Die Luftfeuchte im Serverraum ist neben der Lufttemperatur ein entscheidendes Kriterium der Umgebungsbedingungen, die Einfluss auf Funktionalität und Lebensdauer der Server haben. Hohe Luftfeuchte führt bei entsprechenden Temperaturen zu Korrosionserscheinungen, zu niedrige Luftfeuchte kann elektrostatische Entladungen verursachen und ebenfalls Schäden an der IT verursachen. Es gilt also einen Grenzbereich zu definieren, in dem die Betriebssicherheit der IT gewährleistet ist. Doch wie ist dieser Grenzbereich definiert?
Spricht man von der Luftfeuchte in einem Serverraum, wird als Messgröße die relative Luftfeuchtigkeit (r. F.) herangezogen. Denn während sich der Wassergehalt bzw. die absolute Feuchte als Wasserdampf in der Luft in bestimmten Grenzen unabhängig der Temperatur verhält, verändert sich die relative Luftfeuchte in Abhängigkeit der Temperatur. Je wärmer die Luft ist, desto mehr Feuchtigkeit kann sie aufnehmen, umgekehrt sinkt die relative Luftfeuchtigkeit bei sinkender Temperatur.
Anforderungen an Umgebungsbedingungen in einem Rechenzentrum oder auch Serverraum werden in Normen- und Regelwerken definiert. Bezüglich der Umgebungsbedingungen in solchen Räumen sind in erster Linie folgende Regelwerke, deren Vorgaben wir bezüglich der Luftfeuchtigkeit geprüft haben, zu nennen:
- DIN EN 50600, Informationstechnik- Einrichtungen und Infrastrukturen von Rechenzentren, Teil 2-3: Regelung der Umgebungsbedingungen; von August 2019
- VDI 2054, Raumlufttechnik- Technische Anlagen zur Konditionierung von Einrichtungen für die Datenverarbeitung; von Mai 2018
- ASHRAE (TC9.9), Thermal Guidelines for Data Processing Environments, Fourth Edition (2015)
Während die amerikanische ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) als Mutter aller RZ-Anwendungsregeln gilt und bereits seit 2004 Vorgaben für betriebssichere Umgebungsbedingungen in einem RZ veröffentlicht, normiert die DIN EN 50600-Reihe seit etwa 2013 deutsche und europäische Rechenzentren. Die VDI 2054 fand in der Version von 1994 zuletzt keine Berücksichtigung mehr, wurde im Mai 2018 jedoch vollständig überarbeitet und an aktuelle Rahmenbedingungen angepasst (Hinweis: Inwiefern die VDI 2054 Berührung mit der DIN EN 50600-Reihe hat, werden wir in einem separaten Artikel erläutern).
Beginnen wir mit der DIN EN 50600-2-3: Vorweggenommen definiert die DIN EN 50600-2-3 keine konkret einzuhaltenden Grenzwerte der relativen Luftfeuchte. Sie fordert zwar die Einhaltung solcher Grenzwerte, in Anhang A (informativ) wird ein Taupunkt von 5,5 Grad Celsius für alle Bereiche, in denen das Risiko der Beschädigung elektrostatisch empfindlicher Geräte besteht, genannt, verweist jedoch für den Bereich der Rechnerräume auf die CLC/TR 50600-99-1 (Empfohlene Praktiken für das Energiemanagement). Diese wiederum zeigt in Anhang A einen Auszug aus dem ASHRAE-Klassifikationssystem, mit der Empfehlung, das vollständige Dokument (die ASHRAE) mit den Leitlinien zurate zu ziehen. Die DIN EN 50600 verweist also bezüglich einzuhaltender Grenzwerte für Rechnerräume auf die ASHRAE.
Die VDI 2054 nennt zwar „übliche untere und obere Grenzwerte“ von 20 und 80 Prozent relativer Luftfeuchte, eine Vorgabe oder zumindest Empfehlung finden wir dort jedoch ebenfalls nicht. Lediglich Aussagen wie: „die Untergrenze der Luftfeuchtigkeit ergibt sich aus der Vermeidung von Störeffekten durch elektrostatische Aufladung“. Und auch hier ist als weiterführende technische Regel die ASHRAE aufgeführt. Kurzer Hinweis am Rande: Die genannten 20 bis 80 Prozent r. F. entsprechen nicht mehr den aktuellen Empfehlungen der ASHRAE.
Nachdem nun sowohl die DIN EN 50600 als auch die VDI 2054 auf die ASHRAE verweisen, lohnt es sich also, einen Blick in die ASHRAE selbst zu werfen. Diese definiert tatsächlich Grenzwerte für eine relative Luftfeuchte in Abhängigkeit von Geräteklassen. Unterschieden wird dabei zwischen einem empfohlenen Bereich (recommended) und einem erlaubten Bereich (allowable). Während der empfohlene Bereich für alle Geräteklassen herangezogen werden soll (A1 bis A4), sind die erlaubten Werte den einzelnen Geräteklassen zugeordnet. Für die relative Luftfeuchte sind in der ASHRAE folgende Werte aufgeführt:
Empfohlen (recommended, Geräteklasse A1 bis A4):
- 9 °C DP to 15 °C DP and 60 % RH
Erlaubt (allowable, Geräteklasse A1):
- 12 °C DP and 8 % RH to 17 °C DP and 80 % RH
Zur Erinnerung: Die relative Feuchte ändert sich in Abhängigkeit zur Temperatur, jeder Luftzustand hängt also neben der Luftfeuchtigkeit auch von der Lufttemperatur ab. Aus der Kombination dieser Werte ergibt sich dann ein Taupunkt, an dem die Luft keine Feuchtigkeit mehr aufnehmen kann. In den genannten Werten ist dieser Taupunkt mit DP abgekürzt (Dew Point). RH steht für Relative Luftfeuchte (Relative Humidity). Die ASHRAE definiert also keine statischen Werte als Grenzbereich der relativen Luftfeuchte (z. B. 20 bis 80 %), sondern nennt Taupunkte, aus denen sich in Zusammenhang mit der Temperatur der Grenzbereich für betriebssichere Umgebungsbedingungen ableiten lässt.
Um einen Grenzbereich definieren zu können, fehlen also noch die zugehörigen Temperaturen. Diese sind in der ASHRAE folgendermaßen definiert:
Empfohlen (recommended Geräteklasse A1 bis A4):
- 18 °C bis 27 °C
Erlaubt (allowable Geräteklasse A1):
- 15 °C bis 32 °C
Trägt man nun die genannten Werte der Feuchtigkeit in Verbindung mit den Temperaturen (Zuluft IT) in einem Mollier-h-x-Diagramm auf, ergibt sich der Grenzbereich der Umgebungsbedingungen, in dem nach Erfahrung und Empfehlung der ASHRAE ein ideales Verhältnis besteht, zwischen einem möglichst großen Regelbereich (wirtschaftlicher Betrieb) und der Betriebssicherheit der eingesetzten IT (vgl. Abbildung). Wir haben die Grenzbereiche farblich markiert.
Die in der ASHRAE empfohlenen Werte sind farblich punktiert. Daraus lassen sich die Grenzbereiche (grün und rot) ableiten. Der grüne Bereich entspricht den empfohlenen Werten, der rot eingefärbte Bereich den erlaubten Werten.
Die Grenze einer Luftfeuchte von acht Prozent stößt dabei bei RZ-Verantwortlichen erst einmal auf Unverständnis, doch die ASHRAE erläutert sehr genau, wie sie zu diesen Werten kommt. Diese finden sich in Anhang D der ASHRAE (ESD Research and Static Control Measures). Die ASHRAE hat eigene Versuche finanziert, um das Risiko von Störungen oder Schäden an Elektronik im Zusammenhang mit elektrostatischer Entladung (ESD) in Rechenzentren zu untersuchen. Der Schwerpunkt lag dabei auf der Untersuchung eines erhöhten Risikos bei reduzierter Luftfeuchtigkeit.
Zusammengefasst wurde festgestellt, dass bei Nutzung von ESD-abmildernden Bodenbelägen und Schuhen (Elektrostatische Entladungen, in Englisch electrostatic discharge, kurz ESD), wie es Standard in allen Rechenzentren sein sollte, die Gefahr von ESD-Störungen auf ein unbedeutendes Maß reduziert werden kann, auch wenn die Luftfeuchtigkeit auf niedrige Werte, wie z. B. acht Prozent eingestellt wird. Ergänzend ist jedoch anzumerken, dass bei Arbeiten an elektrosensitiven internen Bauteilen der IT, wie den Motherboards oder Central Processing Units (CPUs), zusätzliche Schutzmaßnahmen zum Schutz vor ESD zu ergreifen sind. Solche Arbeiten sollten daher bei diesen Luftfeuchten ohne zusätzliche ESD-Schutzmaßnahmen nicht im RZ selbst durchgeführt werden. Werden jedoch diese Werte eingehalten und die üblichen Standards bezüglich ESD-Schutz ergriffen, sollen bekannte Probleme der Betriebssicherheit und Verfügbarkeit der IT aufgrund zu geringer oder zu hoher Luftfeuchte unterbunden werden.
Welcher Grenzbereich genau nach ASHRAE einzuhalten ist, ob der empfohlene oder der erlaubte, ist gemeinsam mit dem RZ-/ Serverraumbetreiber festzulegen. Neben wirtschaftlichen Aspekten sind dazu auch die Ergebnisse einer Geschäftsrisikoanalyse (Verfügbarkeit) ausschlaggebend.
Fazit
Weder die DIN EN 50600-2-3, Regelung der Umgebungsbedingungen, noch die VDI 2054, Technische Anlagen zur Konditionierung von Einrichtungen für die Datenverarbeitung, machen konkrete Vorgaben für die Luftfeuchte in Rechnerräumen. Grenzwerte finden sich lediglich in der ASHRAE, und die dort definierten Werte der relativen Luftfeuchte ergeben nur im Zusammenhang mit den einzuhaltenden Lufttemperaturen Sinn. Werden die üblichen Standards bezüglich ESD-Schutz in Rechnerräumen eingehalten und keine internen Arbeiten an der IT in diesen Räumen durchgeführt, gibt die ASHRAE RZ-Betreibern und FM- oder GA-Verantwortlichen Werte an die Hand, mit denen sich ein betriebssicherer und energieeffizienter Betrieb der IT umsetzen lässt. Das gilt unabhängig davon, ob es sich dabei um Rechnerräume bzw. ein Rechenzentrum eines KRITIS-Unternehmens nach der BSI-KRITIS-Verordnung oder eines davon nicht betroffenen Unternehmens handelt.
