HPC集群机房建设与管理：环境考虑及制冷系统

HPC集群机房在制冷系统建设中，设计时要对环境问题进行认真分析，综合考虑。

（1）温度和湿度。

设备对温度和湿度是有要求的，一般将温度和湿度分为A、B、C三级，设备间可按某一级执行，也可按某级综合执行，具体指标如表5-5所示。

表5-5　计算机房间温度和湿度指标

（2）尘埃。

设备对计算机房间内的尘埃量是有要求的，一般可分为A、B二级，具体指标见表5-6。

表5-6　尘埃量度表

注：A级相当于30万粒/ft3，B级相当于50万粒/ft3

计算机房间的温度、湿度和尘埃对微电子设备的正常运行及使用寿命都有很大的影响，过高的室温会使元件失效率急剧增加，使用寿命下降；过低的室温又会使磁介质等发脆，容易断裂。温度的波动会产生“电噪声”，使微电子设备不能正常运行。相对湿度过低，容易产生静电，对微电子设备造成干扰；相对湿度过高，会使微电子设备内部焊点和插座的接触电阻增大。尘埃或纤维性颗粒积聚，微生物的作用会使导线被腐蚀断掉，所以在设计计算机房间时，除了按GB 2998-89《计算站场地技术条件》执行外，还应根据具体情况选择合适的空调系统。选择时要参考如下3大内容：

①不同机房运行对环境温湿度的要求，如表5-7所示。

②全国各地区季度平均温度情况，如表5-8所示。

③各专业设备运行时对环境温度的要求，如表5-9所示。

表5-7　不同机房运行对环境温湿度的要求

表5-8　全国各地区季度平均温度情况表

表5-9　各专业设备运行时对环境温度的要求

（3）热量。

热量主要是由如下几个方面所产生的：

①设备发热量。

②设备间外围结构发热量。

③室内工作人员发热量。

④照明灯具发热量。

⑤室外补充新鲜空气带入的热量。

可根据5.1.4节的内容，计算出上列总发热量再乘以系数1.1，就可以作为空调负荷，据此选择空调设备。

（4）噪声。

噪声的机械特点可分为：气体扰动产生的噪声、固体振动产生的噪声、液体撞击产生的噪声以及电磁作用产生的电磁噪声。

①噪声对人和仪器设备的危害。

实验研究表明，噪声对人和仪器设备是有危害的。噪声对人的危害表现在：

·在神经系统方面，强噪声会使人出现头痛、头晕、倦怠、失眠、情绪不安、记忆力减退等症状。

·脑电图慢波增加，植物性神经系统功能紊乱等。

·在心血管系统方面，强噪声会使人出现脉搏和心率改变、血压升高、心律不齐、传导阻滞、外周血流变化等，加速心脏衰老，增加心肌梗死发病率。

·在内分泌系统方面，强噪声会使人出现甲状腺机能亢进、肾上腺皮质功能增强、基础代谢率升高、性机能紊乱、月经失调等。

·在消化系统方面，强噪声会使人出现消化机能减退、胃功能紊乱、胃酸减少、食欲不振等。

·干扰休息和睡眠，影响工作效率。(www.xing528.com)

·使工作效率降低。研究发现，噪声超过85dB，会使人感到心烦意乱，人们会感觉到吵闹，因而无法专心地工作，结果会导致工作效率降低。

·强噪声可以引起耳部的不适，如耳鸣、耳痛、听力损伤。

有人将噪声称为“致人死命的慢性毒药”。

噪声对仪器设备的危害表现在：特强噪声会损伤仪器设备，甚至使仪器设备失效。噪声对仪器设备的影响与噪声强度、频率以及仪器设备本身的结构与安装方式等因素有关。当噪声级超过150 dB时，会严重损坏电阻、电容、晶体管等元件。

噪声对人和仪器设备的危害见表5-10。

表5-10　噪声对人和仪器设备的危害

②机房噪声的根源。

机房噪声的根源有：

·机器高速运转设备产生的噪声。

·空调系统的风机房、水泵房、空压机房以及空调机房的风机、水泵产生的噪声。

·配电柜电磁辐射产生的噪声。

空调系统的噪声源主要由三部分组成：设备的噪声、气流产生的噪声以及气流产生的再生噪声。设备的噪声主要是通风机噪声、水泵噪声、压缩机噪声和水塔噪声。

通风机噪声是由空气动力噪声、机械噪声和电磁噪声三部分组成的，其中空气动力噪声最强。通风机噪声是通过围护结构和送回风管内的空气传播到空调区域的。

水塔通常布置在室外，水塔噪声由风机噪声、电动机噪声和水流噪声三部分组成。

计算机房间的噪声应小于70dB。

（5）机房电磁干扰。

电磁干扰（Electro Magnetic Interference，EMI）有传导干扰和辐射干扰两种。传导干扰是指通过导电介质把一个电网络上的信号耦合（干扰）到另一个电网络上。辐射干扰是指干扰源通过空间把其信号耦合（干扰）到另一个电网络。高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干扰源，能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。电磁辐射干扰对计算机系统的稳定性、可靠性和安全性有着直接影响，成为机房工程建设中的一部分。

计算机房间无线电干扰场强在频率为0.15～1000MHz范围内不大于120dB。

计算机房间内磁场干扰场强不大于800A/m。

（6）振动。

振动会出现一些设施设备类的故障，影响机房（数据中心）的正常运行。

机房出现振动的原因有：

·不稳定的基础或地板。

·风扇的叶轮或马达损坏。

·残破或松散的螺栓或螺钉。

·风扇传输量超过额定值。

振动应符合现行电子信息系统机房设计规范GB 50174-2008的有关规定。

（7）安全。

计算机房间的安全可分为三个A级、B级、C级基本类别。HPC集群机房制冷系统的设计要求也符合此分类，因此不在此累述。

（8）静电。

静电（static electricity）是一种处于静止状态的电荷。在日常生活中，人们常常会碰到这种现象：脱农服时，常听到噼啪的声响，而且伴有蓝光；见面握手时，手指刚一接触到对方，会突然感到指尖针刺般刺痛。静电产生的静电压往往高达数千伏甚至上万伏，足以击穿各种导体器件。计算机房防静电属于机房安全与防护范畴的一部分。机房静电破坏具有相当隐蔽的特性受其破坏的集成电路外表也与完好时无异，在正常测试下不易或根本无法发现。