Steigende Datenströme machen elektronische Informationen für Unternehmen immer relevanter. Dadurch sind jedoch auch immer größere Server-Kapazitäten gefragt, um sie zu beherbergen. Diese arbeiten im Herzstück der digitalen Infrastruktur, dem Rechenzentrum. Zu den potenziellen Gefahren dort zählt das Risiko eines Elektrobrands als permanent relevantes Problem.

RZ-Betreiber stehen folglich vor der Frage, welche Brandschutzlösung in ihren Räumlichkeiten zum Einsatz kommen soll. Löschsysteme auf Wasserbasis können alle im Rechenzentrum untergebrachten Elektronikbauteile beschädigen oder sogar zerstören. 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.

Sogenannte 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, ist für die Integration dieser Gassysteme häufig zudem ein luftdichter Raum mit kaum oder nicht vorhandener Belüftung nötig.

Als Hersteller genuteter Rohrkupplungen entwickelte das Unternehmen Victaulic eine Alternative, die die Vorteile beider Systeme vereinen soll. Victaulic-Techniker haben auch jenseits des Themas Brandschutz untersucht, wie sich noch kleinere Wasserteilchen erzeugen lassen. Die Vernebelung von Flüssigkeiten gehört seit Langem in anderen Bereichen zu den Forschungsthemen, etwa in der Verbrennungstechnik. Herkömmliche Wassernebelsysteme beruhen darauf, Wassertropfen durch den Austritt aus passenden Düsen zu verkleinern. Die Victaulic-Techniker dehnten die zugehörigen Untersuchungen auf die Vernebelung von Flüssigkeiten mit gleichzeitiger Gasausströmung aus.

Die Vortex-Löschanlage von Victaulic kann homogene Suspensionen von Wassertröpfchen kleiner als zehn Mikrometer in Stickstoff erzeugen und dabei einen großen Impuls bei geringem Arbeitsdruck aufrechterhalten.

Die Forschungen zeigten, dass eine Kombination aus Kühlung und Sauerstoffreduzierung sogar noch wirksamer ist, als wenn jede dieser Methoden einzeln zum Einsatz kommt. Dabei diente Stickstoffgas zur Vernebelung von Wasser und als Träger zum Durchdringen von Brandfahnen. 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 sind, lässt sich die Brandquelle wirksamer kühlen, da diese mikrofeinen Wasserteilchen gemeinsam eine größere Oberfläche bilden. Je größer die Oberfläche, desto schneller lässt sich die Wärme absorbieren. Ein hohes Maß an Wärmeabsorption reduziert das Risiko der Brandausweitung, da der Wärmeaustausch mittels Konvektion und Strahlung abnimmt.

Hybridtechnik

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

Das System erzeugt einen Überschallstrahl aus Stickstoff zur Vernebelung von Wasser im Niederdruckbereich in Wassertropfen von weniger als zehn 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 vermischt das System die gleichmäßig mit den Stickstoffmolekülen, und die homogene Suspension strömt in den Gefahrenbereich. Gewöhnlich stellt der Stickstoff bei anderen Techniken das Treibmittel für ein weiteres Löschmittel dar, etwa für Wassernebel. Die Vortex-Anlage verwendet dagegen 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 Menschen noch atmen können, aber keine Verbrennung mehr stattfindet. Bei größeren Bränden kühlen die feinsten 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

Neben einer besonders wirksamen Brandlöschung bietet die 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 und Sprinkler frei, während Hochdruck-Wassernebelanlagen 30,28 Liter (acht Gallonen) Wasser pro Düse pro Minute ausströmen.

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

Das Vortex-System erzeugt einen Überschallstrahl aus Stickstoff zur Vernebelung von Wasser im Niederdruckbereich.

In der Atmosphäre sind die beiden Elemente immer vorhanden. Die normale Zusammensetzung der Atemluft besteht zu 78 Prozent aus Stickstoff und zu 21 Prozent aus Sauerstoff. Wasser und Stickstoff sind leicht verfügbar. Aufgrund des geringen erforderlichen Reinigungsaufwands und der minimalen Befeuchtung werden die laufenden Betriebsabläufe nach einem Einsatz kaum unterbrochen. Dies führt zu begrenzten Ausfallzeiten und schnellerer Wiederauffüllung der Anlage. Darüber hinaus ist aufgrund der Form der Strömung kein abgeschlossener Raum notwendig. Die Anlage ist also auch in offenen Räumen voll funktionsfähig.

Design

Jede Ausströmdüse kann bis zu 70,79 Kubikmeter Raumvolumen schützen. Die Anlage ist zudem auf einen beliebigen Raumbedarf erweiterbar. Zonen lassen sich zentral steuern und unabhängig zur Brandlöschung bei Bedarf aktivieren. Die Vortex-Anlage weist außerdem einen geringen Betriebsausgangsdruck von etwa 1,72 Bar an der Ausströmdüse der Anlage auf. Die meisten Hochdruck-Wassernebelanlagen arbeiten dagegen mit 103 Bar bis 172 Bar, Schutzgasanlagen sogar mit 172 Bar. Der geringe Ausgangsdruck soll sich besonders in korrosiven Umgebungen auszahlen, da dort die Verwendung von Kunststoffrohren möglich ist und Emitter aus PTFE oder PVDF bestehen können. Bei CO2- oder Hochdruck-Wassernebelanlagen ist dies nicht möglich. Der Stickstoff strömt mit 1,72 Bar aus dem Emitter, Wasser mit weniger als 0,35 Bar.

Einsatz in Rechenzenten

Gerade in Server-Räumen und Rechenzentren bieten Hybridlöschsysteme besondere Vorteile. Sie setzen eine Stickstoff-Wasser-Mischung frei, sodass die mit dem Löschmittel in Berührung kommenden Bereiche fast keine Benetzung erfahren. Sogar kleine Schwelbrände zwischen den Server-Racks lassen sich ermitteln und praktisch ohne jegliche Benetzung der Komponenten oder Hardware löschen.

Auch aus Umweltgesichtspunkten ist das System empfehlenswert. Beim Einsatz entstehen keine Treibhausgase. Zusätzliche Stickstoffflaschen kann der Bestreiber direkt im Rechenzentrum lagern und nach einer eventuellen Entladung schnell wieder einsatzbereit machen. Leere Stickstoffzylinder kann jeder Industriegasanbieter vor Ort neu aufladen.

 

Cedric Verstrynge ist Vortex Product Specialist bei Victaulic ().