Höchste Sicherheit in Data Centern Brandschutzlösungen in der Praxis. Data Center Convention Zürich, 24. Mai 2012

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1 Höchste Sicherheit in Data Centern Brandschutzlösungen in der Praxis Data Center Convention Zürich, 24. Mai 2012

2 Überblick Grundbegriffe Konzepte Schutzziele und Löschmittel Das Betriebskonzept Die verschiedenen IT Systeme Die verschiedenen Brand-Detektionssysteme Personenschutz Die verschiedenen Löschsysteme (hier beschränkt auf Wasser und Gase) Die Löschlösungen bei deep green / Nr. 2 / Gel Contrafeu AG

3 Sicherheit im Datacenter (DC) Eine Vielzahl von Gesetzen und Vorschriften regelt in der Schweiz den Bau und Betrieb von Gebäuden und Datacentern. Neben den Basisanforderungen der verschiedenen kantonalen Stellen für die Sicherheit eines Gebäudes/Datacenters, sorgt auch der Betreiber für höchstmögliche Sicherheit um möglichst uneingeschränkte Betriebsfähigkeit seiner Infrastruktur gewährleisten zu können. Wir unterscheiden: Externes Datacenter Hier wird in einem speziell nur für diesen Zweck erbauten Gebäude die komplette Infrastruktur angeboten, damit externe Kunden ihre Rechner/Server sicher platzieren und betreuen können. Der Betreiber des externen DC bietet möglichst umfassende Sicherheit und Dienstleistungen für seine Kunden an. Firmeneigene Datacenter Hier errichtet eine Firma ein eigenes DC entweder als eigenes Gebäude oder aber zumindest in einem separaten Bereich. Auch hier müssen die Dienstleistungen des DC möglichst reibungslos und ohne Unterbruch ablaufen können. In beiden Fällen ist nach dem Bau dann auch der laufende Betrieb von höchster Wichtigkeit / Nr. 3 / Gel Contrafeu AG

4 Sicherheit im Datacenter In beiden Fällen werden sowohl für den Bau als auch für den Betrieb wichtige Bereiche des DC, die entsprechenden Schutzkonzepte erstellt, auf einander abgestimmt und immer wieder hinterfragt, z.b.: - Konzepte für die Stromversorgung und den unterbrechungsfreien Betrieb - Konzept für die kontrollierte Belüftung/Klimatisierung - Konzepte für Zutritt - Konzept zum Schutz gegen Brände - Konzept gegen Überflutung oder sonstige Elementarereignisse - Konzept zum Schutz gegen Einbruch - und weitere Konzepte (Aufzählung nicht vollständig) Diese Konzepte werden normalerwiese durch einen externen Sicherheitsingenieur erstellt. Wichtig ist, dass die Konzepte vor dem Bau eines DC erstellt und verabschiedet werden und dass diese Konzepte dann auch wirklich Bestand haben und nicht fortlaufend umgeändert werden. Sie sind Leitlinien für alle daraus abgeleiteten Massnahmen und haben natürlich auch direkten Einfluss auf die Kosten! / Nr. 4 / Gel Contrafeu AG

5 Löschmittel und Schutzziele Gebäudeschutz Sprinkler, Hochdruck-Wassernebel, selten Gas Raumschutz Inerte und chemische Gase, Schaum und Sprühflut, Hochdruck-Wassernebel Objektschutz Gas (nur CO2), Leicht- und Mittelschaum, Sprühflut und Hochdruck-Wassernebel Mit roter Farbe hervorgehoben sind Löschsysteme, die in Data Centern zum Einsatz kommen können. Raum Gebäude Objekt / Nr. 5 / Gel Contrafeu AG

6 Das Betriebskonzept Interventionsmöglichkeiten - a) durch eigenes Personal während 365 Tagen und 24 Std. - b) Tages- oder Schichtbetrieb mit regelmässigen Absenzen des Personals Bei a). geht man davon aus, dass alle Brände im DC durch eigenes Personal im Frühstadium entdeckt werden und dass das Sicherheitspersonal dann selber und sofort interveniert. Hier wird für den Brandschutz dann nur der Schutz des Gebäudes benötigt (Sprinkler/Hochdruck-Wassernebel als Katastrophenschutz). Vor allem US-dominierte Firmen tendieren zu solchen Schutzkonzepten. Bei b) geht man davon aus, dass ein allfälliger Brand frühzeitig entdeckt werden muss. Bei Anwesenheit des Personals erfolgt Erkundung und mögliche Intervention. Bei Abwesenheit des Personals erfolgt die automatische Aktivierung der Löschanlagen. Hier steht der Schutz der installierten HW im Vordergrund. Als Löschmittel kommen inerte und chemische Löschgase zum Einsatz. Vor allem europäische Firmen tendieren auf dieses Schutzkonzept. Ursache: Richtlinien / Nr. 6 / Gel Contrafeu AG

7 Die verschiedenen Systeme Normalerweise herrschen in einem DC sehr hohe Luftwechsel aus Gründen der Temperierung der Rechneranlagen. Dazu sind die Rechner entweder in Schränken mit entsprechenden Öffnungen versehen oder sie bestehen aus entsprechenden Einhausungen mit direkten Kühleinheiten. linke Abbildung vollständig eingehauste Hardware mit integrierter Kühlung rechte Abbildung Umluftkühlgeräte in redundanter Ausführung zur Kühlung des gesamten Data Centers; in der Mitte Druckentlastungsklappen und darüber angeordnet hochempfindliche Rauchansauggeräte (RAS) / Nr. 7 / Gel Contrafeu AG

8 Detektion gegen Brand Für die Detektion von Bränden bestehen somit folgende Lösungen (Aufzählung mit ansteigender Empfindlichkeit) 1. für Sprinkler- und Wassernebelanlagen Sprinklerampulle mit einer Auslösetemperatur von 68ºC 2. Basis-Grundausbau des Gebäudes mit Brandmeldern, ca. 50m2/ je BM 3. erhöhte Punktmelderdichte (Rauch) an/in der Decke und in Hohlböden, ca. 20 m2 je BM 4. hochempfindliche Rauch-Absaugsysteme (RAS) mit Ansaugpunkten direkt beim effektiven Risiko (Rechner, Stromversorgung, Kühlgeräte oder sonstigen Luftansaugvorrichtungen). Um möglichst wenig Folgeschäden im Data Center zu haben, wird der Einsatz von RAS sehr empfohlen und ist in der Schweiz mittlerweile auch sehr stark verbreitet. Zwischen der Alarmschwelle eines Sprinklerkopfs und derjenigen eines RAS liegen Empfindlichkeitswelten und damit verbunden natürlich entsprechende Abbrände/Schäden / Nr. 8 / Gel Contrafeu AG

9 Sicherstellen des Personenschutzes Hier noch die Zusammenstellung der Kriterien für den Personenschutz Sprinkler/Wassernebel Inertgase Novec1230 keine Einschränkungen (inert = gehen keine Reaktion im Brandfall ein) Stickstoff, Argon sowie Mischungen dieser Gase - keine Einschränkungen wenn die Restsauerstoffkonzentration 10 Volumen% ist (gilt für alle Risiken in einem Datacenter ausgenommen Trafos) - mechanische Verzögerungen oder Blockiereinrichtung wenn Restsauerstoffkonzentration 10 Vol.% Für den Einsatz von Inertgasen als Permanentinertisierungssystem bestehen SUVA Vorschriften wird als ungefährlich bezeichnet, ist in der löschfähigen Konzentration sehr unangenehm, aber nicht tödlich / Nr. 9 / Gel Contrafeu AG

10 Im Data Center einsetzbare Lösch-/Brandunterdrücksysteme Sprinkleranlagen Hochdruck-Wassernebel Inerte Löschgase, Stickstoff und Mischungen Chemische s Lösch- Gas Novec1230 Permanente Sauerstoff- Reduktion FirePASS / Nr. 10 / Gel Contrafeu AG

11 Sprinkler Anlage: Schutzziel: Auslösung: Löschwirkung: Besonderes: Stets betriebsbereite Löschanlage, die bei Ausbruch eines Feuers automatisch in Funktion tritt. Das Löschwasser steht normalerweise in ortsfest verlegten Rohren direkt hinter den Sprinklern bereit. Es öffnen sich nur die Sprinkler, die sich auf die Auslösetemperatur erhitzen. der Brand wird unterdrückt, eingegrenzt und kontrolliert, aber nicht in jedem Fall gelöscht mittels Glasfass oder Schmelzlot (Temp. ab ca. 68 C), auch über BMA vorgesteuerte Anlagen sind möglich mittels mehr oder weniger grossen Wassermengen wird das Feuer gekühlt und somit die Energie entzogen Parallel zum Entdecken und zum Löschen meldet die an der Sprinkleranlage angeschlossene BMA den Brand direkt der Feuerwehr. Sprinkleranlagen sind praktisch immer durch die Behörde vorgeschrieben. Planung und Bau nach SES oder FM-Richtlinien (abhängig vom Versicherer) / Nr. 11 / Gel Contrafeu AG

12 Systemübersicht Sprinkler-, Hochdruck-Wassernebel Wasserbeaufschlagung bei: - Sprinkler N3 ca.5 lt/min/m2 (SES Richtlinie) - Hochdruckwassernebel LH ca.2.25 lt/min/m2 Achtung Unterschiede nach FM/VdS / Nr. 12 / Gel Contrafeu AG

13 Wassernebel Bei allen Wasser-Spray oder Nebelsystemen kann die Wärmeübertragung sehr viel schneller erfolgen, da dass Wasser grundsätzlich sehr fein verteilt wird. Sprühbild Hochdruck geschlossenes System offenes System Hochdruck > 35 bar Niederdruck < 16 bar Auslösung: Glasfass Gebäudeschutz Tunnel Preaction (ICT) Auslösung: BMA Maschinenschutz Raumschutz Objektschutz / Nr. 13 / Gel Contrafeu AG

14 Hochdruck-Wassernebel Anlage: Schutzziel: Auslösung: Löschwirkung: Besonderes: Stets betriebsbereite Löschanlage, die bei Ausbruch eines Feuers automatisch in Funktion tritt. Das Löschwasser steht normalerweise in ortsfest verlegten Rohren direkt hinter den Sprinklern bereit. Es öffnen sich nur die Sprinkler, die sich auf die Auslösetemperatur erhitzen. System ist auch als Sprühflutanlage lieferbar (Düsen offen) der Brand wird unterdrückt, eingegrenzt und kontrolliert, aber nicht in jedem Fall gelöscht (Ausnahme sind Objektschutzanlagen mit entsprechendem Nachweis) mittels Glasfass (Temperatur ab ca. 60 C), auch über BMA vorgesteuerte Anlagen sind möglich mittels kleineren Wassermengen und kleinere Tropfen wird das Feuer gekühlt und somit die Energie entzogen, bei grossen Brandlasten Inertisierungseffekt durch Volumenvergrösserung durch das Verdampfen des Wassers Der Einsatz von Wassernebel als Gebäudeschutz ist immer mit der Behörde abzuklären, ebenso welche Richtlinie zum Einsatz kommt / Nr. 14 / Gel Contrafeu AG

15 Hochdruck-Wassernebel Equinix Genf oben Pumpenanlage in redundanter Ausführung rechts geschützter Löschbereich / Nr. 15 / Gel Contrafeu AG

16 Inerte Löschgase (inert = reaktionsarm; gehen keine oder nur wenig Verbindungen ein) Anlage: Löschgase: Schutzziel: Auslösung: Löschwirkung: Stets betriebsbereite Löschanlage, die bei Ausbruch eines Feuers automatisch in Funktion tritt. Das Löschgas steht in Druckbehältern bereit. Das Löschgas strömt durch ein fest installiertes Rohrnetz zu den Düsen wo es im Löschbereich verteilt wird. Stickstoff (N 2 ), Argon (Ar), Kohlendioxid (CO 2 ) und Mischungen dieser Gase (Inergen und Argonite) löschen innert 60/120 Sek. in geschlossenen Bereichen normalerweise über Brandmeldeanlage, ganz selten über sonstige Thermoelemente Inerte Löschgase löschen durch die Verdrängung des Sauerstoffes auf einen Wert bei dem die Verbrennung nicht mehr ablaufen kann O 2 Reduktion von ca auf ca Volumenprozent / Nr. 16 / Gel Contrafeu AG

17 Inerte Löschgase Anwendungen: Vorteile: Nachteile: Raumschutz von EVD- und sonstigen IT-Räumen, Kommunikationsanlagen, Elektro- und Batterieräume, Trafos, Generatoren, - sicherer Löscherfolg; Gaslöschanlagen löschen! - bewährte Technik, reaktionsarm; gehen keine Verbindungen ein - natürliches Löschgas ohne Umwelteinschränkungen - neu als Konstantdrucksystem (kleinere Druckentlastungsklappen und kleinere Rohrdurchmesser möglich) - Platzbedarf für Flaschenbatterien - benötigen Druckentlastungsklappen - hohe Drücke (N 2 = 300 bar) - Personenschutz beachten! / Nr. 17 / Gel Contrafeu AG

18 Chemisches Löschgas Novec1230 von 3M Anlage: Löschgas: Schutzziel: Auslösung: Löschwirkung: Stets betriebsbereite Löschanlage, die bei Ausbruch eines Feuers automatisch in Funktion tritt. Das Löschgas steht in Druckbehältern bereit. Das Löschgas strömt durch ein fest installiertes Rohrnetz zu den Düsen wo es im Löschbereich verteilt wird. In der Schweiz ist nur Novec1230 von 3M erhältlich müssen innert 10 Sek. in geschlossenen Bereichen löschen über Brandmeldeanlage Chemische Löschgase löschen durch Reaktion in der Flammenzone wobei sich das Gas in seine Atome aufspaltet. Leider entstehen dabei auch Spaltprodukte (HF = Flusssäure). Um das Entstehen dieser Spaltprodukte möglichst gering zu halten, müssen chemische Gase sehr schnell in den Löschbereich gebracht werden und dort löschen / Nr. 18 / Gel Contrafeu AG

19 Chemisches Löschgas Novec1230 von 3M C = Kohlenstoff F = Fluor O = Sauerstoff Novec löscht durch direkte Reaktion in der Flammenzone Chem. Formel: CF 3 CF 2 C(O)CF(CF 3 ) 2 Molekulargewicht: 316,04 Siedepunkt bei 1 bar: 49,0 C Flüssigdichte: kg / m 3 Dampfdruck bei 25 C: 0,4 bar / Nr. 19 / Gel Contrafeu AG

20 Chemisches Löschgas Novec1230 von 3M Anwendungen: Vorteile: Nachteile: Raumschutz von EVD- und sonstigen IT-Räumen, Kommunikationsanlagen, Elektro- und Batterieräume, - sicherer Löscherfolg; Gaslöschanlagen löschen! - brauchen nur kleine Druckentlastungsklappen - chemisches Löschgas ohne Umwelteinschränkungen - brauchen weniger Flaschen als inerte Gase - hydraulische Berechnung der Rohrnetze komplizierter als Inertgase - Standort zwischen Flaschen und Löschbereich begrenzt - teurer als inerte Löschgase (vor allem bei Wiederbefüllung) / Nr. 20 / Gel Contrafeu AG

21 Permanente Sauerstoffreduktion In geschlossenen, möglichst dichten Bereichen wird der Sauerstoff permanent auf ca. 14 Vol. Prozent reduziert, indem entweder fast reiner Stickstoff oder aber sauerstoffreduzierte Umgebungsluft in den Bereich geleitet wird. Diese Luft kann mit Kompressoren und feinen Membranen direkt vor Ort hergestellt werden. Andere Systeme leiten reinen Stickstoff aus Tankanlagen oder sonstigen Versorgern direkt in den Raum. Sauerstoffmessgeräte messen fortlaufend den Sauerstoffgehalt und regeln entsprechend nach Permanente Sauerstoffreduzierung gilt nicht als Löschanlage sondern als eine präventiv wirkende (brandverhindernde) Anlage. Vorteile: Nachteile: ein Brand kann normalerweise gar nicht erst entstehen - Vorgaben der SUVA für den Personenschutz machen den Betrieb komplizierter - Kostennachteile gegenüber Inert-Gaslöschanlagen vor allem im laufenden Betrieb / Nr. 21 / Gel Contrafeu AG

22 Sauerstoff-Reduktion Modulare Einheiten für: - Kleinanlagen im Plug-In System bis 200 m 3 - Grossanlagen mit einem oder mehreren modularen Systemen bis m 3 und mehr Frische Umgebungsluft wird zerlegt und dann wird entweder Stickstoff oder sauerstoffreduzierte Luft in den Schutzbereich geleitet und so eine Restsauerstoffkonzentration von ca 14% hergestellt. Sauerstoffangereicherte Luft Hypoxische Luft oder Stickstoff Frische Umgebungsluft Luft / Nr. 22 / Gel Contrafeu AG

23 Stickstoff Löschanlage green.ch in Lupfig In den beiden ersten Etappen wurden verbaut: 147 Flaschen Stickstoff 300 bar Konstantdrucksystem, verteilt auf insgesamt 5 Flaschenräume und, wo nötig, mit Hochdruckleitungen verbunden 10 Bereichsventile für 5 Datacenterräume 3 Einzellöschanlagen Carrierräume und ein Datacenter Für die Detektion wurden Brandmelder in den Hohlböden und an den Decken installiert. Zusätzlich wurden in den Datacentern jeweils hochempfindliche Rauchansaugsysteme (RAS) zur Frühdetektion verbaut. Für die notwendige Druckentlastung wurden mechanische und pneumatische Klappen (EI90) installiert, davor Wetterschutzgitter mit mechanischem Widerstand gegen Einbruch. Die Ansteuerung der Löschanlagen erfolgt über Punktmelder in Zweischlaufenabhängigkeit; die RAS dienen ausschliesslich der Frühdetektion und steuern die Löschanlagen nicht an! / Nr. 23 / Gel Contrafeu AG

24 Stickstoff Löschanlage green.ch in Lupfig / Nr. 24 / Gel Contrafeu AG

28 Danke für Ihre Aufmerksamkeit Bei Fragen: Contrafeu AG Contrafeu AG Lothar Geisser Leiter Bereich Sonderlöschung Wiesenstrasse 11 Alpenstrasse 20 CH-9327 Tübach CH-3052 Zollikofen / Nr. 28 / Gel Contrafeu AG