数据中心空气安全治理措施研究

数据中心面临外部环境输入的空气风险，自身运行过程中也会产生一些影响空气质量的副产品，自然因素和人为因素在数据中心机房长时间连续运行过程中逐渐累积，对数据中心空气环境产生一定的综合影响。当前数据中心已经是集IT机房、值班监控、安装调试、办公和会议培训等功能为一体的建筑，空气质量问题给基础设施设备、IT设备和人员带来了广泛、持续的安全风险，故数据中心空气质量影响因素的分析研究及检测评价应受到重视，并应通过采取积极治理措施，确保数据中心工作人员和各类设备的空气环境安全。

数据中心面临的输入性空气风险

1.有害气体

一方面是来自外部空气中的硫化物、氯化物、氮氧化物等有害气体，另一方面是数据中心工业化装修可能析出甲醛、苯等有机物。这些气体刺激人体口鼻黏膜，引发过敏、发炎，还可破坏肺组织或血液，导致肺部呼吸道和其他器官疾病。硫化物、氯化物等溶于水后形成酸性环境腐蚀基础设施设备和IT设备电路板，造成电路断路或短路，给配电系统和IT设备运行带来较大的潜在风险。

2.灰尘和沙尘

空气中的PM10质量相对较大容易沉降，而PM2.5粒径小、重量轻，几乎一直悬浮在空气中，携带着大量的有毒、有害物质长时间在空气中运动，因而对人体健康和机房IT设备的影响更大。尤其是机房内气流扰动大，如果灰尘控制不力则极易产生各种问题：灰尘可以阻塞CPU风扇，造成CPU过热烧毁，会影响各板卡之间的接触并在适当湿度下造成电路板的腐蚀，还可以降低设备散热效率和材料绝缘性能，导致金属膨胀系数改变并使设备寿命降低。另外，西北部地区冬春季频发的沙尘天气，裹挟着更大的颗粒物，对室外人员和设备安全构成直接威胁。

3.盐雾

盐雾是指大气中由含盐微小液滴所构成的弥散系统。其成因主要由于海洋中海水激烈扰动，风浪破碎，海浪拍岸等产生大量泡沫、气泡，气泡破裂时会生成微小的水滴，这样的水滴广泛分布于海面上，随着风和平流作用向陆地上输送。盐雾主要对机房设备产生影响：盐雾使靠近海岸的数据中心设备如电机、电子元器件、仪表、配电系统设备、IT设备及通讯设备、接插件导线和钢结构等受到严重腐蚀和破坏而不能正常工作，长时间的腐蚀可造成重大经济损失。

4.飞絮和花粉

近几年新建的大型数据中心一般都建设在郊区，这样的位置空气流动性好，有利于散热，但也有利于植物飞絮、花粉随风飘落聚集。飞絮给数据中心机房室外散热器正常运行带来严重威胁，不仅降低散热效率、堵塞水流孔隙，堆积的飞絮还可能引发火灾，给数据中心机房带来灾难性损失。花粉在空气中飘散时极易被人吸进呼吸道内，数据中心运维过程中经常涉及室外设备巡检维护，工作人员接触花粉的几率非常大，有花粉过敏史的人员一定要注意自我防护。

数据中心自身存在的空气风险

1.柴油机尾气

数据中心一般配置多台大功率柴油发电机，部分或全部柴油机同时运行会使得数据中心园区受到大量尾气的影响，同一区域内集群部署多个数据中心的情况下启动柴油发电机有可能发生尾气彼此影响。另外，尾气随风力风向而扩散，在室外行走、巡检的人员也易吸入尾气。以某数据中某主流品牌2500千瓦低压柴油机为例，正常工况下每台柴油机每小时产生尾气28080立方米，可见装配多台柴油机的数据中心仅启机维护就产生大量尾气。

2.空调制冷剂

较大量的空调制冷剂泄漏，会伤害人体呼吸道和肝脏，达到一定浓度可导致头痛、呕吐、晕厥甚至痉挛和窒息。有的空调制冷剂与空气混合后形成爆炸性混合物，遇热源和明火有燃烧爆炸的危险，还有的制冷剂本身不燃烧也不爆炸，而一旦遇到明火会产生剧毒的光气，给机房安全运行和人员生命健康带来巨大风险。

3.氢气

铅酸蓄电池在充电时会分解出一定量的氢气，氢气属于易燃易爆气体，在空气中的体积浓度超过4%就可能发生爆炸，而蓄电池室的爆炸事件又可引发蓄电池组短路形成电气化火灾，严重威胁数据中心配电系统的安全。

4.挥发性气体

部署水系统的数据中心普遍需要对水质进行控制，在水系统中投放多种阻垢剂、杀菌剂以预防管线结垢脏堵和微生物滋生，药剂的存放、更换、灌装过程中都存在一定挥发，泄压阀排出的水中也含有一定量药剂成分。另外，数据中心的室内储油箱存在柴油挥发，输油管线在保养维修不到位的情况下还存在跑渗滴漏情况，加剧了空气中挥发性柴油的浓度。这些挥发性物质留存在空气中，给人员的健康带来潜在危害。

数据中心面临的特殊空气风险

1.致病菌传染

2020年5月，北京市卫健委通报某单位发生A组乙型溶血性链球菌导致的多人集体发热事件；无独有偶，2020年8月美国疾控中心因在其亚特兰大的办公楼供水系统中发现了军团菌而关闭了几座办公楼。相比普通办公大楼，数据中心不仅存在适合微生物生存的水环境，还有“恒温恒湿”的机房环境，加上许多数据中心还兼培训中心、应急指挥中心的职能，人员相对密集，极易发生由细菌和病毒引发的传染病扩散。欧美频繁爆发的军团菌传染事件和2020年爆发的全球新冠肺炎疫情给数据中心空气环境的生物安全管理敲响了警钟。

2.重金属污染

对于数据中心而言，大量的IT设备板卡、开关电源及UPS主机持续在发热、振动的环境中运行，还有废旧IT设备和组件集中堆放在库房内，必然会产生一定的重金属微粒。相关研究显示，PM10颗粒对重金属有较强的富集吸收效应，70%-90%的重金属分布在大气PM10中，如果数据中心灰尘颗粒物没有得到妥善治理，则重金属颗粒也将在数据中心场地内持续存在。另一个需要指出的情况是，我国空气重金属含量较高的京津冀、环渤海地区和南方的珠三角地区同时也是数据中心相对密集的区域，所以数据中心场面临着来自外部和内部的空气重金属叠加风险。虽然目前空气重金属相关国标尚未出台，但这一问题值得数据中心行业关注。

数据中心空气安全治理措施

1.实时监测

数据中心空气中的有害气体、灰尘、重金属颗粒在基本恒温恒湿的环境中产生复杂的物理和化学反应，危害物的形态和形状在不断变化中且很难精准测定，一种有效的间接观察方式是通过数据中心内金属的腐蚀程度判断整个空气系统的对IT设备的危险程度。早期通过在机房内布置铜片和银片的方式测定腐蚀度，但这种方式只能反映特定时间段内的空气累积腐蚀能力，不能反映任一时刻的空气腐蚀能力。现在虽然可以通过配置腐蚀度在线实时监测装置不间断跟踪空气腐蚀能力，但仍无法实现对多种有害物质含量的全面精准测定或单一成分有害物质对腐蚀结果的贡献值，这些方面的研究仍需深入开展。

2.物理和化学过滤

物理过滤主要是过滤掉空气中的有形颗粒物，但物理过滤存在极限，对直径小于0.1微米的颗粒物无法实现物理过滤。化学过滤则可以进行分子级别的过滤，不管是气体小分子还是有机物气体大分子都可过滤，而且可以根据化学污染物的成分与含量进行更有针对性的处理，选择合适的化学滤料去除特定的目标气体。

3.生物过滤

物理过滤和化学过滤对细菌和病毒的拦截、杀灭效果并不理想，而在过滤网上增加抑菌、杀菌材料确保对病菌进行有效杀灭，就是生物过滤手段的价值所在。这种过滤方式无需对既有空调装置进行改造，更换具备生物过滤功能的过滤网就可提高空气安全水平，非常适用于数据中心这种较大型公共场所的空气病菌集中过滤。

4.催化分解

催化被认为是一种非常具有应用潜力的气体净化技术，可以在常温常压下将空气中的污染物如二氧化硫、硫化氢、氮氧化物等有害气体催化为酸性离子和氮气等,快速分解空气中的各种有害气体。组合应用热、光等催化剂还可消灭空气中细菌和病毒等危险生物因子。

5.在线清洗

数据中心内部产生的灰尘、设备震动导致的装饰装修材料起尘，极易在空调气流扰动下附着在设备风扇、电路板等位置，引发诸多问题。在线清洗工作通过使用高绝缘、不燃烧、易挥发、环保型等特点的清洗剂，迅速彻底清除电路表面各种灰尘、油污、炭渍等污垢。在线带电清洗技术解决了设备无法停电检修维护的难题，降低了因综合污染导致的设备运行隐患，可有效延长设备使用寿命。

结语

数据中心的空气安全，关系到数据中心设施设备和业务系统的安全稳定运行，影响着数据中心工作人员的身心健康。数据中心业主方、运维方、使用方、检测机构和研究机构应协作配合，通过强化管理、排放控制、预防风险、连续监测、技术改造、产品升级和检测评估等多种手段保障数据中心空气环境的合规性、安全性，为数据中心行业持续稳健发展提供可靠支撑。

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