Wasserdunst und Löschgas im Datacenter

Hybridlöschsysteme für Rechenzentren

| Autor / Redakteur: Cedric Verstrynge* / Ulrike Ostler

Rechenzentrumstauglich: Die „Vortex“-Löschanlage von Victaulic besitzt die Fähigkeit, homogene Suspensionen von Wassertröpfchen kleiner als 10 Mikrometer in Stickstoff zu erzeugen und dabei einen großen Impuls bei geringem Arbeitsdruck aufrecht zu erhalten.
Rechenzentrumstauglich: Die „Vortex“-Löschanlage von Victaulic besitzt die Fähigkeit, homogene Suspensionen von Wassertröpfchen kleiner als 10 Mikrometer in Stickstoff zu erzeugen und dabei einen großen Impuls bei geringem Arbeitsdruck aufrecht zu erhalten. (Bild: Victaulic)

Durch das Anschwellen der Datenströme sind immer größere Server-Kapazitäten gefragt, im Herzstück der digitalen Infrastruktur, dem Rechenzentrum. Der dort gelagerte Wert steigt und steigt, aber auch das Gefahrenpotenzial: Das Risiko eines Elektrobrands ist ein immer relevanteres Problem von Rechenzentrumsbetreibern und -eigentümern. Es stellt sich die Frage: Welche Brandschutzlösung soll angeschafft und genutzt werden?

Durch Löschsysteme auf Wasserbasis können alle im Rechenzentrum untergebrachten Elektronikbauteile beschädigt oder sogar zerstört werden. Zudem ist nach dem Auslösen des Systems, aufgrund der hohen freigesetzten Wassermengen, eine kosten- und zeitintensive Reinigung notwendig. Das Resultat: eine stattliche Schadenssumme von mehreren Tausend Euro sowie lange Stillstandzeiten.

So genannte Clean Agent Systeme, die Gase zur Brandbekämpfung verwenden, können umweltschädlich und gesundheitsgefährdend für Personen sein, die mit der Mischung in Kontakt kommen. Um eine effiziente Brandbekämpfung zu ermöglichen, wird für die Integration dieser Gassysteme häufig ein luftdichter Raum mit kaum oder nicht vorhandener Belüftung benötigt.

Aber müssen sich Rechenzentrumsbetreiber wirklich zwischen wasser- und gasbasierten Systemen entscheiden?

Erforschung der Alternativen

Als Hersteller genuteter Rohrkupplungen und bekannt für seine Brandschutzlösungen, entwickelte das Unternehmen Victaulic eine Alternative, die die Vorteile beider Systeme vereint: Dieser liegt in Sprühnebeln verborgen.

Victaulic erforschte auch außerhalb des Brandschutzes, wie man noch kleinere Wasserteilchen erreichen kann. Die Vernebelung von Flüssigkeiten wird seit langem in anderen Bereichen, wie der Verbrennungstechnik, untersucht.

Herkömmliche Wassernebelsysteme beruhen darauf, Wassertropfen durch den Austritt aus entsprechenden Düsen zu verkleinern. Victaulic aber erweiterte sein Forschungsfeld auf die Vernebelung von Flüssigkeiten mit gleichzeitiger Gasausströmung.

Das „Victaulic Vortex“-System erzeugt einen Überschallstrahl aus Stickstoff zur Vernebelung von Wasser im Niederdruckbereich in Wassertropfen von weniger als 10 Mikrometern Durchmesser.
Das „Victaulic Vortex“-System erzeugt einen Überschallstrahl aus Stickstoff zur Vernebelung von Wasser im Niederdruckbereich in Wassertropfen von weniger als 10 Mikrometern Durchmesser. (Bild: Victaulic)

Die Forschungen zeigten, dass eine Kombination aus Kühlung und Sauerstoffreduzierung sogar noch wirksamer ist, als jede dieser Methoden getrennt. Stickstoffgas wurde zur Vernebelung von Wasser und als Träger zum Durchdringen von Brandfahnen eingesetzt.

Das Victaulic-Team konzentrierte sich auf eine Methode zur Einspritzung vernebelter Tröpfchen in nach unten ausströmenden Stickstoff, um die Brandfahnen zu durchdringen. Durch die Verwendung von Tröpfchen, die kleinerer als üblich waren, wurde die Brandquelle wirksamer gekühlt, da diese mikrofeinen Wasserteilchen gemeinsam eine größere Oberfläche bilden. Und es gilt: Je größer die Oberfläche, desto schneller kann die Wärme absorbiert werden. Ein hohes Maß an Wärmeabsorption wiederum reduziert das Risiko der Brandausweitung, da der Wärmeaustausch mittels Konvektion und Strahlung verringert wird.

Die Hybridtechnik

Das Ergebnis dieser Bemühungen ist eine Brandlöschtechnik, die nach FM5580 „Wasser- u. Schutzgasmischungen für Brandlöschanlagen“ anerkannt wird. Die Vortex-Brandlöschanlage von Victaulic war die erste, die in dieser FM-Kategorie zugelassen wurde. Da sie eine Mischung aus Schutzgas und Wassernebel verwendet, eignet sie sich für Maschinenräume mit Gefährdungsbereichen, Turbineneinfassungen und brennbare Flüssigkeiten sowie natürlich besonders für Rechenzentren.

Das System erzeugt einen Überschallstrahl aus Stickstoff zur Vernebelung von Wasser im Niederdruckbereich in Wassertropfen von weniger als 10 Mikrometern Durchmesser. Die Tröpfchen sind 30-mal kleiner als durch herkömmliche Wasservernebelungsanlagen erzeugte Wasserteilchen und bieten bis zu 50 Prozent mehr Wärmeabsorption und Löschkraft.

Während der Vernebelung der Wassertröpfchen werden diese gleichmäßig mit den Stickstoffmolekülen vermischt und die homogene Suspension strömt in den Gefahrenbereich. Normalerweise stellt der Stickstoff bei anderen Technologien das Treibmittel für ein weiteres Löschmittel dar, zum Beispiel Wassernebel.

Die Vortex-Anlage von Victaulic verwendet aber Wassernebel und Stickstoff als sich ergänzende Löschmittel. Bei kleineren Bränden stellt der Stickstoff das wesentliche Löschmittel dar und reduziert den Sauerstoff auf ein Niveau, bei dem noch geatmet werden kann, aber keine Verbrennung mehr unterstützt wird. Bei größeren Bränden kühlen die feinen Wassertröpfchen den Brand, indem sie Wärme absorbieren und den vorhandenen Sauerstoff reduzieren. Bei beiden Szenarien bleibt der Restsauerstoffgehalt in einem für Menschen ungefährlichen Bereich.

Vorteile der Mischtechnik

Zum einen ermöglicht das Vortex-System eine wirksame Brandlöschung. Zum anderen bietet die einzigartige Mischtechnik einige weitere Vorteile. Die zu schützenden Bereiche werden minimal befeuchtet, wobei die maximal pro Emitter freigesetzte Wassermenge lediglich 3,79 Liter (eine Gallone) pro Minute beträgt. Traditionelle Wassersprinkler setzen im Vergleich mehr als 94,64 Liter (25 Gallonen) Wasser pro Minute pro Sprinkler frei, während Hochdruck- Wassernebelanlagen 30,28 Liter (acht Gallonen) Wasser pro Düse pro Minute ausströmen.

Gerade in Server-Räumen und Rechenzentren bietet das Hybridlöschsystem besondere Vorteile. Anders als bei herkömmlichen Löschsystemen wird mit „Victaulic Vortex“ eine Stickstoff-Wasser-Mischung freigesetzt, sodass die mit dem Löschmittel in Berührung kommenden Bereiche quasi keine Benetzung erfahren. [Quelle: ]
Gerade in Server-Räumen und Rechenzentren bietet das Hybridlöschsystem besondere Vorteile. Anders als bei herkömmlichen Löschsystemen wird mit „Victaulic Vortex“ eine Stickstoff-Wasser-Mischung freigesetzt, sodass die mit dem Löschmittel in Berührung kommenden Bereiche quasi keine Benetzung erfahren. [Quelle: ] (Bild: Victaulic)

Das Vortex-System erlaubt außerdem die sichere Anlagenauslösung für die Umgebung und das Personal. Die Anlage verwendet Wasser und Stickstoff, zwei gut verfügbare und natürlich vorkommende Elemente, und keine gefährlichen Chemikalien. Während der Anlagenauslösung bleibt die Sauerstoffsättigung auf einem sicheren Niveau für die sich im Raum befindenden Personen. Dies wurde von der US-Umweltschutzbehörde (EPA) bestätigt.

In der Atmosphäre sind die beiden Elemente immer vorhanden. Die normale Zusammensetzung unserer Atemluft besteht zu 78 Prozent aus Stickstoff und zu 21 Prozent aus Sauerstoff. Wasser und Stickstoff sind leicht verfügbar und, aufgrund des geringen erforderlichen Reinigungsaufwands und der minimalen Befeuchtung, werden die laufenden Betriebsabläufe kaum unterbrochen.

Das führt zu begrenzten Ausfallzeiten und schnellerer Wiederauffüllung der Anlage. Darüber hinaus ist aufgrund der Form der Strömung kein abgeschlossener Raum notwendig. So kann ist die Anlage auch in offenen Räumen voll funktionsfähig.

Das Design

Jede Ausströmdüse kann bis zu 70,79 Kubikmeter Raumvolumen schützen, und die Anlage kann auf einen beliebigen Raumbedarf erweitert werden. Zonen lassen sich zentral steuern und unabhängig zur Brandlöschung bei Bedarf aktivieren.

Die Vortex-Anlage von Victaulic weist außerdem einen geringen Betriebsausgangsdruck von ca. 1,72 Bar an der Ausströmdüse der Anlage auf. Die meisten Hochdruck-Wassernebelanlagen werden mit 103 Bar bis 172 Bar betrieben, Schutzgasanlagen sogar mit 172 Bar.

Der geringe Ausgangsdruck der Vortex-Anlage ist besonders vorteilhaft in korrosiven Umgebungen, da hier die Verwendung von Kunststoffrohren möglich ist und Emitter eigens aus PTFE oder PVDF hergestellt werden können. Bei CO2 - oder Hochdruck-Wassernebelanlagen ist das nicht möglich. Der Stickstoff strömt mit 1,72 Bar aus dem Emitter, Wasser mit weniger als 0,35 Bar.

Vortex in Rechenzenten

Gerade in Server-Räumen und Rechenzentren bietet das Hybridlöschsystem Vorteile. Anders als bei herkömmlichen Löschsystemen wird mit Victaulic Vortex eine Stickstoff-Wasser-Mischung freigesetzt, so dass die mit dem Löschmittel in Berührung kommenden Bereiche quasi keine Benetzung erfahren. Sogar kleine Schwelbrände zwischen den Server-Racks lassen sich ermitteln und praktisch ohne jegliche Benetzung der Komponenten oder Hardware löschen.

Stillstandszeiten vom Brandfall bis zur Wiederinbetriebnahme sind verglichen mit herkömmlichen Brandbekämpfungssystemen eindeutig geringer. Bei Versuchen (genaueres im Whitepaper: The Victaulic Vortex Fire Suppression System - Fire Suppression for Electrical and Electronic Applications) konnten nach Einsatz des Victaulic Systems keine Schäden oder Restnässe festgestellt werden.

In Rechenzentren werden die Brände meistens in offenen, natürlich ventilierten Bereichen gelöscht. Deshalb müssen die Raumintegrität, wie bei anderen Systemen, sowie jährliche Gebläsetests in geschlossenen Räume nicht berücksichtigt werden. So ermöglicht das Vortex-System von Victaulic eine einfache Installation, ohne den täglichen Ablauf im Data Center zu unterbrechen.

Auch aus Umweltgesichtspunkten ist das System empfehlenswert. Beim Einsatz von Vortex entstehen keine Treibhausgase, da es nur mit Wasser und Stickstoff arbeitet. Zusätzliche Stickstoffflaschen können direkt im Rechenzentrum gelagert werden, nach einer eventuellen Entladung lassen sich so alle Zylinder schnell wieder einsatzbereit machen. Leere Stickstoffzylinder können von jedem Industriegasanbieter vor Ort neu aufgeladen werden.

Cedric Verstrynge ist Vortex Product Specialist bei Victaulic.
Cedric Verstrynge ist Vortex Product Specialist bei Victaulic. (Bild: Victaulic)

Das Fazit des Autors

Beim Vortex-Ansatz handelt es sich um eine Innovation, die den besten Nutzen aus allen System zieht und diese Technologien weiter vorantreibt. Die Vortex-Löschanlage mit der Fähigkeit, homogene Suspensionen von Wassertröpfchen kleiner als 10 Mikrometer in Stickstoff zu erzeugen und dabei einen großen Impuls bei geringem Arbeitsdruck aufrecht zu erhalten, stellte Brandlöscheigenschaften unter Beweis, die jede bislang bekannte Wasser- oder Schutzgasanlage übertreffen.

Die Anlage ist außerdem in der Größe anpassbar und bietet robuste Brandlöschung für Maschinenräume und sonstige gefährdete Umgebungen bei minimaler Schädigung durch Wasser und einer raschen Rückkehr zum Normalbetrieb nach Anlagenauslösung. Dies ist gerade im Rechenzentrumsbetrieb mit höchsten Verfügbarkeitsansprüchen von größter Bedeutung.

* Cedric Verstrynge ist Vortex Product Specialist bei Victaulic.

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