким начальным сопротивлением и высокой пылеемкостью — таких как усовершенствованные синтетические карманные фильтры KLC — напрямую снижает энергопотребление и улучшает общий показатель PUE.

 Заключение

Для защиты современных серверов высокой плотности требуется комплексная стратегия фильтрации воздуха, учитывающая частицы пыли, коррозионные газы и относительную влажность. Использование скоординированной трехступенчатой ​​системы фильтрации с высококачественными предварительными фильтрами, высокоэффективными рукавными фильтрами и активированным углем в газовой фазе имеет решающее значение для обеспечения надежности оборудования и прохождения экологических аудитов. Для получения экспертной консультации по проектированию систем фильтрации для центров обработки данных и подбору продукции на заказ, свяжитесь с нами. KLC Международный вhttps://www.klcintl.com/.