Technik der Entrauchung in einem Datenzentrum

Im Rahmen des Baus eines neuen Datenzentrums bat ein wichtiger Akteur der BrancheEOLIOS um Expertise für eine Entrauchungsstudie, um die Sicherheitsbedingungen für die Beteiligten im Falle einesBrandes in einem Computerraum zu bewerten.

Dieses Datenzentrum, das für mehrere hundert hochdichte Computerschränke ausgelegt ist, stellt kritische Herausforderungen in Bezug auf den Brandschutz dar. Das Projekt ist in einen anspruchsvollen regulatorischen Kontext eingebettet, in dem der Schutz von Personen und die Kontinuität der digitalen Infrastrukturen nebeneinander bestehen müssen. Obwohl der Standort nicht als ERP klassifiziert ist, bleibt die Sicherheit der Beteiligten, insbesondere der Feuerwehr, eine grundlegende Herausforderung.

Die bei EOLIOS in Auftrag gegebene Studie verfolgte zwei Ziele:

Validierung der Fähigkeit der Entrauchung, im Falle eines Brandes in einem Raum voller Computerschränke tragfähige Bedingungen für den Einsatz von Rettungskräften wiederherzustellen.
Identifizieren Sie mögliche Bereiche, die vorübergehend nicht zugänglich sind, in Verbindung mit dem Brandort, den Ausbreitungsbedingungen und dem Verhalten der Entrauchung.

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> Projekt: Brandstudie - Temperaturentwicklung - Datahall - A-Feuer mit Ausbreitung - Maßstab 40 bis 100

Brandschutzprobleme und Entrauchungsstrategie in IT-Räumen

Brand in belüfteten technischen Umgebungen: ein spezifischer Ansatz

Die Entrauchungsstudie, mit der EOLIOS beauftragt wurde, erfolgte im Rahmen eines Datenzentrumsprojekts mit hoher Computerdichte, bei demBrandrisiken nicht mit einem herkömmlichen Ansatz behandelt werden können. Die analysierte Halle, die stellvertretend für die anderen Räume des Gebäudes steht, ist für etwa 400 Computerschränke ausgelegt, was einer Gesamtwärmebelastung von über 4 MW entspricht.

Dieses Leistungsniveau und die Dichte des Standorts bedeuten eine hohe Konzentration von brennbaren Materialien, Wärmequellen undLuftzirkulation in einem unterteilten und gleichzeitig sehr technischen Raum.

Ziel der Studie: Sicherstellung der Durchführbarkeit für Notfälle

Im Gegensatz zu einer Einrichtung mit Publikumsverkehr ist das Gebäude nicht dazu bestimmt, ständig besetzt zu sein. Die geltenden Sicherheitsvorschriften verlangen jedoch, dass die Bedingungen für den Einsatz der Feuerwehr, insbesondere hinsichtlich der Sicht, der Temperatur und der Wärmestrahlung, aufrechterhalten werden.

Diese Anforderung gilt, wenn keine automatisch ausgelöste Entrauchung vorhanden ist: Die Aktivierung bleibt freiwillig und erfolgt vor Ort, nachdem sie von den Rettungskräften bewertet wurde. Das System muss daher in der Lage sein, günstige Bedingungen wiederherzustellen, selbst wenn sich derBrand bereits entwickelt hat.

Das zu lösende Problem bestand darin, die kritischen Konfigurationen eines lokalen oder sich ausbreitenden Feuers zu identifizieren und die Fähigkeit der Entrauchung zu bewerten, den Rauch abzuführen, ohne die Verbrennung zu verschlimmern. Dabei musste das Verhalten der technischen Anlagen berücksichtigt werden, insbesondere die Luftumwälzung durch die Fanwalls, die Rolle des Ausblasplenums und die Geometrie des Gebäudes.

Die Simulation musste auch die Wirkung der Sprinkleranlage berücksichtigen, die zwar die Ausbreitung des Feuers wirksam einschränkt, aber möglicherweise nicht ausreicht, um eine ausreichende Sicht zu gewährleisten oder die Umgebungstemperaturen schnell zu senken.

Kurz gesagt, es ging nicht nur darum, die Dimensionierung der Entrauchung und der Rettungsmittel zu validieren, sondern vor allem darum, die tatsächliche Dynamik in einer komplexen Umgebung zu verstehen, um dem Bauherrn und den Aufsichtsbehörden eine genaue und begründete Vision der Sicherheit des Standorts zu liefern.

CFD-Simulation eines Brandes in einer Datenhalle

Erstellung eines realistischen Modells für die Konfigurationen von Rechenzentren

Um die Ziele der Studie zu erreichen und ein realistisches und vorhersehbares Bild derBrandphänomene in der Datenhalle zu erhalten, setzte EOLIOS einen Ansatz um, der auf der numerischen Simulation der Fluiddynamik basiert. Das für diese Mission verwendete Werkzeug, der Fire Dynamics Simulator (FDS), ist eine internationale Referenz auf dem Gebiet der Brandmodellierung. Es wurde vom NIST (National Institute of Standards and Technology) entwickelt und ermöglicht die genaue Simulation der Rauchausbreitung, der Temperaturentwicklung und des Verhaltens der Luft in komplexen Umgebungen.

Der erste Schritt der Arbeit bestand darin, ein 3D-Modell zu erstellen, das der tatsächlichen Geometrie des Saals entspricht und alle Elemente berücksichtigt, die die Strömung beeinflussen. Das Modell berücksichtigte die Unterteilung der Gänge, die genaue Lage der Computerschränke, die Deckenhöhe, die technischen Galerien, die Zuluftplenen und die Abluftsysteme.

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Besondere Aufmerksamkeit wurde der Darstellung von Luftbehandlungsanlagen, in diesem Fall Fanwalls, und den verschiedenen Punkten des Luftdurchgangs zwischen den Räumen gewidmet. Entrauchungsklappen, Ausblasgitter und Frischluftzufuhr wurden ebenfalls im Modell dargestellt, um ihre Rolle in den Entrauchungsmechanismen zu bewerten, wenn sie aktiviert werden.

Das für diese Studie gewählte Gitter ermöglichte eine feine Auflösung mit mehr als 100 Millionen aktiven Zellen, was eine genaue Wiedergabe der Temperatur-, Rauch- und Geschwindigkeitsgradienten gewährleistet.

Identifizierung von potenziellen Brandherden

Es wurden drei Brandszenarien definiert, um die wichtigsten kritischen Konfigurationen in Abhängigkeit von der Position des Brandherdes abzudecken.

Szenario A: Feuer am Anfang eines Ganges
Szenario B: Feuer am Ende des Ganges, in der Nähe der Luftaufbereitungsanlagen
Szenario C: Feuer in der Mitte des Ganges

Für jeden dieser Fälle wurden zwei Varianten untersucht:

Feuer ohne Ausbreitung: eine einzelne Bucht brennt
Feuer mit Ausbreitung: Ausdehnung auf benachbarte Buchten alle zwei Minuten und Modellierung der Sprinklerauslösung

> Mehr zum Thema: Was sind die Ursachen und Auswirkungen eines Hotspots in einem Rechenzentrum?

Feuerdimensionierung und die Rolle von Sprinklersystemen

Das Brandverhalten wurde anhand von Daten aus der wissenschaftlichen Literatur über dieEntflammung von Computerschränken realistisch dargestellt. Die definierte Wärmeleistung entspricht einem repräsentativen Fall eines belüfteten Feuers in einer Umgebung vom Typ Rechenzentrum.

Jede Simulation wurde über einen Zeitraum von mehreren Dutzend Minuten durchgeführt, um die verzögerten Auswirkungen desBrandes auf die Umgebung zu beobachten und die Auswirkungen einer Entrauchung in der Mitte desBrandes zu bewerten. Diese Zeitwahl ermöglichte es, sowohl die Phase des Brandanstiegs als auch die Stabilisierungsphase nach der Sprengung mit oder ohne Entrauchung zu analysieren.

Schließlich extrahierte EOLIOS für jedes Szenario die relevanten physikalischen Größen in Menschenhöhe, d.h. Temperatur, Sichtweite, Strahlungswärmefluss und Luftströmungsgeschwindigkeit. Diese Daten wurden nach den in den französischen Vorschriften und internationalen Standards anerkannten Durchführbarkeitsschwellen analysiert, was eine objektive Bewertung der Durchführbarkeit eines menschlichen Eingriffs in einer rauchigen Umgebung ermöglicht.

Analyse der Bedingungen für den Einsatz der Feuerwehr im Falle eines Brandes

Beobachtete Effekte bei inhaltlichem Feuer (1 Bucht)

Die Simulationen für die Szenarien eines lokalen Brandes ergaben ein kontrolliertes Verhalten der Innenatmosphäre. Wenn nur ein Computerschrank vomBrand betroffen ist, bleibt die Brandlast moderat und die thermischen Effekte beschränken sich auf die unmittelbare Umgebung des Brandherdes. Die Temperaturen in Menschenhöhe überschreiten nicht die kritischen Schwellenwerte für Feuerwehreinsätze und die Wärmestrahlung bleibt unter den allgemein anerkannten Grenzwerten, um die Sicherheit der Beteiligten zu gewährleisten.

Auch die Ausbreitung von Rauch bleibt bei dieser Art von Konfiguration begrenzt. Dank der effizienten vertikalen Unterteilung und der Doppelböden mit Gebläse neigen die Rauchgase dazu, sich in den oberen Schichten zu konzentrieren und eine stabile Schichtung zu bilden, die sich nur geringfügig auf die Verkehrsbereiche auswirkt. Die mechanische Belüftung, die immer aktiv ist, trägt dazu bei, die horizontale Ausbreitung des Rauchs zu begrenzen, ohne einen ungünstigen Überdruck zu erzeugen. Das Ergebnis ist eine insgesamt zufriedenstellende Sicht in den meisten Bereichen des Gebäudes, einschließlich der angrenzenden Gänge.

Dieses Verhalten bestätigt die grundlegende Strategie, die für dieOrganisation der Datenhalle gewählt wurde, d.h. die Kanalisierung der Luftströme, die Abtrennung der Zu- und Abluftbereiche und die klare Trennung zwischen den Fluchtwegen und den potenziellen Ausbreitungszonen. Unter diesen Bedingungen können die Rettungskräfte schnell eingreifen, ohne auf die Aktivierung des Entrauchungssystems warten zu müssen, was im Falle eines frühzeitig entdecktenBrandes ein großer Vorteil ist.

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Isotemperatur ohne Ausbreitung

Auswirkungen einer Ausbreitung auf Temperatur und Sichtweite

Wenn sich dasFeuer auf mehrere Buchten ausbreitet, entweder durch thermische Effekte oder durch das Fehlen einer schnellen Entdeckung, verschlechtern sich die Bedingungen für denEinsatz erheblich. Die Ergebnisse zeigen einen schnellen Anstieg der Temperaturen in den betroffenen Gängen, die im ungünstigsten Fall über 100 °C in Mannshöhe erreichen können. Die Ausbreitung des Feuers verändert lokal die Luftströme, insbesondere in der Nähe von Luftaufbereitungsanlagen, die einen Rezirkulationseffekt der heißen Gase in die Abluftbereiche erzeugen können.

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Temperatur-Iso 100°C

Dieses Phänomen führt zuüberhitzten Lufttaschen in bestimmten Bereichen der Halle, auch in einiger Entfernung vom Brandherd, was das Vorankommen der Rettungskräfte erschwert oder sogar zeitweise unmöglich macht, wenn kein verstärkter Schutz vorhanden ist. Darüber hinaus erzeugt die anhaltende Verbrennung mehrerer Buchten, die reich an Kunststoffen sind, eine starke Rußproduktion, die dazu führt, dass die Sichtweite schnell unter die erforderlichen Schwellenwerte sinkt. Ab der 10. Minute sind einige Bereiche der Halle völlig undurchsichtig, so dass eine sichere Navigation ohne entsprechende Ausrüstung nicht mehr möglich ist.

Technische Galerien, die über Kabelkanäle oder Lüftungsschächte mit dem Hauptgebäude verbunden sind, erfahren ebenfalls einen Temperaturanstieg und eine allmähliche Rauchvergiftung, wodurch die Möglichkeiten eines indirekten Zugangs zum Brandherd eingeschränkt werden. In diesen Szenarien ist die Aktivierung der Entrauchung unerlässlich, um minimale Sichtbedingungen wiederherzustellen und den thermischen Anstieg des Gebäudes zu begrenzen.

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Temperature Plan ohne Ausbreitung

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Temperaturplan

Auswirkungen des Entrauchungssystems auf die Brandsicherheit

Die Simulationen bestätigen dieWirksamkeit des Entrauchungssystems in seiner jetzigen Form, wenn es zum richtigen Zeitpunkt manuell ausgelöst wird. In den getesteten Szenarien führt die Aktivierung der Entrauchungsklappen ab der 14. Minute zu einer günstigen Luftaustauschdynamik, die stagnierenden Rauch abführt und die Temperatur in den Verkehrszonen allmählich senkt.

Dieser Mechanismus arbeitet mit einer gewissen Trägheit, aber seine Auswirkungen werden innerhalb von fünf bis sechs Minuten nach der Auslösung spürbar. Heiße Gasschichten werden durch die Lüftungsöffnungen abgesaugt und durchfrische Luft ersetzt, die von niedrigeren Ebenen oder Pufferzonen zugeführt wird, was dazu beiträgt, dass die Räume wieder auf Menschenhöhe erreichbar sind. Dies verbessert nicht nur die Sicht, sondern reduziert auch den Wärmedruck auf empfindliche Strukturen und Materialien, die noch nicht vom Feuer betroffen sind.

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Plan Sichtbarkeit

In Verbindung mit der Sprinkleranlage, die dieHitzeentwicklung des Brandherdes begrenzt, kann die Entrauchung die Situation stabilisieren und den Rettungskräften ein Zeitfenster für die Intervention öffnen. Die Simulationen zeigen, dass die Kombination dieser beiden technischen Maßnahmen in den meisten Datenhallen innerhalb weniger Minuten zu einer tragbaren Atmosphäre führt, selbst bei einer anfänglichen Ausbreitung.

Dies bestätigt, wie wichtig die Feinabstimmung zwischen Detektion, Löschung und Extraktion ist, um ein effektives Brandmanagement in dieser Art vontechnischer Umgebung zu gewährleisten.

Beitrag von EOLIOS: Expertise im Brandschutz für Rechenzentren

Digitale Werkzeuge im Dienste der Brandschutzleistung

Nach der meteorologischen Analyse wurden zwei vorherrschende Winde identifiziert. Die beiden vorherrschenden Winde wurden simuliert. Die Ergebnisse dieser Studien zeigten verschiedene lufttechnische Phänomene, die sich auf die Temperaturen und dieLuftzufuhr der Systeme auswirken. Es wurden Rückkopplungsphänomene zwischen den Systemen identifiziert, die zu einem Anstieg der Temperaturen an der Ansaugseite der Luftkühler führen. Die abgeführte Wärme wird durch die gleichen oder umliegende Systeme wieder angesaugt.

Diese Phänomene wurden vor allem bei den ersten windexponierten Luftkühlern festgestellt. Der Wind begünstigt die Abwärtsbewegung der Wärmefahnen, was die Schleifenbildung verstärkt. Auf dem Rest des Daches ist das Phänomen kleiner und lokal begrenzt. In diesem Fall ist es hauptsächlich auf einen Mangel an Luftzufuhr zurückzuführen, der dazu führt, dass die Systeme im oberen Bereich angesaugt werden.

Die Systemdichte auf dem Dach ist ebenfalls für das Auftreten dieser Phänomene günstig. Die pro m2 abgegebene Leistung ist in diesem Rechenzentrum besonders hoch und trägt zu einem allgemeinen Temperaturanstieg bei. Darüber hinaus schränkt die Vielzahl der Dachsysteme auch die Luftzirkulation ein und begünstigt das Auftreten von Zonen mit niedrigen Geschwindigkeiten, die eine Stagnation der Kalorien begünstigen. Diese Stagnationszonen wurden insbesondere in der Nähe von Transformatoren festgestellt. Die Temperaturen in der Umgebung dieser Systeme liegen bei 50°C. Die Temperaturen in der Umgebung dieser Systeme liegen bei 50°C.

Um die Schleifenbildung zu reduzieren, wurde eine Studie durchgeführt, bei der die Systeme mit einer Haube versehen wurden. Durch das Hinzufügen einer lichtundurchlässigen Haube wird das Ansaugen der Systeme im oberen, kalorienhaltigen Bereich verhindert. Die Temperaturen wurden mit diesem neuen Design um fast 2°C gesenkt. Infolgedessen wurde auch der Verlust an Kühlleistung verringert, wodurch dieGesamteffizienz der Kühlsysteme verbessert wurde.

Untersuchung der vorherrschenden Winde: Strategie zur Reduzierung von Schleifenbildung zwischen Luftkühlern

In so speziellen Umgebungen wie Computerräumen mit hoher Energiedichte stoßen herkömmlicheBrandanalysewerkzeuge schnell an ihre Grenzen. EOLIOS konnte im Rahmen dieses Auftrags eine fortschrittliche Modellierung umsetzen, mit der die tatsächlichen Auswirkungen eines Brandes in einer modernen Datenhalle genau dargestellt werden können. Die Verwendung der FDS-Software in Verbindung mit einer vollständigen 3D-Modellierung des Geländes ermöglichte die Simulation repräsentativer und praktikabler Szenarien, die die komplexen Interaktionen zwischen Zuluft, Unterteilung, Umluft und Entrauchung beinhalteten.

Über die Modellierung hinaus hat EOLIOS dieStudie so strukturiert, dass sie klare Indikatoren liefert: Temperatur, Sichtweite, Wärmestrahlung, Bedingungen für die Haltbarkeit… Jeder Parameter wurde auf Augenhöhe analysiert, wobei besonderes Augenmerk auf die Grenzwerte gelegt wurde, die für einen längeren menschlichen Eingriff zulässig sind. Dieser pragmatische Ansatz, der sich auf die betrieblichen Anforderungen konzentriert, ermöglicht es, nicht nur die intrinsische Leistung der Einrichtungen, sondern auch ihre Effizienzin der Praxis zu bewerten.

Ein klarer, zuverlässiger Ansatz, der den Behörden gegenüber verwertbar ist.

DieStudie zeichnete sich auch durch ihre Fähigkeit aus, die Projektbeteiligten auf der Grundlage eines gemeinsamen Verständnisses der Herausforderungen zusammenzubringen. Die Ergebnisse wurden in Form von illustrierten Berichten,Videoausschnitten aus den Simulationen und räumlich-zeitlichen Karten dargestellt, um die Aneignung durch die Bauherren, Betreiber, Kontrollbüros und Feuerwehr- und Rettungsdienste zu erleichtern. Diese technische Pädagogik ist eine Stärke vonEOLIOS, die methodologische Anforderungen mit der Fähigkeit verbindet,Informationen verständlich und direkt nutzbar zu machen.

Schließlich stellt die Studie ein wertvolles Instrument im Dialog mit den Verwaltungsbehörden dar. Sie zeigt, dass der Standort nicht nur den gesetzlichen Anforderungen entspricht, sondern dass er auch Gegenstand eines freiwilligen Ansatzes zurAntizipation undOptimierung des Brandrisikos war. In diesem Sinne geht sie über eine einfache Validierung des Designs hinaus und ist Teil einer Logik der Widerstandsfähigkeit, der Leistung und der technischen Verantwortung. EOLIOS möchte genau diese Art vonAnsatz bei seinen Kunden im Rechenzentrum und anderswo fördern.

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Videozusammenfassung der Studie

Zusammenfassung der Studie

Die von EOLIOS durchgeführteEntrauchungsstudie für ein Datenzentrum mit hoher Dichte sollte die Sicherheit der Beteiligten im Falle einesBrandes gewährleisten und die Leistung der Schutzsysteme validieren. Mit Hilfe von CFD-Modellen (FDS) und einem detaillierten 3D-Modell wurden mehrere Szenarien simuliert, die die Auswirkungen der Sprinkleranlage, der Entrauchung und der technischen Eigenschaften des Standorts berücksichtigen.
Die Ergebnisse zeigen, dass bei einem Brand in einer Öffnung die Bedingungen(Temperatur, Sichtweite, Strahlung) im Großen und Ganzen aufrechterhalten werden können. Bei einer Ausbreitung hingegen sinkt die Sicht schnell, die Temperaturen steigen über die kritischen Schwellenwerte und einige Gebiete werden unzugänglich.

Die kontrollierte Aktivierung der Entrauchung, insbesondere in Verbindung mit der Sprinkleranlage, ermöglicht es, nach einigen Minuten wieder günstige Bedingungen herzustellen und ein Zeitfenster für die Rettungsmaßnahmen zu öffnen.
Neben den Simulationen erstellte die Studie klare Indikatoren ( Haltbarkeit, Wärmeströme, Rauchschichtung) und pädagogische Materialien ( Videos, Karten), die den Dialog mit Bauherren, Betreibern und Behörden erleichtern.
Dieser Ansatz zeigt die Fähigkeit von EOLIOS, wissenschaftliche Strenge mit technischer Pädagogik zu kombinieren und so eine operationelle Vision des Brandrisikos zu bieten. Er geht über die einfache Validierung von Vorschriften hinaus und ist Teil einer Logik der Widerstandsfähigkeit, der Leistung und der Verantwortung.