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Das Brandschutzkonzept mit Brandvermeidung in den neuen Rechenzentren der Stadt Zürich

Data Center Convention

24.05.2012

Dr. Peter Stahl

Wagner Schweiz AG

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Brandschutz in IT-Anlagen

Sicherung neuralgischer Punkte

• Globale Geschäftstätigkeit

• Hoher Wettbewerbsdruck

• Moderne Kommunikations-technik auf hohemtechnischen Niveau

Notwendigkeit einer

lückenlosen

Prozesssicherheit!

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Brandschutz in IT-Anlagen

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Projekt OIZ

Die OIZ ist der zentrale IT-Dienstleister für die StadtZürich

2011/2012

Aufbau zweier neuer Rechenzentren:

• OIZ Albis

• OIZ Hagenholz

Ziel:

Ersatz von mehr als 100 kleineren

und mittleren Rechenzentren und

Serverräume durch zwei hochver-

fügbare, sichere und energieeffiziente

Standorte

Albis

Hagenholz

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Brandschutz an den neuen OIZ Standorten

Die Ziele höchste Verfügbarkeit und Sicherheit stellenauch neue Anforderungen an den Brandschutz

Anspruch:

• Kein reagierender Brandschutz

• Statt dessen: Präventive Brandvermeidung

„Es soll gar nicht mehr brennen können!“

→→→→ Lösung: Sauerstoffreduktionsanlagen

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Physikalischen Grundlagen

Sauerstoffgehalt im Schutzbereich wird mit Stickstoff so

weit reduziert, dass

� ein Stoff sich nicht mehr selbstständig entzünden kann oder

� nicht selbständig weiter brennen kann (erzwungene Entzündung)

Prävention statt Reaktion auf ein Brandereignis !

BRENNSTOFF

SA

UE

RS

TOFF W

ÄR

ME

BRENNSTOFF

SAU

ERST

OFF

WÄ

RM

E

Stickstoff

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Aktive Brandvermeidung: Grundprinzip

Die permanente Reduktion des Luftsauerstoffgehaltes mit

Stickstoff in einem abgeschlossenen Schutzbereich

→ Veränderung der natürlichen Grundverhältnisse der

Umgebungsluft

Umgebungsluft Brandvermeidung

technisches

System

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Warum Stickstoff zur Sauerstoffreduktion

� Hauptbestandteil unserer Atmosphäre und somit nicht gesundheits-gefährdend, solange die Restsauerstoffkonzentration ≥10 Vol% ist(NOAEL Wert)

→ Begehung der geschützten Bereiche unter gewissen Auflagen möglich

� überall verfügbar und verhältnismässig leicht vor Ort herstellbar

→ Sicherstellung der ständigen Aufrechterhaltung der reduziertenSauerstoffatmosphäre

� verteilt sich leicht und homogen im Raum

→ keine komplexen Zuleitungs- und Verteilersysteme erforderlich

� innerhalb der natürlichen, gasförmigen Löschmitteln nachweislichdie beste Löschwirkung nach CO2

→ hohe Effizienz der sauerstoffreduzierten Atmosphäre

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Entzündungsgrenze von Feststoffen

Die meisten, gängigen Feststoffe können unterhalb von

15 Vol% O2 nicht mehr brennen (IT-Bereich ≤ 16 Vol% O2)

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Charakteristik von reduziertem Abbrandverhalten

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Brandversuche im Vergleich

Natürliche Atmosphäre

O2 - Reduzierte Atmosphäre

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Stickstoff vor Ort gewinnen

SchutzbereichDruckluft-

erzeugung

Stickstoff-

generator

Umgebungsluft StickstoffDruckluft

Funktion und Aufbau

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Stickstoffgewinnung durch Membrantechnik

Druckluft

= H2O= O2= N2

N2

Hohlfaser-Membran

Für mittlere und grössere Anlagen kann zur Stickstofferzeugung alternativ die PSA Technik eingesetzt werden (Pressure Swing Adsorption)

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Steuerzentrale

Druckluft-

erzeugungO2-Sensor O2-Sensor

Schutzbereich n

N2-Verteilerrohr

Aussenluft

O2-Sensor O2-Sensor

Schutzbereich 1

N2

N2-Verteilerrohr

Bereichsventil

N2 N2

N2N2N2

Stickstoff-

Generator

BMZ

Brandfrühesterkennung*

Alarm- und

Störungs-

meldung

Brandfrühesterkennung*

Anlagenschema: Mehrbereichsanlage

*: optional (empfohlen)

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Regelung der Sauerstoffkonzentration

AUSN2-Generator:

Erstabsenkung

EIN AUS AUSEIN t

15

O (Vol.-%)2

21

Ständige Reduktion auf 15 Vol% Restsauerstoff

Anlagenbeispiel: dynamischer Anlagenbetrieb

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Anlagenbeispiel: Modernes Rechenzentrum

Pyrolyseerkennung TITANUS

OXY ·SENS ®

Stickstoff-erzeugung

Stickstoff-einleitungsrohr

Oxy ControlSteuerzentrale

Ansaugsystem

Anzeigemittel

Dieser Raum wir d dur ch OxyR eductgeschützt.

®

nur m it Genehm ig ung.Bei E rtönen der Hu pe, Raum sofor t verlassen!

Digitalanzeige undPiktogramm (außen)2 Piktogramme

(innen)

Alarmierungsmittel

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Funktion und Aufbau

�

��

�

�

�

�

�

� Anlage zur Stickstofferzeugung

� sauerstoffangereicherte Abluft

� Einleitungsrohr Stickstoff

� Beleuchtete Schriftfelder

� Hinweisschilder

� Anzeige Sauerstoffkonzentration

� Hupe und Blitzleuchte

� Sauerstoffmess-System OXY ·SENS

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Funktion und Aufbau

Stickstoffgenerator

Bereichsventile

Kompressoren

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Funktion und Aufbau

Steuerzentrale

Sauerstoffmessungmit Brandfrüherkennung

Zugangstüremit Warneinrichtungenund O2-Anzeige

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Auswirkung auf den Menschen

3850

3250

2250

1750

1250

4450

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

18,0 Vol.-%

20,9 Vol.-%

17,0 Vol.-%

16,0 Vol.-%

2700 15,0 Vol.-%

14,0 Vol.-%

13,0 Vol.-%

12,0 Vol.-%

m ü.N.N. . . . ≙≙≙≙ Vol.-% O2

auf NN

Matterhorn 4478 m ü.N.N.

Zugspitze Bergstation 2960 m ü.N.N.

Säntis Bergstation 2490 m ü.N.N.

Sommerberg Panoramaterrasse 3250 m ü.N.N.

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Begehbarkeit der Schutzbereiche nach SUVA

In der Schweiz unterliegt die Festlegung der Begehbarkeit von

Bereichen mit reduzierter Sauerstoffkonzentration der SUVA

� bis zu einer Sauerstoffkonzentration von 18,0 Vol%

→ freie (d.h. uneingeschränkte) Begehung möglich

� < 18,0 Vol% Sauerstoffkonzentration ≥ 17,0 Vol%

→ ärztliche Untersuchung: keine→ maximal zulässige Aufenthaltsdauer am Stück: 4 Stunden→ maximal zulässige Aufenthaltsdauer am Tag: 6 Stunden

� < 17,0 Vol% Sauerstoffkonzentration ≥ 15,0 Vol%

→ ärztliche Untersuchung: alle 2 Jahre→ maximal zulässige Aufenthaltsdauer am Stück: 4 Stunden→ maximal zulässige Aufenthaltsdauer am Tag: 6 Stunden

� < 15,0 Vol% Sauerstoffkonzentration ≥ 13,0 Vol%

→ ärztliche Untersuchung: jährlich→ maximal zulässige Aufenthaltsdauer am Stück: 2 Stunden→ maximal zulässige Aufenthaltsdauer am Tag: 6 Stunden

� < 13,0 Vol% Sauerstoffkonzentration

→ Begehung nur mit Atemschutz

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OIZ: Widerspruch Arbeitssicherheit & Brandschutz

Vollständige Brandvermeidung in IT-Zentren erst unter 15,5 Vol% O2

vs.

Medizinische Untersuchung aller Begehungsberechtigten unmöglich

Interessant ist ein betrieb bei 17 Vol-% Sauerstoff:

� Freie Begehung für Service- und Wartungszwecke ohne medizinische Untersuchung möglich

→ maximal zulässige Aufenthaltsdauer am Stück: 4 Stunden→ maximal zulässige Aufenthaltsdauer am Tag: 6 Stunden

� Brandentstehungs-Wahrscheinlichkeit für einige Materialien nicht mehrexistent und für andere deutlich geringer als bei Normalbedingungen

� Brandentwicklung nur 10% der Rate bei Normalbedingungen

� Schnellabsenkung wurde gewählt:- Betrieb bei 17 Vol-% Restsauerstoff- Bei Alarm durch hochsensible Ansaugrauchmelder Absenkung auf 14,5 Vol-%- Der tiefe Wert wird durch die Anlage beliebig lange gehalten

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Schnellabsenkung: Funktionsprinzip

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Schnellabsenkung: Funktionsprinzip

Film

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Steuerzentrale

Druckluft-

erzeugungStickstoff-

Generator

O2-Sensor O2-Sensor

Schutzbereich

N2-Verteilerrohr

Aussen-

luft

N2 N2 N2

N2-Reservoir

Brandfrühesterkennung*

BMZAlarm- und

Störungs-

meldung

Anlagenschema: Schnellabsenkung

*: zwingend erforderlich (hochsensibel)

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Projekt OIZ: Grobauslegung 1 / 2

OxyReduct® Brandvermeidungsanlage mit 6 individuell regelbaren

Bereichen und Schnellabsenkung als 6-Bereichsanlage ausgeführt

� Auslegungsparameter→ Restsauerstoffkonzentration: ≈ 17 Vol%→ Stickstoffbedarf: ≈ 80 m3 / h

� Stickstoffproduktionsanlage→ 2 Luftkompressoren (25 kW): Laufzeit rund 6-8 Stunden pro Tag

redundante Ausführung→ 1 Membranmodul: ≈ 120 m3 / h (max. Kapazität)

� Steuerzentrale OxyControl→ für sechs Bereiche: individuell einstellbar

Fernbedienung möglich

� Sauerstoffmessung→ OxySens Sauerstoffmessung: 2 Sensoren pro Raum (Redundanz)→ Punktsensor: 1 Stück pro Raum

(SUVA Anforderungen an Steuerung)

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Projekt OIZ: Grobauslegung 2 / 2

� Brandfrühesterkennung

→ Titanus ProSens® je 1 Gerät mit 2 Detektoren pro Bereich

� Schnellabsenkung→ 6-Bereichsanlage: mit 8 Flaschen à 140 L (300 bar)

→ benötigte Druckentlastungsfläche: 0,2 m2

→ Absenkung: auf ≈ 14,5 Vol% O2 in 240 s

→ Reservebatterie: empfohlen

� Investitionskosten→ vergleichbar mit 6-Bereichs Löschanlage (N2): 27 Flaschen à 140 L (300 bar)

Reservebatterie

Druckentlastungsöffnung 1,5 m2

(pro Bereich)

elektrische Ansteuerung

ohne Brandfrühesterkennung

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Zusammenfassung

Vorteile der ständigen Sauerstoffreduzierung mitSchnellabsenkung

→ höchste erreichbare Brandschutzniveau durch präventive

Brandvermeidung

� Gewährleistung der ständigen Verfügbarkeit des IT-Raumes

� kein Stromlos-Schalten des Rechenzentrums im Alarmfall erforderlich, das System bleibt beliebig lange in der Sicherheitslage

Hinweis: Die vergleichbare Haltezeit von Gas-Löschanlagenbeträgt 10 Minuten

� praktisch freie Begehbarkeit ohne regelmässige medizinische Untersuchungen

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