Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik

M 1.27 Klimatisierung der Technik / in Technikräumen

Verantwortlich für Initiierung: Leiter Haustechnik, Leiter IT

Verantwortlich für Umsetzung: Haustechnik

Um IT-Geräte dauerhaft zuverlässig zu betreiben, muss sichergestellt werden, dass die Umgebungsbedingungen innerhalb der von den Herstellern genannten Grenzen gehalten werden. Der in diesem Zusammenhang stets genutzte Begriff Klimatisierung umfasst die folgenden vier Bereiche der Luftkonditionierung:

  • Lufttemperatur
  • Luftfeuchtigkeit
  • Frischluftanteil
  • Schwebstoffbelastung

Die größte Bedeutung kommt der Einhaltung der Temperaturgrenzwerte zu. Nahezu die gesamte, der IT zugeführten elektrische Energie muss in Form von Wärmeenergie wieder aus dem Bereich abgeführt werden. Reicht der normale Luft- und Wärmeaustausch eines Raumes nicht aus, wird der Einbau einer zusätzlichen Kühlung erforderlich.

Neben der Temperatur muss oft auch die Luftfeuchtigkeit innerhalb bestimmter Grenzen gehalten werden, um elektrostatische Aufladungen (bei zu geringer Luftfeuchtigkeit) oder Oxidation und Schimmelbildung (bei zu hoher Luftfeuchtigkeit) zu vermeiden.

Der Schwebstoffgehalt der Luft wird meist schon durch die normalen Filter in Klimaanlagen hinreichend niedrig gehalten. Nur bei besonders stark belasteter Umgebungsluft oder spezieller Hardware ist hier eine weitergehende Filterung erforderlich. Um den erforderlichen Luftdurchsatz zu gewährleisten, müssen die Filter der Klimaanlage regelmäßig kontrolliert und rechtzeitig gewechselt werden.

Die vierte Komponente einer Klimatisierung, die Frischluftbeimischung, ist für den eigentlichen IT-Betrieb belanglos. In dem Umfang jedoch, in dem die klimatisierten Flächen als Arbeitsplatz ausgewiesen sind, muss entsprechend der einschlägigen Arbeitsstättenverordnungen eine Frischluftbeimischung erfolgen.

Um ihrem Hauptzweck dienen zu können, muss eine Klimatisierung ausreichen dimensioniert sein. Werden gewisse Ungleichmäßigkeiten im Energieverbrauch aller IT-Systeme berücksichtigt, kann in erster Näherung davon ausgegangen werden, dass jedes Kilo-Voltampere (kVA) elektrischer Energie mit 0,8 kW bis 1 kW Wärmelast zu Buche schlägt.

Die Kühlleistung sollte auf Basis einer exakten Wärmelastberechnung und mit großzügiger Leistungsreserve dimensioniert werden und einfach erweiterbar sein. Die tatsächliche Wärmelast in den gekühlten Bereichen muss in regelmäßigen Abständen (circa alle 12 bis 24 Monate) sowie bei größeren Umbauten der IT-Hardware durch Berechnung oder Messung überprüft werden. Durch Messungen zu verschiedenen Tageszeiten ist zu bestimmen, ob eine Luftbe- oder -entfeuchtung erforderlich ist.

Bei der Berechnung sollte angesichts steigender sommerlicher Höchsttemperaturen von bis zu 40°C Außentemperatur ausgegangen werden, was zu einem höheren Kühlaufwand führen kann. Andererseits lassen moderne IT-Geräte auch Lufttemperaturen von 30°C und mehr zu, so dass eventuell der Kühlaufwand reduziert werden kann.

Die Spanne der sinnvoll einsetzbaren Technik reicht, abhängig von der abzuführenden Wärmemenge, von einfachen Splittgeräten (Kühleinheit im IT-Raum, Rückkühler draußen im Freien) bis zu hochkomplexen Klimaanlagen. Bei jeder Lösung ist zu prüfen, wie sich diese bei einer kurzfristigen Unterbrechung der Energieversorgung verhält. Während einfache Splittgeräte kurz abschalten, bei Wiederkehr der Stromversorgung aber problemlos weiterkühlen, sieht das bei großen Klimaanlagen meist ganz anders aus.

Klimaanlagen sind, wegen ihres enormen Eigenbedarfs an Strom, so gut wie niemals über USV versorgt. Daher gehen sie schon bei kleineren Unterbrechungen der Stromversorgung in Störung und schalten ab. Selbst wenn sie über NEA versorgt werden, und diese sehr rasch anläuft, steht die Kühlleistung keineswegs sofort wieder zur Verfügung. Aus kühltechnischen Gründen (unter anderem zum Schutz gegen Vereisung) wird eine Klimaanlage in mehreren Schritten angefahren. Bis zur Wiederherstellung der vollen Kühlleistung können so durchaus bis zu 10 oder gar 15 Minuten vergehen.

Während dieser Zeit wird die IT typischerweise über USV oder NEA weiter mit Energie versorgt und produziert damit Abwärme. Wenn diese Wärme aber nicht oder nur unzureichend abgeführt wird, kann es durch die Unterbrechung der Kühlung zu massiven Überhitzungsschäden bis hin zu Totalausfällen kommen.

Bei einem Ausfall der Klimatisierung kann je nach den Verhältnissen die Raumtemperatur ohne Kühlung schon nach 3 Minuten deutlich über 60°C liegen! Diese kurze Zeitspanne reicht meist noch nicht einmal aus, um die IT-Systeme geordnet herunter zu fahren. Es sind also in jedem Fall Überlegungen dahingehend anzustellen, wie lange eine Unterbrechung der Kühlung andauern kann, welche Folgen sie bewirken kann und welche Maßnahmen dagegen zu ergreifen sind.

Das übliche Mittel ist hier die Bildung eines Kältespeichers. Das kann sowohl ein eigens dafür installierter Eisspeicher sein, es kann aber auch ein eventuell vorhandener Löschwassertank genutzt werden. Mit der im Normalbetrieb überschüssigen Kühlleistung wird dieser Speicher heruntergekühlt und diese Kälte dann bei Bedarf genutzt. Damit ist es bei entsprechend konzipierter Klimaanlage möglich, nahezu unmittelbar nach Wiederkehr der Stromversorgung (gleichgültig ob vom EVU oder von der NEA) Kühlleistung zur Verfügung zu stellen.

In modernen Rechenzentren ist eine ständig steigende Energiedichte zu verzeichnen. Waren noch in den 1980er Jahren 500 W / m² (niedrig verdichtete Energie) üblich, sind heute 5 bis 10 kW / m² und mehr (hochverdichtete Energie) durchaus nichts Ungewöhnliches.

Bei hochverdichteter Energie reicht die herkömmliche freie Luftkühlung aus dem Doppelboden durch die Racks in den Raum nicht mehr aus. Hierfür sind inzwischen den Erfordernissen angepasste rackbezogen arbeitende Hochleistungskühlsysteme am Markt erhältlich.

Ein Klimagerät ist mindestens an Kältemittel- und Kondenswasserleitungen angeschlossen und, sofern die Luft befeuchtet wird, auch an eine Wasserleitung angeschlossen. Die Maßnahme M 1.24 Vermeidung von wasserführenden Leitungen ist also in jedem Fall zu beachten. So kann sichergestellt werden, dass eine Leckage in Wärmetauschern über den Fortfall der Kühlung hinaus zu Schäden durch Feuchtigkeit führt.

Um die Schutzwirkung aufrechtzuerhalten, ist eine regelmäßige Wartung der Klimatisierungseinrichtung vorzusehen. Eine zusätzliche Überwachungseinrichtung für die Klimatisierung ist zu empfehlen.

Mitunter läuft das Regelungsverhalten einer Klimaanlage vornehmlich bei Temperatur und Luftfeuchte in Grenzbereiche, die man noch nicht als Fehler ansehen muss, die aber schon zu unerklärlichen Störungen der IT führen können. Solche Verschiebungen im Regelungsverhalten gehen oft mit Änderungen der IT-Auslastung, der Außentemperatur oder anderen zeitlich variablen Parametern einher. Um in solchen Fällen Klarheit über die Zusammenhänge und damit über möglich Ursachen erlangen zu können, ist es empfehlenswert, die beiden Parameter Temperatur und Feuchte im Verdachtsfall zumindest über eine Woche hinweg in 15-Minutenschritten aufzuzeichnen. Ist es nicht möglich, dies vollelektronisch durchzuführen, sollte mindestens ein konventioneller Thermo-Hygrograph mit 7-Tage-Trommel für den jederzeitigen Einsatz bereitgehalten werden.

Die Rückkühlwerke einer Klimaanlage sind bei Aufstellung im Freien gegen direkten Blitzeinschlag zu schützen. Bestehen hohe oder sehr hohe Anforderungen an die Verfügbarkeit, sollten die Rückkühlwerke nicht für jedermann zugänglich sein und gegebenenfalls gegen Sabotage materiell geschützt werden.

Die Klimatechnik ist bei der Notfallplanung (siehe Baustein B 1.3 Notfallmanagement) zu berücksichtigen.

Prüffragen:

  • Werden regelmäßig Wärmelastberechnungen durchgeführt?

  • Ist sichergestellt, dass die für die IT zulässigen Höchst- und Tiefstwerte für Temperatur und Luftfeuchtigkeit eingehalten werden, z. B. durch eine geeignete Kühlung?

  • Ist die Kühlung in dem gleichen Maß verfügbar, wie es für die gekühlte IT gefordert wird?

  • Werden eingesetzte Klimageräte regelmäßig gewartet?

  • Können die Werte von Lufttemperatur und -feuchte bei Bedarf für eine Woche in maximal 15-Minuten-Schritten aufgezeichnet und dokumentiert werden?

Stand: 13. EL Stand 2013

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