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Seite 1
Das Brandschutzkonzept mit Brandvermeidung in den neuen Rechenzentren der Stadt Zürich
Data Center Convention
24.05.2012
Dr. Peter Stahl
Wagner Schweiz AG
Seite 2
Brandschutz in IT-Anlagen
Sicherung neuralgischer Punkte
• Globale Geschäftstätigkeit
• Hoher Wettbewerbsdruck
• Moderne Kommunikations-technik auf hohemtechnischen Niveau
Notwendigkeit einer
lückenlosen
Prozesssicherheit!
Seite 4
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
Seite 6
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
Seite 7
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)
Seite 12
Stickstoff vor Ort gewinnen
SchutzbereichDruckluft-
erzeugung
Stickstoff-
generator
Umgebungsluft StickstoffDruckluft
Funktion und Aufbau
Seite 13
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)
Seite 14
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)
Seite 15
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
Seite 17
Funktion und Aufbau
�
��
�
�
�
�
�
� Anlage zur Stickstofferzeugung
� sauerstoffangereicherte Abluft
� Einleitungsrohr Stickstoff
� Beleuchtete Schriftfelder
� Hinweisschilder
� Anzeige Sauerstoffkonzentration
� Hupe und Blitzleuchte
� Sauerstoffmess-System OXY ·SENS
Seite 19
Funktion und Aufbau
Steuerzentrale
Sauerstoffmessungmit Brandfrüherkennung
Zugangstüremit Warneinrichtungenund O2-Anzeige
Seite 20
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.
Seite 21
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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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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