CDCE 文库 1 数据中心湿度影响概述 2011-05-11 张敬 CDCE（ 中国数据中心专家技术委员会 ） 副主任委员 Intel 企业服务部数据中心资深顾问 1 引用文件 2008 ASHRAE Environmental Guidelines for Datacom Equipment Effect of Dew Point And Relative Humidity In Electrostatic Charge Control - Julian A.Montoya Intel Corporation 《电子信息系统机房设计规范》 GB50174-2008 《计算机房环境》 1999 叶佩生，张敬 2 基本技术要求 电子信息机房环境保证电子信息设备能在一个符合标准的环境中安全、稳定地运行 电子信息系统机房设计和施工（包括隐 蔽 工程）中已完成项目符合国家现行有关标准和规范规定 温度的测量标准： Celsius thermometer 温度是分子动能的宏观结果，当空气受热后其内部分子动能增大，则表现为温度升高，目前国际上实用的是摄氏温标 （ Centigrade's thermometric scale） ，符号为 t，单位以℃表示。
计量 方法为：在标准大气压下 （ P=760mmHg），将纯净水的冰点温度定义为 0℃ ，沸点温度定义为100℃ ，之间均分 100 份，每份定义为 1K（ 开尔文温度 /热力学温度 ) 注：摄氏温标不能用于表示温度的差，计算温度差应该使用 开尔文温度 K 表示 英制 为华氏温标（ Fahrenheit's thermometric scale） ，单位 以 F 表示 摄氏与华氏的换算关系： F=(℃ ×9/5)+32 ℃ =(F-32)×5/9 K=℃ +273.15 式中 : K —— 开尔文温度 (热力学温度 ), ℃ —— 摄氏温度 F —— 华氏温度 CDCE 文库 2 3 温度和相对湿度测量 电子信息机房 在整体空间内，分别存在发热体和冷却体，温度会出现梯度分布，对于温度的测量，要根据计算需要，测量主要发热体，即服务器机柜、存储设备、小型机等的进、出风温度 、相对湿度 ； 测量主要冷却体， 即机房专用空调、组合空调机组等的进出风温度 、相对湿度 由于在含湿量不变的情况下，温度的变化会造成相对湿度的改变 在分离冷热通道的数据中心内，相对湿度的变化会明显超过原有国家标准的范围，美国暖通协会 (ASHRAE)对于数据中心湿度给予新的推 荐范围 ： 附表 1： ASHRAE 2008 机房环境指导 推荐数 据 2004 年版本 2008 年版本 最低工作温度 20℃ 18℃ 最高工作温度 25℃ 27℃ 最低工作湿度 40% 5.5℃ 露点温度 最高工作湿度 55% 15℃ 露点温度 对应的 最小 含湿量为 5.595 g/kg 干空气 @ 18℃， 5.5℃ 露点温度 ，标准大气压；对应焓值为32.359 kj/kg 干空气 最大含湿量为 10.647 g/kg 干空气 @ 27℃， 15℃ 露点温度 ，标准大气压；对应焓值为 54.431kj/kg干 空气 范围如图 CDCE 文库 3 按照国家标准 GB50174-2008 相对湿度保持在 40%-55%之间， 如果冷通道的平均温度是 18℃，相对湿度最大 55%， 此时的含湿量是 7.048g/kg 干空气； 假设 冷热通道温度差约为 8K，则热通道平均温度为 26℃，而此时的相对湿度是 33.76%， 显然已经不能满足国家标准的要求，精密空调如果要加湿，又将使冷通道的相对湿度超过国家标准，造成空调系统不必要的除湿工作。
因此， 为避免现代数据中心，机房空调的相对湿度竞争运行， 应 对于 分成冷热通道的数据中心的温度和相对湿 度 分别做 监测， 并 计算含湿量数值 ；测量数值应满足机房专用空调机组等湿运行，达到节能环保的 运行目的 事实上， 如图所示， 大部分数据中心内的服务器，最后一段温度升（热源）是来自于服务器电源本身，而服务器电源对于相对湿度比较低并不是很敏感，因此，在分成冷热通道的数据中心内，尤其是高热密度数据中心， 及 冷热通道隔离的数据中心，应该允许热通道平均温度在一个比较高的测量值 提高回风温度对于 冷冻水型的机房专用空调（或空调处理机） 机组，可以有效的提高制冷 效率 ； 并 可以有效的提高自然冷却的年平均时间 根据 Intel关于数据中心空气环境对于各种印刷线路板及电子元器件的最新研究（ Montoya.Intel 2008）表明， 真正影响静电积累效应的是空气的含湿量，而不是以往认为的相对湿度（ 2008 ASHRAE Environmental Guidelines for Datacom Equipment P6-P7） 在气压不变的情况下，由于露点温度可以直接体现空气中的含湿量， 也就是说，测量数据中心的 露点 温度，对于防止数据中心的静电危害更具有实际的意义。
CDCE 文库 4 请看附图： 相对湿度对于静电电压积累的影响对应状态点 对于静电的积累效应，在露点温度不变的情况下（即含湿量不变，图中所示的湿球温度是 6℃），相对湿度的改变，对于材料表面的静电积累影响很小 CDCE 文库 5 当露点温度发生变化时，对于静电积累有明显的影响，如图： 空气露点温度对于静电电压积累的影响 由上图可以看出，当露点温度大于 华氏 49 ̊F （ 9.44℃）时， 静电积累影响小于 0.3KV/英寸 4. 测量方法： 采用干湿球温度计可以准确、快速的测量出机房内空气的干球温度，和湿球温度 由于湿球温度是等焓饱和温度值，从焓湿图可以很快的查到露点温度 对于冷通道，如测量 的干球 温度为 18℃， 在露点温度是 5.5℃时，对应的湿球温度约在 11.3℃，因此，在标准大气压下， 如测量的干球温度为 18℃，湿球温度测量值应不小于 11.3℃ （此时，相对湿度约为 43.76%） 对于热风通道， 如测量的干球温度为 30℃，在露点温度是 5.5℃时，对应的湿球温度约在 15.9℃，因此，在标准大气压下， 如测量的干球温度为 30℃，湿球温度测量值应不小于 15.9℃ （此时，相对湿度约为 21.28%）。
对于 不同的数据中心冷 /热通道设定温度，所测定的 （或 计算的 ） 相对湿度，可以根据以下附表查找对应的相对湿度 范围 ，只要在附表对应的相对湿度范围内都是符合 ASHRAE 2008 所定义的数据中心绝对湿度范围 CDCE 文库 6 附表 2： 在露点温度是 5.5℃时， 露点温度是 15℃时 ， 干球温度与湿球温度对照表： 露点温度 DP=5.5℃ 露点温度 DP=15℃ 序号 干球温度℃ 湿球温度℃ 相对湿度 % 湿球温度℃ 相对湿度 % 1 13 9.1 60.31 2 14 9.55 56.51 3 15 9.99 52.97 4 16 10.42 49.68 15.37 93.79 5 17 10.85 46.62 15.73 88 6 18 11.28 43.76 16.1 82.62 7 19 11.69 41.11 16.4 77.6 8 20 12.1 38.63 16.8 72.92 9 21 12.5 36.32 17.1 68.56 10 22 12.9 34.16 17.5 64.49 11 23 13.3 32.15 17.8 60.69 12 24 13.68 30.27 18.1 57.14 13 25 14.06 28.51 18.4 53.82 14 26 14.44 26.86 18.8 50.71 15 27 14.81 25.33 19.1 47.81 16 28 15.17 23.89 19.4 45.1 17 29 15.54 22.54 19.7 42.55 18 30 15.89 21.28 20.01 40.17 19 31 16.24 20.1 20.31 37.94 按照 ASHRAE 2008 新定义的数据中心湿度 范围设计数据中心运行参数， 可以在避免 低湿度 静电危害 及高湿度腐蚀危害 的同时，允许更低的热风通道回风空气的相对湿度（例如，在回风温度 30℃时，可以允许相对湿度不小于 21.28%）；及更高的冷风通道相对湿度（例如，在 送风温度 18℃时，可以允许相对湿度不大于 82.62%） ,可以极大的减小数据中心的除湿 /加湿功耗，并 减少机房专用空调的 相对湿度 竞争运行风险， 有效的提高机房的整体运行效率。
Larry.zhang@ CDCE 文库 7 附注： 1. 当室外温度很低，尤其低于数据中心内当前空气的露点温度时，在室外长时间放置的设备，在搬入数据中心时，需要先放置一段时间，确保设备的温度等于或接近室内温度，并确保无结露现象，再上架 安装 2. 数据中心在建设 /装修的设计实施过程中，要充分考虑数据中心的密封处理，确保数据中心在室内、外高水蒸汽分压力差的情况下，避免过多的水汽渗透，进一步减少除湿 /加湿功耗； 3. 数据中心的新风供给，要充分考虑 室外 夏季的高含湿量影响，及冬季的超低含湿量影响；并设计好预处理措施； 关于 CDCE 文库 CDCE 文库由 CDCC & CDCE 共同出品 基于 CDCC 平台，通过技术共享机制的建立，包括 CDCE 和 CDCC 单位会员在内的技术专家们，得以借助 CDCE 文库的形式，分享数据中心建设和运营过程中的技术理念、实践经验、心得体会等 欢迎大家关注 CDCE 文库，同时踊跃参与文库建设，提供相关内容 联系 邮箱 ： cdcc@chinadcc.org 公众账号 ： chinadcc 。