Brandbekämpfung im Datacenter Von Sprinkler bis Gas und fluorfreiem Schaum - ein Konzept lohnt sich

Autor / Redakteur: Olaf Schilloks* / Ulrike Ostler

Wasser, Schaum oder Inertgas? Brandschutz in Rechenzentren ist eine anspruchsvolle Optimierungsaufgabe, die maximale Wirkung und schnelle Wiederverfügbarkeit unter einen Hut bringen muss.

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Für die Löscheinrichtungen im Rechenzentren sind zumeist eigene Räume vorgesehen, wie hier bei LEW Telnet in Augsburg.
Für die Löscheinrichtungen im Rechenzentren sind zumeist eigene Räume vorgesehen, wie hier bei LEW Telnet in Augsburg.
(Bild: Ulrike Ostler)

Die Prognosen für 2025 sind beeindruckend: Um die 175 Zettabyte wird der weltweite Datenbestand in Rechenzentren dann umfassen – bei einem Energieverbrauch von 16,4 Terawattstunden (TWh) pro Jahr - in Deutschland. Die Kombination aus hoher Daten- und Energiedichte macht den Brandschutz in Rechenzentren zu einer überaus verantwortungsvollen Aufgabe.

Neben der sofortigen Löschung von Entstehungsbränden ist die Vermeidung von Sekundärschäden und damit die rasche Wiederherstellung der Verfügbarkeit ein wichtiges Ziel. Denn stehen für den Betrieb benötigte Daten oder Anwendungen nicht mehr zur Verfügung, folgen hohe wirtschaftlichen Schäden. Im „Allianz Risiko Barometer 2021“ dominieren in Deutschland Betriebsunterbrechungen mit 50 Prozent das Ranking, noch vor dem Pandemie-Ausbruch mit 35 Prozent.

Moderne Rechenzentren untergliedern sich in viele unterschiedliche Funktionseinheiten mit ebenso unterschiedlichen Brandlasten, dem muss auch die Planung und Systemauswahl Rechnung tragen.

Sprinkler: preiswert und vielfältig einsetzbar

Sprinkler arbeiten mit vergleichsweise geringem Betriebsdruck und großen Wassertropfen, die über einen Prallteller verteilt werden. Die Auslösung erfolgt über eine flüssigkeitsgefüllte Ampulle, die bei Erhitzung durch Dampfdruck zerbricht und das Löschwasser freigibt, das durch eine separate Pumpe gefördert wird.

Durch seinen hohen Kühleffekt beim Phasenübergang löscht Wasser schnell und zuverlässig Entstehungsbrände der Klasse A, selbst bei starker Glutbildung. Konventionelle Sprinkler setzen allerdings große Wassermengen ein. Dies kann zu den typischen Sekundärschäden führen, was bei der Planung berücksichtigt werden muss.

In Rechenzentren können konventionelle Sprinkler gut für Büros, Treppen- und Sozialräume sowie die zugehörigen Technikbereiche eingesetzt werden. Aber auch für die Sektionen Elektroverteilung, Kühlung und Klimatisierung sind Sprinkler die richtige Lösung.

Sprühkopf aus dem Niederdruck-Wassernebel-Löschsystem Aquamist ULF: Die feine Verteilung des Löschmediums verringert Sekundärschäden und steigert die Effizienz.
Sprühkopf aus dem Niederdruck-Wassernebel-Löschsystem Aquamist ULF: Die feine Verteilung des Löschmediums verringert Sekundärschäden und steigert die Effizienz.
(Bild: Johnson Controls)

Eine besondere Brandlast bilden die Pufferakkus, die die Notstromversorgung bis zum Hochfahren der Generatoren sicherstellen. Diese können durch interne Kurzschlüsse einen so genannten Thermal Runaway provozieren, der in seinem Ablauf nicht mehr zu stoppen ist.

Hier haben sich vor allem Sprinkler mit sehr hoher Wasserbeaufschlagung als wirkungsvoll erwiesen. Sie können den Thermal Runaway zwar nicht aufhalten, aber ein Übergreifen auf weitere Anlagen verhindern, bis die Feuerwehr weitere Maßnahmen ergreift.

Sprühflutanlagen: Wasser aus allen Düsen

Sprühflutanlagen funktionieren ähnlich wie Sprinkler, nur dass hier nicht die Düsen einzeln ausgelöst werden. Nach der Branddetektion werden vielmehr alle Öffnungen gleichzeitig beschickt, so dass sofort die maximale Löschwassermenge bereitsteht.

Der Nachteil ist auch hier ein möglicher Sekundärschaden durch Löschwasser. Sprühflutanlagen werden in Rechenzentren vor allem in Technikräumen für die Dieselgeneratoren der Notstromversorgung eingesetzt, da hier bei einem Brand von einem sofortigen, großen Kühlmittelbedarf auszugehen ist.

Schaumlöschanlagen für die Brandklasse B

Wasser ist wegen seiner im Vergleich zu gängigen flüssigen Brennstoffen höheren Dichte nicht geeignet für Brände der Klasse B. Hier ist stationäre Schaumlöschtechnik die beste Lösung. Der Leichtschaum schwimmt sofort auf der brennenden Flüssigkeit auf und bildet überdies eine wasserhaltige Sperrschicht, die den Brand durch Blockierung der Sauerstoffzufuhr löscht.

Handfeuerlöscher „SX6 green“ und „SX9 green“: Die umweltfreundlichen Schaumlöscher sind eine wertvolle Ergänzung zur stationären Brandbekämpfung.
Handfeuerlöscher „SX6 green“ und „SX9 green“: Die umweltfreundlichen Schaumlöscher sind eine wertvolle Ergänzung zur stationären Brandbekämpfung.
(Bild: Johnson Controls)

Wegen der zurzeit noch erforderlichen Fluorzusätze ist Löschschaum allerdings Sonderabfall und muss daher besonders entsorgt werden. Im Bereich der mobilen Löschtechnik gibt es bereits fluorfreie Schaummittel. Die damit ausgerüsteten Handfeuerlöscher, zum Beispiel TOTAL SX 6 green und SX 9 green, sind eine wertvolle Ergänzung zu den stationären Systemen. Schaumlöschanlagen werden von Johnson Controls für Betriebs- und Schmierstofflager empfohlen.

Wassernebellöschanlagen: kleine Tröpfchen, große Wirkung

Die gängige Bezeichnung Niederdruck-Wassernebellöschanlagen täuscht ein wenig: Diese Systeme arbeiten mit einem im Vergleich zu Sprinklern deutlich höheren Betriebsdruck von 7 bis 16 bar. In Verbindung mit spezifischen Düsen ist damit eine wesentlich feinere Verteilung des Löschmittels gewährleistet.

Die insgesamt deutlich größere Oberfläche der Tropfen ermöglicht bei gleicher Löschleistung eine erhebliche Reduktion der eingesetzten Wassermenge. Obwohl die Sekundärschäden bei Wassernebellöschanlagen deutlich geringer sind als zum Beispiel bei Sprinklern: Auch hier bleiben Rückstände des Löschmittels, die die Anlagen beeinträchtigen.

Wegen ihrer hohen Effektivität, bei relativ geringen Folgewirkungen, werden Wassernebellöschanlagen dennoch sogar für die Kernkomponenten eines Rechenzentrums empfohlen, also die Datenhalle mit den Server-Racks sowie die Netzwerkräume. Hier ist ein großer Vorteil, dass das Löschmittel schon ausgebracht und wirksam werden kann, ohne warten zu müssen, bis die Luftwechselrate bei 0 liegt.

Server oder anderes IT-Equipment sind heute immer so in den Racks montiert, dass alle Luftein- und -auslässe immer in jeweils dieselbe Richtung zeigen. Das erleichtert die Kühlung und spart Energie. Dort, wo die Kühlluft eingesaugt wird, spricht man vom Cold Aisle (Kaltgang), dort, wo die erhitzte Luft herausgeblasen wird, befindet sich der Hot Aisle (Warmgang). Beide Bereiche sind oft durch zusätzliche Einbauten voneinander getrennt, dies muss im Brandschutzkonzept und der Platzierung der Düsen berücksichtigt werden.

Wassernebellöschanlagen in Data Halls sind nach FM Standard 5560 Anhang M und N geprüft und so optimiert, dass Sie den Besonderheiten der Architektur von Data Halls Rechnung tragen. So gibt es eine verdichtete Wassernebelsprinklerung im Bereich der Hot Aisles, während die Cold Aisles mit weniger Wasser beaufschlagt werden.

Gaslöschsysteme: absolut rückstandsfrei

Als Lösch-Alternative für die Kernkomponenten sollte man jedoch auf jeden Fall eine Löschanlage auf der Basis von Inertgasen in Betracht ziehen. Inertgase löschen, wie der Name bereits sagt, durch Sauerstoffverdrängung. Das Löschgas wird in Druckflaschen oder tiefkalt gelagert und flutet über Ausströmdüsen den Brandherd. Es hinterlässt keinerlei Rückstände. Die entstandenen Schäden beschränken sich daher auf die reinen Brandauswirkungen.

„Die Aufrechnung von Investitionskosten mit den potenziellen Kosten durch Betriebsunterbrechungen und Sekundärschäden lohnt sich“, sagt Autor Olaf Schilloks.
„Die Aufrechnung von Investitionskosten mit den potenziellen Kosten durch Betriebsunterbrechungen und Sekundärschäden lohnt sich“, sagt Autor Olaf Schilloks.
(Bild: Johnson Controls)

Da Löschgase ausschließlich durch Inertisierung wirken, ist, im Gegensatz zu wasserbasierten Systemen, eine zuverlässige Abdichtung des Löschgebietes unerlässlich. Dies beinhaltet vor allem den sofortigen Stopp des Lüftungssystems, der über eine Vernetzung mit der Brandmeldezentrale gewährleistet sein muss.

Kohlendioxid als Löschgas ist nicht personensicher, daher muss der Einsatzort über einen Voralarm evakuiert werden. Es gibt allerdings auch alternative, ungiftige Inertgase, zum Beispiel „Inergen“, ein Gemisch aus Stickstoff, Argon und CO2, mit nur geringer Leitfähigkeit oder „Novec 1230“ aus dem Löschsystem „Sapphire“. Hierbei handelt es sich um ein elektrisch nicht leitendes C6-Fluorketon.

Acoustic-Nozzle-Düse: Konsequente Schalldämpfung ist bei Gaslöschsystemen in Rechenzentren unerlässlich.
Acoustic-Nozzle-Düse: Konsequente Schalldämpfung ist bei Gaslöschsystemen in Rechenzentren unerlässlich.
(Bild: Johnson Controls)

Unterschätzt wurde lange Zeit der hohe Schalldruck, den die ausströmenden Löschgase verursachen. Er muss durch geräuschoptimierte Löschdüsen (Acoustic Nozzle) oder Schalldämpfer abgesenkt werden, sonst drohen Hardware-Ausfälle, zum Beispiel an Platinen oder den empfindlichen mechanischen Massenspeichern.

Interessant unter Kostenaspekten ist nicht zuletzt die Betrachtung des Gesamtsystems: Entscheidet man sich für eine durchgehend wasserbasierte Anlage, kann die Versorgungseinheit aus Pumpe und Wasservorrat für alle Anlagen genutzt werden.

Ein Brandschutzkonzept für ein Rechenzentrum ist immer ein komplexes Gesamtsystem, das jedem Bereich und jeder Brandlast gleichermaßen gerecht werden muss. Welche Lösung für die Gegebenheiten vor Ort die beste ist, kann nur durch eine sorgfältige Analyse eines kompetenten Systempartners entschieden werden, der die spezifischen Vor- und Nachteile jeder Löschtechnik genau kennt. Dabei lohnt eine Aufrechnung der Investitionskosten mit den potenziellen Kosten durch Betriebsunterbrechungen und Sekundärschäden, um die richtige Entscheidung zu fällen.

Löschkonzepte im Vergleich
   
Löschkonzept   
   
Haupt-Wirkprinzip    
   
Einsatzgebiet   
   
Wassersprinkler   
   
Kühlung durch selektiv hohen Wassereintrag   
   
Bereiche, in denen eine hohe Wasserbeaufschlagung   unkritisch ist   

Sprühflutanlage

Kühlung durch sofortigen, sehr hohen Wassereintrag

Objektschutz, zum Beispiel Generatoren
   
Schaumlöschanlage    

Trennung brennbarer Flüssigkeiten von der Sauerstoffzufuhr durch aufschwimmenden Schaum

Lagerbereiche für große Mengen an brennbarer Flüssigkeit (Treibstoff für Notstromaggregate)

Wassernebellöschanlage

Kühlung, lokale Inertisierung und Eliminierung freier Radikale durch in kleinsten Tröpfchen selektiv appliziertes Wasser (Wirksam bis zu einem Restluftwechsel 1,2 m/s horizontal und 1 m/s vertikal)

Data Halls (Hot Aisles und Cold Aisles, aufgeständerte Böden mit Kabel-Brandlasten) und Netzwerkräume
   
Gaslöschanlage   

Schaffung einer nicht brennbaren Atmosphäre durch Einbringung von Gas in einen dichten Raum

Data Halls, wenn Sekundärschäden durch Löschmittel nicht tolerierbar sind

* Olaf Schilloks ist Fachplaner Fachbauleiter Brandschutz und Key Account Manager Watermist, Germany, bei Johnson Controls.

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