Luftqualität im Rechenzentrum: Die Luft, die Server atmen

Feinstaub

Partikel sind in der Luft schwebende, feste und flüssige Teilchen, zu denen auch Aerosole gehören. Die Partikelgröße wird in Mikrometern (µm) gemessen. Sie reichen von 0,001 Mikrometern bis zu einem Durchmesser von mehr als 100 Mikrometern. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von 17 Mikrometern bis 181 Mikrometern, Nebel ist 10 Mikrometer groß und mikroskopisch kleine Bakterien können weniger als 0,3 Mikrometer groß sein.

Selbst in makellosen, gut gefilterten Rechenzentren gibt es Schmutz, Staub, Pollen und andere Partikel in der Luft. Diese unsichtbaren Verunreinigungen sammeln sich auf den Gerätefiltern an, die von den Administratoren regelmäßig gereinigt oder ausgewechselt werden müssen.

Die Partikel sammeln sich auch auf den internen Kühlkörpern an. Durch die verringerte Kühlleistung steigen die Betriebstemperaturen der Komponenten und die Lüfterdrehzahlen. Die Luftfeuchtigkeit im Rechenzentrum kann auch zu hygroskopischen Staubausfällen, Bandmedienfehlern und anodischen Ausfällen führen.

Gasförmige Verunreinigungen

Feinstaub ist nur ein Teil des Problems. An immer mehr Orten gibt es gasförmige Verunreinigungen, die von Autos oder nahe gelegenen Industrien stammen und die Geräte ebenfalls beschädigen.

Salzsäure und Schwefelsäure bilden sich, wenn sich Chlor und Schwefelwasserstoff in Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit mit Wasserdampf vermischen. Diese Säuren zerstören Computerkomponenten innerhalb von nur drei Monaten. Die Säuren zerfressen auch die kleinen Kontaktflächen und Steckverbinder auf modernen Leitplatten. Schwefeldioxid, Mercaptane und Stickstoffoxide, Chlor und Ozon sind ebenfalls bedenklich.

Diese Gase sind schwer zu erkennen und lassen sich nur schwer abstellen. Um festzustellen, ob ein Problem besteht, hängen Sie Kupfer- und Silbercoupons einen Monat lang in der Umgebung des Rechenzentrums auf und lassen Sie die Coupons dann von einem Labor analysieren. Korrosionsraten, die 200 Angström für Silber und 300 Angström für Kupfer überschreiten, geben Anlass zur Sorge. Wenn die Ergebnisse hohe Korrosionsraten zeigen, sollten Sie die Luftfeuchtigkeit im Rechenzentrum reduzieren oder mehr Luftfiltersysteme installieren.

Filter und Filterung

Die in Rechenzentren verwendeten Filter werden anhand eines Mindestwirkungsgrads (Minimum Efficiency Reporting Value, MERV) bewertet. Diese Einstufung kategorisiert die Filter nach der Art der Partikel, die sie abfangen können. Computerraumklimaanlagen (Computer Room Air Conditioning, CRAC) und Computerraumluftaufbereitungsanlagen (Computer Room Air Handler, CRAH) verwenden in der Regel MERV 8, 11 oder 13 Filter. In physischen Reinräumen werden HEPA-Filter (High Efficiency Particulate Air) verwendet, die kleinere Partikel abfangen als ein MERV-20-Filter.

Es ist wichtig, Gase aus der Außenluft zu filtern. Am gebräuchlichsten sind Aktivkohlefilter, aber Administratoren können auch andere Adsorptionsmedien sowie chemische Adsorption verwenden. Elektronische Ozongeneratoren werden nicht mehr eingesetzt, da Bedenken hinsichtlich ihrer Auswirkung in hohen Konzentrationen bestehen.

Ventilatorleistung

Höhere MERV-Klassifizierungen bedeuten mehr Gebläsedruck, um die Luft durch die Filter zu ziehen. In Rechenzentren herrschen hohe Luftmengen und -geschwindigkeiten, was die Ventilatoren zu einer Hauptquelle des Energieverbrauchs macht. Die Affinitätsgesetze für Lüfter besagen, dass eine Verdopplung der Lüfterdrehzahl zwar den vierfachen Lüfterdruck erzeugt, aber die achtfache Lüfterenergie erfordert. So kann ein Lüfter, der normalerweise 50 Watt verbraucht, bei doppelter Drehzahl 400 Watt verbrauchen. Aufgrund dieses drastischen Anstiegs des Energieverbrauchs und der Ventilatorleistung muss eine Erhöhung der Filterdichte sorgfältig geprüft werden.

Sauberkeit

In den meisten Rechenzentren ist die Hauptquelle für Verunreinigungen der von Menschen eingebrachte Schmutz, vor allem an Schuhen und Kleidung. Auch beim Auspacken von Kisten innerhalb des Rechenzentrums gelangen Partikel in die Luft. Überdruckbelüftungssysteme verhindern, dass Verunreinigungen eindringen, wenn die Tür eines Rechenzentrums zum Rest des Gebäudes oder nach draußen geöffnet ist. Die Partikel in der Außenluft sind jedoch nicht das einzige Problem. Auch Geräte innerhalb des Rechenzentrums können Partikel freisetzen zum Beispiel Lüfterriemen in älteren Klimaanlagen, die sich abnutzen und Partikel abblättern.

Es gibt bewährte Verfahren für die Reinigung von Rechenzentren, mit denen sich die Partikelbildung reduzieren lässt. Wischen Sie die Böden in Rechenzentren nur feucht ab – niemals fegen, polieren oder wachsen. An den Eingängen sollten Fußabstreifer angebracht sein, die regelmäßig gewechselt werden. CRAC-Einheiten oder CRAHs rezirkulieren und filtern die Raumluft. Sie können Filter mit geringerem Wirkungsgrad verwenden, wenn der Raum sauber gehalten wird und das Eindringen von Außenluft minimiert und vorgefiltert wird.

Kontrolle der Luftfeuchtigkeit

Luftfeuchtigkeit kommt von Feuchtigkeit. In früheren Rechenzentren herrschte eine relative Luftfeuchtigkeit zwischen 45 Prozent und 55 Prozent, weil man befürchtete, dass die empfindliche Elektronik durch statische Entladungen beschädigt werden könnte. Untersuchungen von ASHRAE haben jedoch ergeben, dass die relative Luftfeuchtigkeit in ordnungsgemäß geerdeten Räumen bis auf 8 Prozent sinken kann, ohne dass statische Probleme auftreten.

ASHRAE-Forschungen haben auch ergeben, dass in Umgebungen mit hohem Schadstoffgehalt eine Luftfeuchtigkeit von über 50 Prozent relative Luftfeuchtigkeit dazu führen kann, dass Gase zu zerstörerischen Säuren werden. In solchen Umgebungen ist eine Feuchteregelung erforderlich, um die relative Luftfeuchtigkeit unter 50 Prozent zu halten.

Außenluft

Die Außenluft muss im Sommer vorgekühlt werden, um die Auswirkungen auf die Kühlung des Rechenzentrums zu minimieren und überschüssige Feuchtigkeit zu entfernen. Im Winter muss die Luft nur selten erwärmt werden, da die kalte Luft das Rechenzentrum natürlich kühl. Und wenn der Boden und die Schränke des Rechenzentrums ordnungsgemäß geerdet sind, muss die trockene Luft nicht befeuchtet werden.

Standards

Es gibt keine festen Standards für die Luftqualität in Rechenzentren, das ASHRAE Technical Committee 9.9 veröffentlicht jedoch allgemeine Richtlinien. Die Normen ISO 14644-1 Klasse 8 und Federal Standard 209E Klasse 100.000 beziehen sich nur auf die Anzahl der Partikel in der Luft, nicht auf die Gesamtverschmutzung.