数据中心空气治理白皮书

引言

随着全球数字化和智能化进程的加速，数据中心作为数字时代的基础设施，其重要性日益凸显。据QYResearch调研显示，全球数据中心市场规模在2024年已突破1871.4亿美元，机柜数大约1900-2000万个；其中，中国数据中心总规模超过840万标准机架，算力总规模位居全球第二。

然而，数据中心在为社会经济提供强大算力支持的同时，也面临着诸多环境挑战，其中室内空气治理问题尤为突出。数据中心内部的空气质量直接关系到供配电及暖通基础设施、ICT设备、通信设备等关键硬件的稳定运行，以及数据的安全性和业务的连续性。

以UPS（不间断电源）为例，作为数据中心最关键、最核心的基础设施之一，随着UPS故障率上升，设备维修频率提高，零部件更换更频繁，这会大幅增加运维费用和复杂度，并带来巨大的业务中断风险。

波洛蒙研究所的研究发现， 5 5 % 的数据中心计划外中断和UPS系统故障有关。根据Ponemon调查显示，数据中心宕机成本每分钟已增加到约8851美元。假设一个数据中心因UPS故障每年多发生1小时宕机，则损失约为53.1万美元。同时，频繁宕机还会影响数据中心的声誉，导致客户流失，造成长期的隐性损失。

欧盟“关于限制在电气和电子设备中使用某些有害物质的指令”(RoHS指令）只是众多已通过的无铅法规中的第一项。这些法规导致印刷电路板（PCB）、表面贴装元件等设备组件对空气传播的腐蚀性污染物的敏感性增加。

因此，在环境污染水平较高的地区运营的数据中心，可能会因多项“无铅”法规对电子设备（包括供配电和暖通基础设施，信息技术和数据通信设备等）制造的影响而出现硬件故障，数据中心对空气质量监测的需求日益增加。

各类设备日益紧凑的趋势使得气态污染成为数据中心运营和可靠性方面的一个重大关切。风冷设备中的更高功率密度需要极其高效的散热器和大量的空气流动，从而增加了空气传播污染物的暴露风险。对设备组件上的无铅焊料和表面处理也带来了额外的腐蚀风险。

当监测结果显示数据中心空气质量未达到规定的腐蚀限值，且已排除其他环境因素(即温度、湿度)的影响时，应采用气相空气过滤。这包括从外部引入数据中心进行通风和/或增压的空气，以及数据中心内部所有再循环的空气。颗粒物污染的优化控制也应纳入整体空气处理系统设计中。

在污染水平较低的地区运营的数据中心，可能还需要对气态和颗粒污染物进行强化空气净化处理，尤其是在使用大量外部空气进行“自由冷却”并导致数据中心内污染物水平升高的情况下。作为最低要求，数据中心内的空气应通过气相/颗粒空气组合过滤器进行再循环，以去除这些污染物以及数据中心内部产生的污染物，从而将污染物水平保持在规定的限度内。

数据中心气态分子级污染物和颗粒污染物最优控制的一般设计要求包括：对空间进行密封和增压以防止污染物渗透，加强对温度和湿度的控制，改善整个数据中心的空气分布，以及对新风（室外)系统、再循环空气系统和机房空调应用气相和颗粒过滤。

对气态污染物的最佳控制将允许机械系统中为颗粒物和气态分子级污染物控制设置单独的部分。然而，机械系统受到的物理限制，如尺寸和压降的限制，以及持续的预算约束，都要求开发新型化学过滤产品。

本白皮书旨在全面剖析数据中心空气治理的需求、现状、检测手段、现存问题及治理方法，结合国内外标准、实际案例和最新研究成果，为数据中心行业提供科学、有效的空气治理解决方案，助力数据中心实现绿色、高效、可靠运行。

全球数据中心市场规模趋势预测

根据QYResearch调研数据，全球数据中心市场呈现稳定增长态势，2024年突破1871.4亿美元。预计2028年将达到2840亿美元，年复合增长率约 1 1 . 0 %

目录

引言

、数据中心空气治理需求

1.1设备可靠性保障要求 .4
1.2人员健康要求 .4
1.3国内外标准要求. .5
1.4政府和监管机构要求. ..6
1.5能效与可持续性优化需求， .6

二、数据中心空气治理现状，

2.1治理成效 6
2.2 存在挑战. .6
2.3空气治理措施不足. 7
2.4中小型数据中心治理滞后. 7
2.5区域化污染差异显著.. .7
2.6复杂污染源协同作用. /

三、智算数据中心液冷应用的新挑战.

3.1高能量密度环境对腐蚀的加速作用 9
3.2冷板式液冷服务器的材料敏感性 9
3.3行业标准与控制策略. .9

、空气质量现存问题的原因分析

4.1内外污染源分析 9
4.2治理成本与技术瓶颈. .10
4.3 管理体系缺失 .10

i、数据中心空气质量检测 10

5.1腐蚀性气体 .11
5.2物理化学检测方法. 11
5.3仪器监测法 11
5.4现场检测与实验室分析结合法 .11
5.5实时监测技术 .11

六、全链条治理方法体系. 12

6.1全生命周期治理规划， .12
6.2多级过滤技术应用. .12
6.3气流组织优化 .12
6.4 智能运维与标准合规. .12
6.5监测与预警. .12

七、未来趋势：智能化、绿色化与精准化治理 3

7.1新技术融合驱动治理升级. .13
7.2低碳化治理与可持续发展 .13
7.3生物安全与职业健康的深度整合 .13

八、案例分析， 13

九、结论与展望 15

术语表 16

白皮书参编单位及人员. 7

一、数据中心空气治理需求

1.1设备可靠性保障要求

数据中心内关键设备（如UPS、服务器、存储阵列）对空气环境高度敏感。良好的数据中心空气质量有助于：

1.提高设备可靠性与稳定性：减少因空气质量导致的设备故障，保障业务连续性。
I.降低运维成本：通过空气治理减少设备腐蚀和故障，降低维修和更换费用。
II.保障数据安全：防止设备因空气腐蚀导致的故障引发数据丢失或泄露。
数据中心关键设备可靠性面临的挑战如下：

1.1.1腐蚀性气体：

· H _ { 2 } S 1 S O _ { 2 } 等气体与金属表面水膜反应形成电解质，导致镀层腐蚀速率超过 3 0 0 \mathbb { A } 月（铜）、200A/月（银）（G1等级阈值）时，电路板信号传输故障率提升 5 0 % 以上（T/NIISA 004-2022）。
·含硫气体与常与元器件如电阻、电感内银电极反应导致器件阻抗增加引发故障。
·混合气体（如 H _ { 2 } S + S O _ { 2 } + C l _ { 2 } ）协同作用会加速腐蚀，使服务器主板平均寿命缩短至3-5年。
·例如，典型案例：某沿海数据中心因盐雾侵入未及时处理，3年内更换了 2 3 % 的服务器主板；某工业园区数据中心因周边化工厂排放，导致存储设备银触点硫化腐蚀率超标4倍。

1.1.2颗粒污染物：

·粒径 \ge 0 . 5 \mu \mathsf { m } 的尘埃粒子浓度超过 3 . 5 2 x 1 0 □粒 / \mathsf { m } ^ { 3 } (ISO14644-1Class8标准）时，CPU风扇堵塞频率增加 4 0 % ，散热效率下降导致服务器过热告警频发。
·粉尘积聚会引发PCB板短路，某北方数据中心因沙尘暴导致全年设备故障中有 6 8 % 与粉尘相关。

1.1.3温湿度波动：

·铜腐蚀对于湿度较敏感，在相对湿度 { > } 6 0 % 时，腐蚀速率呈指数增长；昼夜温差 { > } 1 0 ^ { \circ } \mathsf { C } 会导致冷凝水积聚，某中部数据中心因此造成全年 12 % 的硬盘故障。

1.1.4微生物侵蚀：

·霉菌在湿度 > 6 5 % 环境下滋生，会腐蚀线缆绝缘层，某南方数据中心曾因霉菌导致整列机柜网络中断。

1.2人员健康要求

长期有人工作区域需满足GB/T18883室内空气质量标准，如甲醛 0 . 2 \mathsf { m g } / \mathsf { m } ^ { 3 } , \mathsf { P M } 2 . 5 <= 0 . 0 5 \mathsf { m g } / \mathsf { m } ^ { 3 } \circ 此外，《数据中心设计规范》（GB50174）明确要求控制油机排放、制冷剂泄漏等风险，避免职业健康危害。

1.2.1腐蚀性气体的双重危害

·硫化氢(H2S)、氯气 ( C l _ { 2 } ) ：不仅腐蚀设备，还会通过呼吸道侵入人体，导致中毒。例如，H2S 浓度>10ppb 时，可能引发嗅觉疲劳；>100ppb时，短时间内可致人昏迷（T/NIISA004-2022表A.3）。控制要求：数据中心需通过化学过滤装置将H2S控制在<3ppb，Cl2 \prec 1ppb（ANSI/ISA-71.04-2013G1等级要求）。

·氮氧化物（NOx）：柴油发电机运行时排放的NO×（如 N O _ { 2 } 可形成硝酸雾，刺激肺部并诱发呼吸系统疾病。治理措施：柴油发电机运行时排放的NO×（如 N { \mathsf { O } } _ { 2 } ^ { \prime } ）可形成硝酸雾，刺激肺部并诱发呼吸系统疾病。治理措施：配置高效脱硝装置，将NO×排放浓度控制在 5 0 { m g } / { m } ^ { 3 } 以下（T/NIISA004-2022第5.3.8条）。

1.2.2制冷剂与挥发性药剂泄漏风险

·氟利昂类制冷剂：泄漏后遇明火可能生成剧毒光气(COCl2)，且低浓度可导致头痛、恶心。预防措施：采用防爆型通风系统，安装制冷剂泄漏监测报警装置（UNISServerR3630G5用户指南安全章节）。
·水系统药剂挥发：阻垢剂、杀菌剂挥发的混合气体可能刺激呼吸道。控制方法：定期检测室内空气，保持通风换气频率>12次/小时(T/NIISA004-2022第6.1.4条）。

1.2.3生物污染与职业健康

·军团菌、霉菌：恒温恒湿环境（如空调冷凝水系统）易滋生微生物，可能引发军团病或过敏性肺炎。治理要求：定期对空调系统进行杀菌消毒，水中异养菌总数< 1 0 ^ { 4 } CFU/mL (T/NIISA 004-2022第6.1.4条）。

1.2.4参考指标

·遵循GB/T18883《室内空气质量标准》及T/NIISA004-2022《数据中心环境技术要求及治理规范》，具体指标如下：

1.3国内外标准要求

1.3.1国际标准：

·ANSI/ISA-71.04-2013《过程测量和控制系统的环境条件：空气污染物》明确将腐蚀等级划分为G1（轻微）、G2（中等）、G3（严重）和GX（非常严重）四个级别。其中，G1级别要求铜试样的腐蚀速率低于300埃／月，银试样的腐蚀速率低于200埃／月。参看下图：

图1ANSI/ISA71.04-2013腐蚀等级标准<br>图2ANSI/ISA71.04-2013腐蚀等级图例

·美国采暖、制冷与空调工程师学会技术委员会ASHRAETC9.9编数据中心腐蚀等级分布统计

根据ANSI/ISA-71.04-2013标准，数据中心腐蚀等级分布以G1(轻微)和G2(中等)为主，分别占 4 5 % 和 3 5 % G3(严重)和GX(极严重)等级需要紧急治理措施。

写的《针对数据中心气体与颗粒污染物指南（2011版）》更是严格规定，数据中心内硫化氢浓度需控制在3ppb以内，二氧化硫浓度在10ppb以内，氯气浓度在1ppb以内，二氧化氮浓度在50ppb以内。腐蚀速率与浓度的换算表如下所示：

数据中心空气污染物浓度限值对比

按照ASHRAETC9.9标准，不同腐蚀性气体的G1和G2等级限值差异显著。其中Cl2(氯气)限值最严格(G1:1ppb)，NH3(氨气)限值相对宽松(G1:500ppb)。

1.3.2国内标准：

·GB/T4798.3-2007《电工电子产品应用环境条件第三部分：有气候防护场所固定使用》参考IEC60721-3-3:2002中3C1L级要求，对数据中心空气中的各类化学活性物质浓度作出明确限制，适用于气候连续控制场所。

·GB/T17214.4-2005《工业过程测量和控制装置的工作条件第4部分：腐蚀和侵蚀影响》则依据气态污染物严酷度将环境分为1到3级，对工业清洁空气以及中等污染、严重污染环境下的各类化学活性物质体积分数平均值和峰值作出定量限制要求。

1.4政府和监管机构要求

·环境保护部门：要求数据中心在建设和运营过程中，采取有效措施减少废气排放对周边环境的影响。对于数据中心内部空气质量，虽然没有直接的强制性规定，但鼓励企业参照国际标准和最佳实践，确保数据中心的环境友好性和可持续发展。

·通信和信息化管理部门：强调数据中心作为关键信息基础设施的重要性，要求数据中心运营企业加强设备管理，提高设备的可靠性和稳定性。良好的空气质量是保障设备正常运行的重要因素之一，因此，数据中心运营企业需要采取必要的空气治理措施，确保设备的长期稳定运行。

1.5能效与可持续性优化需求

自由冷却技术（如间接蒸发冷却）的普及使室外空气引入量增加 3 0 % 5 0 % ，但未加处理的室外空气可能携带高浓度污染物，导致

过滤系统负荷激增，能耗上升 1 5 % - 2 0 % 。因此，精准治理可平衡节能与设备保护。

二、数据中心空气治理现状

2.1治理成效

I.标准体系初步建立：ANSI/ISA71.04-2013、T/NIISA004-2022等标准明确了G1-GX腐蚀等级，要求铜腐蚀速率 < 3 0 0 \bar { \mathsf { A } } 月、银<200A/月，并规定了 H _ { 2 } S < 3 p p b { \mathsf { S O } } _ { 2 } { < } 1 0 { \mathsf { p } } { \mathsf { b } } 等浓度限值(表1)。
I.头部企业实践：大型互联网数据中心已部署化学过滤 ^ + HEPA多级过滤系统，结合CFD模拟优化气流，使腐蚀性气体浓度控制在G1等级，设备年均故障率降低至0.3次以下。

2.2存在挑战

2.2.1空气质量普遍超标

根据中国数据中心工作组2017年的调研报告显示，在回收的269份有效问卷中，有40人表示其数据中心IT设备已经受到腐蚀性危害，且 4 5 % 发现于建设数据中心的1\~2年内。而对数据中心周围环境的调查发现， 3 8 . 9 % 的数据中心分布在潮湿程度比较高的沿海城市， 1 5 . 1 % 的数据中心位于厂房、仓库附近，这些区域的空气湿度较大，且容易受到工业废气、汽车尾气等污染源的影响，进一步加剧了空气中的腐蚀性气体浓度。

在40个已表示存在腐蚀现象的用户中发现，1年之内出现腐蚀的有7家（按照ANSI/ISA71.04-2013标准推断，其空气质量可能为

GX)，1-2年出现腐蚀的有18家（按照ANSI/ISA71.04-2013标准推断，其空气质量可能为G3)，2-5年出现腐蚀的有15家（按照ANSI/ISA71.04-2013标准推断，其空气质量可能为G2)。

2018年《石油化工自动化》杂志发表的论文“浅析控制室腐蚀性气体的控制标准”调研的国内数据中心腐蚀试片数据表明，在其调研的国内金融机构20个数据中心：

① ，铜腐蚀G1等级和G2等级各占一半比例，铜腐蚀相对较轻微。 ② ，银腐蚀G1等级0个，G2等级5个，仅占比 2 5 % G3等级为13个， 占比 6 5 % ；GX等级2个，占比 1 0 % 0

数据中心设备故障原因分析

基于故障案例统计，腐蚀性气体是数据中心设备故障的主要原因 ( 2 8 % ) ，其次是颗粒物污染 ( 2 2 % ) 和温湿度异常 ( 1 8 % ) 。这表明空气质量控制的重要性。

2.2.2缺乏专业检测与监测设备

在数据中心的设计和建设阶段，仅有82个受访者表示会对灰尘和气态污染物进行腐蚀测试，而106人根本不会对气态污染物进行监测。在运营阶段，仅有68个数据中心同时对污染物进行监测，多数数据中心在建设和运营过程中都缺乏对空气污染物的有效监测，导致无法及时掌握空气质量状况，难以采取有效的治理措施。

2.3空气治理措施不足

尽管部分数据中心采取了一些空气治理措施，但在受访样本中，4 8 % 的用户认为首要措施是采用空气过滤技术， 2 6 % 的用户选择使用防腐涂层， 2 2 % 的用户倾向于优化PCB板设计。然而，这些措施往往只能解决部分问题，对于复杂多变的空气污染环境，单一的治理手段难以达到理想的治理效果。而且在实际操作中，由于缺乏专业的指导和标准规范，部分数据中心的治理措施存在不科学、不合理的情况，导致治理效果不佳。

2.4中小型数据中心治理滞后

调研中的 4 5 % 的中小型数据中心未配置实时腐蚀监测装置，仅依赖年度人工检测，导致 6 2 % 的案例在故障发生后才追溯到空气质量问题（调研数据）。

2.5区域化污染差异显著

沿海地区盐雾腐蚀速率是内陆的3-5倍，而工业集中区NO×浓度超标风险高，但现有治理方案缺乏区域适配性。

2.6复杂污染源协同作用

单一气体达标时，多污染物协同（如 H _ { 2 } S + O _ { 3 } ）仍可能加速腐蚀。某数据中心因装修释放VOCs与室外 S O _ { 2 } 协同，导致银镀层腐蚀速率超标2倍。

2.6.1气态污染物的限值和指南

表1所列的既定气体成分环境限值已在ISA71.04、IEC60721-3-3、TelcordiaGR-63-CORE以及IT设备制造商的内部标准中发布。这些限值作为规定数据中心环境清洁度的要求和指南，但由于以下两个原因，它们对于调查数据中心环境中硬件的腐蚀性或预测其故障率并无帮助。首先，气体成分的测定并非易事。其次，根据气体污染成分预测腐蚀速率并非一项简单的工作。

确定腐蚀性的另一个复杂因素是气体之间的协同作用。例如，研究表明，与硫化氢和一氧化二氮的组合相比，单独的硫化氢对银的腐蚀性相对较小，而硫化氢和一氧化二氮的组合对银具有很强的腐蚀性。同样，单独的二氧化硫或一氧化二氮对铜均无腐蚀性，但它们结合在一起会以非常快的速度腐蚀铜。

尽管表1可用于指示几种常见污染物可能产生的有害影响，但数据中心环境需要一套统一的限值标准，这将需要进行大量的研究和探讨。在行业朝着统一限值标准努力的过程中，普遍接受的限值将存在一些警告或例外情况。随着对浓度、成分和热环境之间相互作用的深入理解，以及对它们对数据通信设备影响的进一步了解，这些例外情况将得到改进。

2.6.2空气净化技术

越来越多的数据中心采用增强型空气净化技术，以提供并维持可接受的空气质量。目前，控制颗粒污染物的选择多种多样，而控制气态污染物的选择也几乎同样丰富。采用适当级别和类型的空气过滤可以有效地将空气中的污染物降至远低于规定水平，并最大限度地降低设备故障率，但要有效控制环境污染物，需要采用针对颗粒物和化学物质去除均优化的空气净化策略。

2.6.2.1微粒过滤

基于日常使用的技术数量以及将这些技术应用于特定场景的相对容易程度，颗粒物的控制可被视为一种“成熟”的空气净化应用。美国采暖、制冷与空调工程师学会（ASHRAE）技术委员会9.9已发布了针对数据中心的颗粒物过滤建议要求。

2.6.2.2气相空气过滤

正如颗粒污染物控制有多种选择一样，气态污染物控制的选择也几乎同样多。问题在于，对于大多数数据中心设计者而言，这种空气净化方式并不那么为人所熟知，也不那么易于应用。此外，大多数通风系统和计算机房空调/计算机房空气处理机（CRAC/CRAH）的设计并不容易适应这种空气净化技术。

采用一种或多种颗粒状吸附介质的气相空气过滤器，与颗粒过滤器结合使用，已被证明在污染物控制方面非常有效。这种“一箭双雕”的方式可以在同一系统中最大限度地实现颗粒物控制和气态污染物控制。这些系统受到的物理限制，如尺寸和压降的限制，以及持续的预算约束，推动了新型气相空气过滤产品及其输送系统的开发。其中最重要的是使用整体挤压碳复合介质（ECC）和负载吸附剂的非织造纤维介质（ALNF）的过滤器。

2.6.3数据中心污染控制

数据中心的设计并无统一标准，因此，数据中心空气净化技术的应用可能涉及多种不同的技术，这取决于空气处理系统是使用室外空气来提供通风、增压和/或自由冷却，还是使用计算机房空调(CRAC)机组作为 1 0 0 % 再循环空气系统。

对气态分子级污染物的最优控制将允许在机械系统中为颗粒物和气态污染物控制设置单独的部分。如果从设计或成本角度考虑，这不可行，则可将空气净化直接集成到新风系统或计算机机房空调（CRAC）单元中，或作为独立系统应用。同样，由于大多数这些空气处理系统在其标准设计中已包含颗粒物过滤，因此必须咨询制造商，以确定添加气相空气过滤器可能存在的限制。这些担忧大多集中在这些过滤器产生的额外静压上。

以下部分将介绍数据中心环境中强化空气净化优化和应用的一些基本步骤。

2.6.3.1基本设计要求

基在考虑为数据中心增加针对颗粒物或气态污染物的强化空气净化系统之前，必须先了解和考虑一些特定的机械设计要求。

》室内空气增压

为了防止污染空气渗入数据中心，所有关键区域必须保持轻微的正压。这可以通过引入通风（室外）空气，以每小时3-6次换气（每分钟换气量为房间总体积的 5 . 1 0 % ）的方式，使房间增压至约0.02-0.04英寸水柱（5-10帕斯卡）来实现。

》室内空气再循环

空气净化系统可设计为仅加压系统或加压与再循环系统。根据数据中心环境的密封程度、人员进出该空间的流量以及其他内部产生的污染物的水平，仅加压可能就足以提供可接受的污染控制水平。

一般建议是，在以下情况下，应通过空气净化装置对经过调温的空气进行再循环：

0 房间密封不当。

该区域行人流量较大。

0 已确定内部产生的污染物的来源，但进行源头控制并不实际。

CRAC单元或负压风管系统位于数据中心环境之外。

0 数据中心的一面或多面墙是外墙。

室内空气再循环率将取决于所用设备的类型和数据中心的建设参数。通常建议每小时换气6至12次（每分钟大约换气总房间体积的 1 0 % 至 2 0 % 。

》温度与湿度控制

任何环境的腐蚀电位都会随着相对湿度的增加而急剧升高。相对湿度的快速变化会导致局部区域出现冷凝现象，最终导致腐蚀失效。

美国采暖、制冷与空调工程师学会（ASHRAE）技术委员会9.9发布了《数据处理环境热指南》，该指南扩展了温湿度范围，为数据中心设施运营提供了更大的灵活性，特别是以降低能耗为目标。

为了确保高可靠性，TC9.9建议数据中心在推荐的的范围内运行。这些指导方针已得到所有主要信息技术（IT）制造商的认可，并适用于传统IT设备。扩大温湿度范围的一个不利因素是，进入数据中心的气态和颗粒污染物水平升高会带来可靠性风险。湿度控制的缺失引发了争议。遗憾的是，决策更多地是基于财务考虑，而非工程考量。

三、智算数据中心液冷应用的新挑战

随着数据中心算力不断提升，IDC企业及三大通讯企业，已经将早期的单机柜功率密度3-5kW逐步更新到8-12kW；根据单机柜功率密度的特点，12kW是空冷和液冷的分界线。目前业内普遍采用的冷板式液冷技术未来将在液冷数据中心占比超过 8 0 %

在冷板式液冷服务器中，特别是当其能量密度超过12kW时，腐蚀性气体的危害确实会加重，严格控制机房内腐蚀性气体浓度（尤其是确保铜银腐蚀速率在G1等级以内）变得更为关键。

3.1高能量密度环境对腐蚀的加速作用

1.更高的能量密度带来更大的潜在热损失和腐蚀风险：

局部热点加剧：虽然冷板高效地带走了主要热量，但20kW以上的高密度意味着单位体积内产生的废热巨大。即使有液冷，电路板上仍可能存在未被冷板完全覆盖的局部热点或功率密度极高的区域（如CPU/GPU/ASIC芯片本身、供电模块）。这些热点会显著提高其自身及周围空气的温度。

温度梯度增大：高功率设备内部不同区域的温差可能更大。当存在腐蚀性气体时，温度梯度本身就是驱动腐蚀（特别是电化学腐蚀）的重要因素之一。冷板表面温度通常较低（接近冷却液温度），而芯片结温或供电模块温度可能很高，这在其间形成了显著的温差，加剧了电化学腐蚀过程。

II.冷板本身引入的复杂性和潜在弱点：

金属界面增多：冷板通常由铜或铝合金制成，通过导热界面材料与服务器内的铜质PCB、铜或银质元器件引脚、焊点等连接。这大幅增加了不同金属（铜/铝/银/焊料）接触的面积和复杂性，在腐蚀性气氛中更容易发生电偶腐蚀。

微通道结构：冷板内部的微细流道对结垢和腐蚀产物极其敏感。即使是微量的腐蚀产物在狭窄通道内堆积，也会严重阻碍冷却液流动，导致散热效率急剧下降，进而引发过热故障。高功率密度下，对散热效率的要求更高，堵塞的后果更严重。

潜在的泄漏风险：腐蚀可能削弱冷板、连接管件或密封件的结构完整性，增加冷却液泄漏的风险。冷却液泄漏不仅直接损坏设备，其成分（通常是水-乙二醇混合物或介电流体）也可能与腐蚀性气体或产物发生反应，形成二次腐蚀或导电通路，导致短路。

I.冷凝风险依然存在（虽然降低，但未消除）：

冷板表面温度低于露点：冷板表面温度通常设计得较低（可能低于机房露点温度），以实现高效散热。如果机房湿度控制不佳或存在温度波动，冷板表面及其附近区域仍有可能结露。露水溶解空气中的腐蚀性气体（如H□S,SO□，CI□，NO×等），形成高腐蚀性的电解质液膜，直接附着在金属表面（冷板、元器件、焊点、走线），极大地加速了腐蚀速率，特别是电化学腐蚀。

局部低温区：除了冷板本身，服务器内部因气流组织或结构原因，也可能存在其他相对低温的表面，成为冷凝点。

失效代价高昂：单台 2 0 k W + 的服务器通常承载着极高的计算负载或关键业务，其失效造成的损失远大于低密度设备。

故障模式多样：腐蚀不仅会导致传统的电气故障（如导线开路、焊点失效、短路），还会直接威胁液冷系统的核心一一冷板的散热效能（堵塞、泄漏）和密封性，引发连锁反应，可能导致灾难性的过热故障或液体泄漏损坏。

维护难度增加：高密度液冷服务器通常设计紧凑，维护空间有限。
因腐蚀导致的故障排查和修复更为困难、耗时。

3.2冷板式液冷服务器的材料敏感性

金属材料的选择与腐蚀特性：冷板通常采用铜或铝作为导热材料；

铜：导热系数高（401W/(m·K)），但对硫化物敏感。在G1等级环境中，铜腐蚀速率需控制在 3 0 ~ \mathsf { n m } { ~ / ~ } 年以下（300A/月）69。若环境含硫量超标，铜表面可能形成黑色硫化铜层，导致冷板热阻增加，散热效率下降。

铝：密度低且成本低，但耐腐蚀性较弱。通过阳极氧化或类金刚石涂层(DLC)可增强防护，但在含氯离子环境中仍可能发生点蚀34。例如，铝制冷板在沿海地区或工业环境中需额外防护。

电子元件的脆弱性：设备内部的连接器、触点等常采用银或镀金材料，银在含硫环境中极易硫化生成硫化银(Ag2S)，导致接触失效。银在含硫环境中易促进铜发生“蠕变腐蚀”，生成硫化亚铜及硫化铜(CuS/Cu2S)，导致短路失效。

3.3行业标准与控制策略

G1等级的必要性

根据ANSI/ISA-71.04-2013标准，G1等级要求铜腐蚀速率<300A/月，银腐蚀速率<200A/月，适用于“环境温和且控制良好”的场景。伊顿及大多数主流设备厂商明确要求设备运行环境需达到G1等级。若腐蚀性气体浓度超过G1等级，设备寿命可能缩短3 0 % 以上，维护成本大幅增加。

四、空气质量现存问题的原因分析

传统空气治理手段面临多重挑战：粉尘过滤效率与能耗平衡难题，有害气体吸附材料的寿命与成本限制，以及生物污染在恒温恒湿环境下的滋生风险。同时，小型数据中心受限于预算，难以负担高端净化设备的初期投入与运维成本，而大型数据中心则面临多区域差异化治理的复杂性，亟需兼顾效能、经济性与可扩展性的解决方案。

4.1内外污染源分析

4.1.1室外污染源

·工业排放：工业生产过程中会产生大量的废气，如石油化工企业的炼油过程会排放硫化氢、二氧化硫等气体；冶金行业在矿石冶炼过程中会产生二氧化硫、氯气等腐蚀性气体。这些废气通过大气环流，可能飘散至数据中心所在区域，并通过数据中心的通风系统、门窗缝隙等途径进入室内。

·交通尾气：随着汽车保有量的不断增加，交通拥堵路段的汽车尾气排放愈发集中。汽车尾气中含有氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物等污染物，其中氮氧化物在空气中经过一系列复杂的化学反应，可能转化为具有腐蚀性的硝酸和亚硝酸等物质。在数据中心位于交通繁忙地段时，汽车尾气中的腐蚀性气体就更容易进入数据中心内部。

4.1.2室内污染源

·设备老化：数据中心内的UPS和ICT设备在长期运行过程中，其内部的电子元件、线路板、绝缘材料等会逐渐老化。例如，一些含硫的电子元件在老化过程中，会释放出硫化氢气体。

柴油发电机尾气与制冷剂泄漏风险：备用柴油发电机运行时每小时排放数万立方米尾气，含有的NOx、颗粒物等污染物若未有效处理，可在园区内形成局部污染区；空调制冷剂泄漏不仅危害人体健康，部分制冷剂遇明火生成剧毒光气，对人员安全与设备运行构成双重威胁。

·蓄电池氢气与挥发性药剂的爆炸隐患：铅酸蓄电池充电时释放的氢气浓度超过 4 % 即有爆炸风险，历史案例中曾发生蓄电池室爆燃引发配电系统故障；水系统投放的阻垢剂、杀菌剂挥发后形成的混合气体，长期累积可能腐蚀管道接口，增加泄漏事故概率。

·装修材料挥发：在数据中心的建设和装修过程中，使用的部分材料可能含有挥发性的有害物质。例如，某些含硫橡胶制品、油漆、粘合剂等，会在使用过程中逐渐释放出二氧化硫、硫化氢等腐蚀性气体。

·其他室内污染源：数据中心内的下水道、垃圾存放区域等，可能会产生硫化氢、氨气等腐蚀性气体。如果这些区域的通风不畅，气体就会积聚并扩散到数据中心的其他区域。此外，数据中心的加湿系统如果水质不佳，含有较多的矿物质和杂质，在加湿过程中，水分蒸发后，这些矿物质和杂质可能会形成具有腐蚀性的无机盐粉尘，对设备造成腐蚀。

·生物安全风险：致病菌与微生物的隐性威胁：数据中心恒温恒湿环境为军团菌、霉菌等微生物提供理想滋生条件，2020年美国疾控中心因供水系统军团菌污染关闭办公楼的案例表明，生物污染可引发群体性健康事件。同时，微生物代谢产物可能加速设备绝缘材料老化，形成隐性安全隐患。

数据中心空气污染源分类分布

数据中心空气污染源以外部大气污染为主 ( 3 5 % ) 其次是建筑材料释放( 2 5 % ) 和人员活动(15%)。外部污染源包括工业排放、交通尾气等，需要重点防护。

4.2治理成本与技术瓶颈

初期投资高：一套完整的化学过滤 ^ + 智能监测系统成本达数百万元，中小型数据中心难以负担。
运维难度大：活性炭吸附剂更换周期短（3-6个月），危废处理成本高；自由冷却模式下，过滤系统负荷波动导致维护频率增加3 0 % 。

4.3管理体系缺失

· 3 2 % 的数据中心未制定年度空气治理计划，仅 2 1 % 建立了污染物溯源机制，导致故障处理平均耗时达48小时（行业数据）。

五、数据中心空气质量检测

确定数据中心环境中空气腐蚀性的简单定量方法是通过“反应性监测”，该方法首次在ISA标准71.04-1985《过程测量和控制系统的环境条件：空气污染物》中有所描述。将铜试片暴露在环境中一段时间，然后使用电解（阴极、库仑）还原进行定量分析，以确定腐蚀膜的厚度和化学成分。该标准在2013年做了修订，为全面了解环境中腐蚀性化学物质的类型和性质，应同时使用银试片作为补充，尤其是表征空气中的H2S、HCI和HF浓度。例如，二氧化硫单独作用时仅会腐蚀银，形成Ag2S（硫化银），而二氧化硫和硫化氢共同作用时会同时腐蚀铜和银，形成各自的硫化物。

ANSI/ISA-71.04-2013将电气和电子系统的环境严重程度分为几个等级：G1、G2、G3和GX，以衡量环境的腐蚀潜力。G1为良性环境，GX为开放端且最为严重（表2.3.1）。

在罗克韦尔自动化公司进行的一项关于无铅表面处理的研究中，对四种替代性印刷电路板（PCB）表面处理进行了加速混合流动气体腐蚀试验。重要发现总结如下：

a．化学镀镍浸金（ENIG）和浸银（ImmAg）表面处理在测试早期就失效了。这些涂层最容易发生腐蚀失效，预计其腐蚀敏感性远高于传统的热风整平（HASL）涂层。使用这两种涂层可能会使印刷电路板（PCB）成为电子设备对腐蚀敏感性的薄弱环节。
b．在ISAG3级环境中，没有任何一种涂层可以被认为是完全不会失效的。
C.根据这些测试结果，预计金和银涂层无法在G2级中等到高等环境中存活。

根据世界领先的RoHS权威机构ERATechnology的说法，“最新研究表明，使用无铅材料制成的印刷电路板(PCB)可能比使用锡/铅材料的PCB更容易腐蚀”。专家们正在努力解决这些问题，但这些问题不可能一蹴而就。

ERATechnology的可靠性与失效分析团队已诊断出电子设备因与低浓度气态硫化物相互作用而发生的失效一一这些失效不仅给制造商带来了经济损失，还对其客户的安全构成了威胁。近期研究显示，即使在测得的硫化氢浓度低至0.2微克/立方米 (0.14十亿分之一）的情况下，也可能发生腐蚀。另一篇参考文献则描述了在仅100 微克/立方米[72十亿分之一]的浓度下，100小时内即可形成200埃厚度的硫化银层。

5.1腐蚀性气体

在数据中心电子设备的腐蚀中，有三种气体可被视为主要候选者：酸性气体，如硫化氢、硫氧化物和氮氧化物、氯气和氟化氢；碱性气体，如氨气；以及氧化性气体，如臭氧。其中，酸性气体尤其值得关注。例如，仅10 ppb（ : 2 8 . 9 8 ~ \mu { g } / \mathsf { m } ^ { 3 } . ）的氯气就能造成与25,000ppb（ 1 7 . 4 0 ~ { m g } / { m } ^ { 3 } ）氨气相同的损害。

每个场地可能存在不同组合和浓度的腐蚀性气态污染物。性能退化可能迅速发生，也可能持续多年，具体取决于场地的特定条件。下文将描述大多数数据中心所在的城市和郊区常见的污染物，并讨论这些污染物对IT设备性能退化的影响。

5.1.1硫氧化物

硫的氧化形式（ S O _ { 2 } 1 S O _ { 3 } ）是化石燃料燃烧产物和机动车排放物中产生的。低至十亿分之一的硫氧化物含量可使活性金属的活性降低，从而延缓腐蚀。然而，当含量较高时，它们会侵蚀某些类型的金属。这些气体通常在溶解于水中形成亚硫酸和硫酸（H2SO3和H2SO4)时与金属发生反应。

5.1.2氮氧化物(NOX)

一些常见的活性气体化合物）NO、 N O _ { 2 } 、N2O4）来源于化石燃料的燃烧产物，并在大气臭氧的形成中起着关键作用。据信，这些气体对氯化物和硫化物引起的贱金属腐蚀具有催化作用。在潮湿环境下，其中一些气体可形成硝酸（HNO3），进而腐蚀大多数常见金。

5.1.3活性硫化合物

活性硫化合物是指硫化氢（H2S）、元素硫（S）以及硫醇（R-SH）等有机硫化合物。当它们以低ppb（十亿分之一）水平存在时，会迅速腐蚀铜、银、铝和铁合金。水分以及少量无机氯化合物和/或氮氧化物的存在会大大加速硫化物腐蚀。但请注意，在相对湿度较低的环境中，腐蚀仍会发生。活性硫与无机氯化物并列，是电子设备腐蚀的主要原因。

5.1.4无机氯化合物

这一组包括氯气（Cl）、二氧化氯（CIO²）、氯化氢（HCI）等，其反应性取决于具体的气体成分。在潮湿环境下，这些气体产生氯离子，进而腐蚀大多数铜、锡、银和铁合金。即使这些气体的浓度仅为低至ppb级别，这些反应仍然显著。在较高浓度下，许多材料会因暴露于含氯气体而氧化。对于暴露于含氯污染物环境中的设备，必须特别小心。在分类数据中心环境时，应考虑氯离子的来源，如海水、冷却塔蒸汽和清洁化合物等。

5.1.5光化学物种

大气中含有多种不稳定、反应性物质，这些物质是由阳光与水分和其他大气成分反应形成的。其中一些物质参与快速链式反应，其存在时间以秒的分数来衡量。除了臭氧（O3）外，还包括羟基自由基以及烃类自由基、氧化烃自由基、氮氧化物自由基、硫氧化物自由基和水自由基。臭氧在金属的硫化物和氯化物腐蚀中可起到催化剂的作用。

5.1.6强氧化剂

这包括臭氧以及某些氯化气体（氯气、二氧化氯）。臭氧是氧气的一种不稳定形式，由双原子氧通过电离放电或大气中的太阳辐射形成。这些气体是强氧化剂。光化学氧化一一氧化剂与紫外线(阳光)的联合作用一一尤为强大。

二氧化硫 ( \mathsf { S O } _ { 2 } ) ）、硫化氢（H2S）和活性氯化合物（Cl、HCI、 C l O _ { 2 } ^ { * } ）在空气中的浓度仅为十亿分之几时，就已证明会对电气和电子设备造成严重腐蚀。即使这些气体的浓度低到人类无法察觉或对人体无害，但对电子设备而言，它们可能是致命的。

5.2物理化学检测方法

·吸气法：通过吸收剂将空气中的腐蚀性气体吸收，然后采用分光光度计等仪器进行分析。例如，对于硫化氢的检测，可使用乙酸锌吸收剂，通过亚甲基蓝分光光度法测定硫化氢浓度。该方法具有较高的灵敏度和准确性，适用于低浓度硫化氢的检测。
·滤膜法：将空气通过滤膜，使空气中的颗粒物和部分气态污染物沉积在滤膜上，然后对滤膜进行化学分析。此方法操作简便，可用于监测空气中的颗粒物和部分气态污染物的浓度。

5.3仪器监测法

电化学传感器：利用腐蚀性气体在电极上发生的电化学反应产生电信号的原理，实时监测空气中的腐蚀性气体浓度。电化学传感器具有响应速度快、灵敏度高、稳定性好等优点，适用于连续在线监测。

·光学传感器：基于光谱吸收原理，不同气体对特定波长的光具有特征吸收光谱。通过测量光的吸收强度和波长变化，可确定空气中腐蚀性气体的种类和浓度。光学传感器具有非接触式测量、响应速度快、测量范围宽等优点，可实现对多种气体的同时监测。

5.4现场检测与实验室分析结合法

在数据中心现场采集空气样本，然后将样本送至实验室进行详细的分析和检测。实验室可采用先进的分析仪器和方法，如气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)、电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)等，对空气样本中的各种污染物进行精确分析。这种方法能够提供全面、准确的空气质量数据，但存在采样和送样过程复杂、检测周期长等缺点。

5.5实时监测技术

·多参数传感器网络

部署包含H2S、 S O _ { 2 } 、PM2.5、温湿度的智能传感器（精度± 5 % ），数据采集频率≥1次／分钟，支持MODBUS协议接入集中监控平台。例如，华为OceanStorDorado系统通过内置传感器联动过滤设备，实现腐蚀预警响应时间<5分钟。

·原位腐蚀监测装置络

石英晶体微天平(QCM)：通过质量变化实时计算腐蚀速率，分辨率达ng级，适用于实验室级精准监测。

铜/银腐蚀挂片：按ISA标准每月更换挂片，通过库仑还原法测量腐蚀产物厚度，成本低但滞后性显著（需30天）。

·智能分析与预警

利用机器学习建立腐蚀预测模型，输入气体浓度、温湿度、气流速度等参数，预测误差 < 1 0 % 。某案例中，通过模型提前72小时预警H2S浓度波动，避免了一次因污水站泄漏引发的设备腐蚀事故。

六、全链条治理方法体系

6.1全生命周期治理规划

6.1.1选址与设计阶段：前瞻性风险规避

沿海地区数据中心距海岸线≥10公里，工业区数据中心上风处设置30米宽绿化隔离带，可使颗粒物浓度降低 2 0 % - 3 0 % 0
沿海地区数据中心采用抗盐雾涂层（如聚四氟乙烯涂层）保护室外设备，郊区数据中心在散热器外侧加装飞絮拦截网（孔径
<= 1 \mathsf {mm } ）；装修阶段选用低挥发建材，确保竣工后TVOC浓度< 0 . 5 { m g } / { m } ^ { 3 } 。
设备隔离：将蓄电池室、油机室独立分区，采用负压设计防止NH3、NO×扩散至主机房。

6.1.2运行阶段：动态治理与持续优化

建立年度空气治理效果评估机制，委托第三方检测机构进行ISA71.04标准腐蚀测试与尘埃粒子计数；针对柴油发电机尾气，配置高效脱硝装置（脱硝效率> 9 0 % ），将NO×排放浓度控制在 5 0 { m g } / { m } ^ { 3 } 以下。

6.2多级过滤技术应用

6.2.1物理过滤

·物理过滤是数据中心治理腐蚀性气体的基础手段之一，主要通过空气过滤器等设备来实现。空气过滤器的工作原理基于多种机制，如拦截作用、惯性碰撞和扩散作用。初效过滤器通常安装在新风系统的前端，用于过滤空气中较大的灰尘、毛发等杂质，其过滤效率一般在 2 0 % - 8 0 % （计重法）；中效过滤器安装在初效过滤器之后，对空气中粒径在1-10微米的颗粒进行过滤，过滤效率可达 6 0 % - 9 5 % （比色法）；高效过滤器主要用于去除空气中粒径小于1微米的细微颗粒，过滤效率高达 9 9 . 9 7 % 以上(DOP法)。
·数据中心颗粒污染物控制方法：采用G4初效（过滤 >= 5 \mu \mathsf { m } 颗粒）+ F 7 中效（过滤 >= 1 \mu \mathsf { m } ） + H E P A 高效（过滤 >= 0 . 3 \mu { { m } } ，效率9 9 . 9 7 % ）三级过滤，使主机房尘埃粒子浓度稳定在ISO14644-1Class 8标准内。

6.2.2化学过滤

化学过滤是治理腐蚀性气体的关键手段，主要通过化学吸附剂等设备来实现对腐蚀性气体的有效去除。例如：

活性炭吸附剂表面具有丰富的微孔结构和巨大的比表面积，能够提供大量的吸附位点，对于一些有机腐蚀性气体，如甲醛、苯等，活性炭通过物理吸附作用将其吸附在表面。同时，活性炭还可以通过表面的化学官能团与部分腐蚀性气体发生化学反应。再如，活性氧化铝吸附剂对酸性气体具有良好的吸附性能，其表面存在大量的羟基和铝离子，能够与酸性气体中的氢离子发生反应，形成稳定的化合物。活性炭吸附剂：吸附有机腐蚀性气体，如甲醛、苯等。针对硫化物、氯化物，使用碘值 { > } 1 2 0 0 { m g / g } 的蜂窝状活性炭，吸附容量达 4 0 { * } 6 0 { m g / g } ，配合热再生技术可重复使用3-5次。
ZnO/活性炭吸附剂、ZnO-MgO/活性炭吸附剂对吸附H2S气体具有效果。
活性氧化铝吸附剂：对酸性气体如二氧化硫、硫化氢等具有良好的吸附性能。
·光催化氧化（ { T i O } _ { 2 } { . } ）：降解甲醛、VOCs，在UV-C照射下催化效率提升至 9 0 % 以上，适用于有人环境。

6.3气流组织优化

·冷热通道隔离：通过封闭冷通道、配置盲板等措施，将机柜进风温度波动控制在 ± 2 ^ { \circ } C 以内，减少气流紊乱导致的粉尘沉积；冷通道静压维持5-10Pa正压，配合盲板覆盖率 > 9 5 % ，可使外部污染物侵入风险降低 8 0 % 。
：CFD模拟设计：通过计算流体动力学优化空调出风口布局，确保截面风速均匀度 >= 8 5 % ，避免局部涡流导致污染物积聚。
正压控制与出入管理协同：维持机房正压5-10Pa防止外界污染物侵入，结合鞋底自动清洁设备、风淋室等设施，将人员带入粉尘量降低 6 0 % 以上；制定严格的过滤器更换周期（初效3个月、中效6个月、高效12-24个月），通过智能运维系统实现更换提醒与效果评估。

6.4智能运维与标准合规

动态治理策略：根据实时监测数据自动切换过滤模式，如H2S>2ppb时启动备用化学过滤单元，同时联动新风系统减少室外风引入。
，认证与持续改进：通过第三方认证机构进行年度G1等级评估，对不达标的数据中心实施改造，如某金融数据中心通过改造使铜腐蚀速率从450A/月降至 2 8 0 \mathbb { A } 月，达到G1标准。
预测性维护与故障诊断：利用机器学习分析历史数据，建立滤芯寿命预测模型（准确率≥ 9 0 % ），提前72小时预警更换需求；结合设备运行日志与污染物浓度变化，自动定位污染泄漏源（如空调新风口密封失效），将平均故障处理时间缩短至2小时以内。

6.5监测与预警

部署腐蚀在线监测仪：实时监测数据中心内关键位置的气体浓度，当浓度接近或超过安全阈值时及时发出警报。监测与预警系统在数据中心腐蚀性气体治理中起着至关重要的作用，能够实时掌握气体浓度变化，及时发现潜在风险。腐蚀在线监测仪是该系统的核心设备之一，其工作原理基于多种先进技术，如电化学传感器技术和光学传感器技术。这些监测设备通常被安装在数据中心的关键位置，如机房的进气口、设备机柜内部、UPS室等，当气体浓度接近或超过安全阈值时，系统会及时发出警报，提醒运维人员采取措施。

多参数实时监测网络：部署包含PM2.5、 S O _ { 2 } 、H2S、温湿度、压差等传感器的智能监测系统，数据采集频率≥1次 / 分钟，通过边缘计算实现异常数据实时预警（如 S O _ { 2 } 浓度 > 10ppb时触发净化设备联动）。

空气治理技术效果对比分析

化学过滤器在去除效率 ( 9 5 % ) 和成本效益(8.5分)方面表现最佳，HEPA过滤在颗粒物控制方面效率达 9 2 % 0不同技术适用于不同污染物类型，需要综合配置使用。

七、未来趋势：智能化、绿色化与精准化治理

7.1新技术融合驱动治理升级

·纳米材料应用：开发基于纳米材料的高效吸附剂（如石墨烯改性活性炭），将有害气体处理能力提升3倍以上；
·被动式治理技术：开发自修复金属涂层（如聚四氟乙烯镀层），在盐雾环境中腐蚀速率降低 7 0 %
·无人机巡检室外设备积尘：结合AI视觉识别技术自动生成清洁工单，实现运维效率提升 5 0 % 。

7.2低碳化治理与可持续发展

·推广自然冷源利用：例如通过推广间接蒸发冷却，在净化过程中降低能耗 3 0 % 以上；
·探索废吸附材料再生技术：例如活性炭热再生，将固体废弃物产生量减少 6 0 % ，符合数据中心绿色低碳发展趋势。

7.3生物安全与职业健康的深度整合

部署紫外线杀菌模块（波长 2 5 4 \mathsf { n m } ，辐照强度≥40 \mu W/cm²)抑制微生物滋生，配合新风量智能调节（人均新风量≥ 3 0 m ^ { 3 } / \mathsf { h } ），构建兼顾设备安全与人员健康的双重防护体系。

八、案例分析

8.1伊顿电源空气治理案例

伊顿电源为北京某数据中心提供的治理方案取得了显著成效。该数据中心位于北京郊区的大型工业园区附近，周边工厂排放的废气中含有大量的硫化氢、二氧化硫等腐蚀性气体，对数据中心的UPS和IT设备造成了严重威胁。在治理前，通过专业检测发现，数据中心内的腐蚀性气体浓度远超安全标准，铜片和银片的腐蚀速率分别达到了312埃/月和1182埃/月，综合评估等级为G3，属于严重腐蚀等级。UPS的电路板出现腐蚀，部分线路断裂，导致设备频繁故障；IT设备的服务器主板和硬盘也受到不同程度的腐蚀，系统运行不稳定，数据丢失风险增加。

·部署腐蚀在线监测仪

IGBT模块弹簧触点和IGBT基板上的铜板连接，正常情况下这些材质是银导电性能好阻值小，被硫化后阻值变大，接触电阻变大，大电流通过后发热，可能导致金属变形弹性降低，外部触点与电路板的接触压力变小，阻值变大发热导致IGBT最终故障。

·机房硫化物对IGBT内部DBC底板的影响

如下方IGBT模块内部的放大影响分析，可以观察到黑色晶枝的形成，晶枝会引起绝缘沟槽之间的短路。

结论：

a.模块检测到硫化物成分硫污染
b.弹簧头（镀银）表面有硫化银形成
c.模块内部和外壳上的多个部位都发现硫化银树突，该状况的产生可能是其在高湿度以及高硫环境中产生。
d.IGBT故障的可能原因为湿度和硫引起的树突状晶枝引起绝缘沟槽之间的短路。

Summary

The modules seem to be exposed to massive sulfur pollution The springtips(contact spring to DBC)andthe spring heads (contact spring to PCBA)exhibit an extreme degree of AgS formation Severalpositionsinsidethemoduleandonthehousing surfaceexhibitAgSdendrites.Theformationofdendrites hintto the presence of high humidity and sulfur (harsh environment) Lead (Pb) was detected in the spring to PCBA contact spots. The origin of this contamination is unclear. Threemodules(RMAw21611module1-Q3，RMAw21801module2-Q2and2-Q3)exhibitacomparableexplosionpatrn： massivearcingTopWtoBotWandsecondarydefectsofallBotIGBTs.Theotherdefectivemodules doonlyexhibitsurface near destruction, which could be an indication for secondary defects →Apossiblerootcauseoffalureishumidityandsulfurinducedformationofdendrites/whiskers,whichcausedshortciruits across insulationtrenches.Incaseofthedestroyedmodulesthiscouldnotbeproven because ofthemasive degree of destruction. On intact modules smalldendrites/ whiskers could be found in this specific region.

·机房硫化物溯源

通过统计数据分析，UPS故障主要集中在该建筑楼宇的5个房间，其他19个房间同批次的UPS基本不发生故障，通过对比数据可以推断主要是环境因素导致UPS频繁的故障。现场需要尽快对这几个房间进行环境治理，使之满足UPS运行的要求。

首先对这几个房间的污染物源头进行溯源，通过现场排查把污染物源头锁定在现场的绝缘地垫和电缆外皮，并对绝缘地垫和电缆皮进行了采样。

2023年从现场提取了4块样品，两块不同颜色的地胶，两块电缆外皮寄到上海计量测试研究所进行测试，检测结果如下：

通过数据分析机房目前的地胶中含硫量是 2 % ，楼宇1楼的地胶含硫量是楼宇2地胶平均含硫量的4倍，因楼宇2楼地胶使用的年限相对较长，使用的过程中地胶中的部分硫已经释放到空气中，使空气中的硫含量升高，地胶中的硫含量降低。楼宇1楼地胶使用年限较短，地胶中硫含量还比较高。

通过数据表明机房中硫污染的主要污染源就是地胶，电缆外皮中的硫含量非常低，可以忽略。

·机房硫化物治理方案

针对这些问题，伊顿电源采用了一套综合的治理方案。在物理过滤方面，对数据中心的新风系统和空调系统进行了全面升级，安装了高效的初效、中效和高效过滤器。在化学过滤方面，选用了特制的常温高活性催化剂，并安装了伊顿电源数据机房多元催化净化器。在监测与预警方面，部署了先进的腐蚀在线监测仪。治理后，数据中心的腐蚀性气体浓度得到了有效控制，铜片的腐蚀速率从312埃／30天下降到了10埃／月以内（铜腐蚀速率仅为G1等级的30分之一），银片的腐蚀速率从1182埃/月下降到了81埃／月（银腐蚀速率仅为G1等级的 4 0 % ），均远远优于G1级别的标准，腐蚀情况得到了极大改善。安装的第一批多元催化净化器，已经连续运行了19个月，铜腐蚀和银腐蚀速率均稳定在G1等级以内。

8.2河源数据港气体净化装置专利应用

通过集成容水仓、保护网与自动清扫机构，该装置可在线清除滤芯表面粉尘，使滤网更换周期延长 5 0 % ，粉尘阻塞导致的净化效率下降问题减少 7 0 % ，适用于高粉尘环境的数据中心。

8.3上海国动通风装置的均匀送风技术

采用传导构件与扩散头设计，将机房内风速不均匀度从 3 0 % 降至 1 5 % 以下，配合过滤板自动清洁刷，使PM2.5过滤效率提升至9 8 % ，同时降低风机能耗 12 % ，实现节能与净化效果双提升。

更多由于空气污染/腐蚀导致数据中心设备故障的案例：

1.上海外高桥保税区某外企数据中心故障：坐落在上海自由贸易区外高桥保税区的一家著名外企公司数据中心，有一台全球联网的核心机柜服务器。自2015年年中启用后，陆续出现存储设备“宕机”现象，至2016年4月因存储设备非正常运行，不得不更换 7 5 % 的存储设备。后期调查发现，存储设备内金属磁头被环境中酸性气体严重腐蚀，磁头表面存在硫化物和氯化物。

2.北京某国际公司数据中心故障：北京某国际公司数据中心周边空气污染严重，经常出现电子设备硬件故障。经检测，室外新风和机房内空气中硫化物污染水平偏高，铜测试片上的累计腐蚀速率为轻度，银测试片上的累计腐蚀速率为中度／严重。

3.某临海机房设备故障：某机房位置临海，且机房密闭不良，设备长期运行受到盐雾腐蚀，多块单板先后出现故障。

4．某靠近化工厂机房设备故障：某机房靠近化工厂、厕所等污染源，二氧化硫气体严重超标，设备长期运行出现硫化腐蚀，多台设备的硬件故障率明显高于合理水平。

5.某数据中心硬盘故障：某数据中心发现空调送风含硫化合物，硬盘盘片镀膜被腐蚀出银河状星斑，导致硬盘频繁报错。

九、结论与展望

目前数据中心基础设施制造厂商、数据中心运营商普遍要求数据中心内的腐蚀性气体污染物应满足ANSI/ISA（AmericanNationalStandards Institute/Instrument Society of America）-71.04-2013定义的气体腐蚀G1等级要求。

数据中心空气治理是保障数据中心稳定运行、降低运维成本、确保数据安全的关键环节。通过综合运用物理过滤、化学过滤和监测预警等多种手段，结合科学合理的选址、设计和运维管理，可以有效降低数据中心内的腐蚀性气体浓度，提高空气质量。数据中心空气治理需从“被动应对”转向“主动预防”，通过“精准监测-智能决策-动态治理”闭环，实现可靠性、经济性与绿色化的平衡。

未来，随着技术的不断进步和标准的不断完善，数据中心空气治理领域将迎来更多发展机遇和挑战，空气治理将成为数据中心核心竞争力的重要组成部分。空气治理需要建立多方参与的长效机制，行业各方共同努力，推动技术的创新和应用，为数据中心的可持续发展提供有力支撑。

致谢-白皮书参编单位及人员

伊顿电源（上海）有限公司，伊顿|润泽联合实验室：李海平，谢宇轩，郭伟峰

上海国际绿色低碳概念验证中心：田松

中兴通讯股份有限公司：闫林，王彦启

新华三技术有限公司：汪宏

EPI中国：罗铭

上海普滤环境科技有限公司：谢波深圳市计算机用户协会数据中心专业分会，粤港澳大湾区数据中心产业联盟：李晓峰中通服节能技术服务有限公司：刘军宁

伊顿公司简介：

伊顿公司（Eaton）是一家全球领先的动力管理公司，致力于通过高效、安全和可持续的解决方案提升人类生活质量和环境质量。公司成立于1911年，总部位于爱尔兰，在全球拥有超过85，000名员工，业务遍及175多个国家和地区。伊顿在电气、航空、液压和车辆等多个领域拥有深厚的技术积累和广泛的行业影响力，致力于帮助客户更智能地管理电力、机械和流体动力。

CPS服务业务简介：

CPS服务业务致力于为数据中心、医疗、工业及关键基础设施等关键应用场景提供全方位的电源保障服务。其核心服务内容包括：UPS系统的安装调试与定期运维、远程监控与智能预警、生命周期管理、应急响应与备件支持、绿色节能咨询与系统优化等。通过“六位一体”的服务体系和本地化技术团队，伊顿CPS服务业务能够快速响应客户需求，提升系统可用性与能效水平，助力客户实现高可靠、低碳、可持续的运营目标。

CPS业务简介：

伊顿的CPS（CriticalPowerSolutions，关键电源解决方案）业务专注于为数据中心、医疗、工业和关键基础设施等关键应用场景提供高可靠性的电源保障。CPS业务涵盖UPS不间断电源系统、配电解决方案、监控与管理软件、以及智能运维服务，致力于确保关键设备在各种电力环境下的持续运行。凭借先进的技术、丰富的行业经验和全球服务网络，伊顿CPS业务在亚太地区及全球市场中占据领先地位，是客户值得信赖的关键电源合作伙伴。

伊顿电源(上海)有限公司 Eaton Power Quality(Shanghai) Co.,Ltd.

上海市长宁区临虹路280弄3号电话：+86(21)52000099传真： + 8 6 (21)52000300邮编：200335

E:T·N Powering BusinessWorldwide

咨询热线：400-889-3938
网址：www.eaton.com.cnwww.eaton.com.cn/ups
伊顿公司版权所有
中国印刷