Современные центры обработки данных (далее ЦОД) характеризуются высокой плотностью размещения вычислительного и телекоммуникационного оборудования в помещении, и такое размещение приводит к значительному тепловыделению аппаратуры, а соответственно повышается ее тепловая нагрузка и повышается ее чувствительность к отклонениям параметров микроклимата помещения, в том числе запыленности воздуха. В условиях ежедневной эксплуатации и высокой стоимости простоев важной задачей климатического контроля является обеспечение соблюдение нормируемых параметров температуры, влажности и концентрации взвешенных частиц в пределах рекомендованных диапазонов, определяемых отраслевыми стандартами и требованиями производителей оборудования. Так, для серверных залов крупных ЦОД согласно методическим рекомендациям по проектированию центров обработки данных на рисунке 1 представлены оптимальные и допустимые параметры воздуха [1]:

Рис. 1. Диаграмма I-d с диапазонами оптимальных и допустимых параметров воздуха

А также параметры приведены в таблице 1.

Таблица 1

Оптимальные и допустимые параметры воздуха

А также запыленность воздуха населенного пункта должна составлять не более . Для такого соблюдения параметров указывается необходимость многоступенчатой очистки воздуха, которая обеспечивает достижение от пятого до восьмого класса чистоты согласно ISO 14644–1. Это напрямую связано с выбором класса фильтра и схем их включения в общеобменную систему вентиляции. Фильтрация воздуха в ЦОД опирается на классификацию фильтрующих элементов, которая предусматривает разделение на грубую, тонкую и высокоэффективную очистку, которая также соответствует классам G, F, HEPA (High Efficiency Particulate Air или High Efficiency Particulate Arrestance — «высокоэффективное удержание частиц в воздухе»). Предусматривается двух- или трехступенчатая схема фильтрации:

— первая ступень отвечает за задержание крупных частиц

— вторая ступень отвечает за тонкую очистку от мелкодисперсной пыли

— в третьей ступени применяются дополнительно HEPA — фильтры, которые соответствуют классу очистки Н13 — Н14.

Такая архитектура позволяет обеспечивать ограничение концентрации частиц размером 0,3–0,5 мкм и более до уровня, соответствующего классам чистых помещений, что существенно снижает вероятность накопления электростатической активной пыли на поверхности плат, радиаторов и контактных групп. Внешний вид HEPA — фильтра представлен на рисунке 2:

Рис. 2. HEPA-фильтр

Одновременно класс фильтрации наружного воздуха обычно задается не ниже F7 или эквивалентных значений по другим стандартам, поскольку именно на этой стадии удаляются основные массовые фракции пыльцы, волокон и аэрозолей, которые в противном случае приводили бы к ускоренному засорению последующих ступеней и теплообменников.

Запыленность воздуха в серверных помещениях оказывает комплексное воздействие на электронное и электромеханическое оборудование, что в свою очередь влечет за собой ухудшение охлаждения и рост механического износа. Пыль, которая оседает на радиаторах и воздуховодах внутри серверных блоков, снижает эффективность теплоотвода. Это также приводит к увеличению термического сопротивления и способствует росту температуры компонентов, что в свою очередь вызывает ускоренное старение полупроводниковых элементов. Также в условиях повышенной влажности пылевая масса на поверхностях плат уменьшает сопротивление изоляция, вызывает токи утечки и изменяет распределение электрических полей, за которыми следуют локальные перегревы, ложные срабатывания и деградация микросхем. Пыль в механизмах вентилятора соответственно ухудшает качество электрического контакта, усиливает абразивный износ подшипников и движущихся частей, что сокращает ресурс вентиляторных модулей и вспомогательных устройств систем охлаждения [2].

Влияние качества фильтрации воздуха на отказоустойчивость серверного оборудования проявляется через изменение вероятности возникновения отказов, связанных с запыленностью, а также через косвенное воздействие на температурный режим и нагрузку на системы охлаждения. При недостаточной эффективности фильтрации помещения увеличение концентрации пылевых частиц приводит к ускоренному загрязнению внутренних каналов охлаждения серверов и кондиционеров, что повышает аэродинамическое сопротивление, снижает расход воздуха и вызывает рост температур в тепловых зонах, увеличивая риск отказа и снижения производительности троттлинга процессоров [3]. Троттлинг — это защитный механизм, который автоматически снижает производительность процессора или другого компонента, когда тот приближается к критическому уровню нагрева. Его главная задача — это предотвратить перегрев и термическое повреждение чипа. Одновременное повышение запыленности ускоряет процесс токопроводящих мостиков и коррозионных очагов на платах, которые также увеличивают вероятность отказов по электрическим причинам. В дата-центрах, где проводится регламентная замена фильтров, отмечается возможности эксплуатации серверов в течении нескольких лет без необходимости вскрытия корпусов для очистки от пыли, что косвенно свидетельствует о влиянии качество воздуха на снижение объема обслуживающих работ и продлении срока службы оборудования.

Также при высоком уровне очистке воздуха от взвешенных частик существенно снижается интенсивность отложений пыли на теплообменных поверхностях, контактах изоляции, что уменьшает скорость износа компонентов и позволяет эксплуатировать оборудование в пределах расчетного ресурса без существенного повышения частоты отказов. В то же время недостаточный класс фильтрации либо временная замена фильтров приводит к росту запыленности, ускоренному старению материалов и контактов, увеличению нагрузки на вентиляторы и кондиционеры. С этим связана рекомендация рассматривать систему фильтрации воздуха как один из ключевых элементов обеспечения жизненного цикла ЦОД, включающий не только подбор классов фильтров, но и организацию мониторинга их состояния и регламентов обслуживания. Классы фильтров оказывают прямое влияние на энергетическую эффективность системы вентиляции, которое также необходимо учитывать при анализе отказоустойчивости и срока службы аппаратуры. Фильтры более высокого класса очистки обладают увеличенным аэродинамическим сопротивлением, которое требует большей мощности вентиляторов и повышает энергопотребление, особенного при загрязнении фильтрующего материла, однако их применение позволяет снизить запыленность до уровней, при которых риск отказов и дополнительная нагрузка на оборудование минимизируются [4]. В этом смысле оптимизация схемы фильтрации сводится к выбору комбинаций ступеней очистки и классов фильтров, обеспечивающей требуемый класс чистоты при приемлемом уровне энергозатрат и сложности обслуживания, что может быть реализовано посредством анализа сопротивления, запыленности и срока службы фильтров с учетом реальных условий эксплуатации ЦОД.

Таким образом, качество фильтрации воздуха, выражаемое через выбор классов фильтров, конфигурацию схем очистки, режимы эксплуатации и обслуживания, оказывает комплексное и многофакторное влияние на отказоустойчивость серверного оборудования и срок его службы в условиях центров обработки данных. Обеспечение соответствия воздушной среды машинных залов требованиям стандартов чистых помещений и рекомендациям производителей, организация многоступенчатой фильтрации и систем мониторинга состояния фильтров позволяют существенно снизить запылённость, минимизировать тепловые и электрические риски и обеспечить эксплуатацию серверной инфраструктуры в пределах расчётного ресурса без существенного роста частоты отказов.

Литература:

1. Методические рекомендации по проектированию центров обработки данных / Министерство строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации, Федеральный центр нормирования, стандартизации и технической оценки соответствия в строительстве // URL: https://meganorm.ru/Data2/1/4293721/4293721780.pdf (дата обращения: 07.07.26).
2. Коротков А. Д. Влияние вентиляции на надёжность оборудования машинного зала энергоцентра // Актуальные исследования. 2026. № 27 (313). Ч. I. С. 48–51. URL: https://apni.ru/article/15641-vliyanie-ventilyacii-na-nadyozhnost-oborudovaniya-mashinnogo-zala-energocentra. (дата обращения: 10.07.26).
3. Вентиляция в серверной: нормы кратности воздухообмена и проектирование систем // АйТитело URL: https://www.ittelo.ru/news/ventilyatsiya-v-servernoy-normy-kratnosti-vozdukhoobmena-i-proektirovanie-sistem/ (дата обращения: 10.07.26).
4. Вентиляция серверных и IT-комнат: проектирование, монтаж и эксплуатация // ООО «Вентстрой» URL: https://airovent.ru/articles/ventilyatsiya-servernykh-i-it-komnat-proektirovanie-montazh-i-ekspluatatsiya/ (дата обращения: 15.07.26).