ISO 14644-1 Klasse 8 im Rechenzentrum: Grenzwerte, Messung und was zusammenspielen muss

Woher die Anforderung kommt

DIN EN ISO 14644-1 stammt aus der Reinraumtechnik. Die Norm teilt die Luftreinheit anhand der Anzahl luftgetragener Partikel in die ISO-Klassen 1 (am reinsten) bis 9 ein. Ein Rechenzentrum ist kein Reinraum. Die Norm liefert aber ein anerkanntes, messbares Verfahren, um die Partikelbelastung der Luft zu bewerten.

Den Bezug zum Rechenzentrum hat das Technical Committee 9.9 der amerikanischen Fachgesellschaft ASHRAE hergestellt, in dem auch große IT-Hersteller mitarbeiten. In seinem Whitepaper zu gas- und partikelförmigen Verunreinigungen heißt es sinngemäß: Rechenzentren müssen in ISO-Klasse 8 sauber gehalten werden, mit oder ohne Außenluftkühlung. Viele Server- und Speicherhersteller übernehmen diese Anforderung in ihre Umgebungsspezifikationen.

Der Grund ist die Betriebssicherheit: Staub kann Luftwege zusetzen, auf Leiterplatten Feuchtigkeit binden und dann Korrosion oder Kriechströme begünstigen.

Grenzwerte der ISO-Klasse 8

Die Werte geben die höchstzulässige Anzahl von Partikeln pro Kubikmeter Luft an. Gezählt werden jeweils alle Partikel, die mindestens so groß sind wie angegeben.

Für die Größen 0,1 µm, 0,2 µm und 0,3 µm legt die Norm bei Klasse 8 keine Grenzwerte fest. ISO-Klasse 8 entspricht etwa der früheren US-Klasse 100.000 nach FED-STD-209E.

So wird ISO-Klasse 8 nachgewiesen

Die Norm beschreibt ein festes Verfahren (DIN EN ISO 14644-1:2016, Anhang A):

• Zahl der Messpunkte: Sie ergibt sich aus der Raumfläche nach einer Tabelle der Norm. Ein Raum bis 104 m² braucht mindestens 16 Messpunkte, ein Raum mit 1.000 m² mindestens 27. Über 1.000 m² wird die Anzahl mit einer Formel hochgerechnet.
• Verteilung: Die Messpunkte werden repräsentativ über die Fläche verteilt, gemessen wird in der Regel in Arbeitshöhe.
• Messgerät: Gemessen wird mit einem optischen Partikelzähler, in der Regel für die Größen ab 0,5 µm und ab 5 µm. Das Gerät muss nach ISO 21501-4 kalibriert sein. Diese Norm sieht ein Kalibrierintervall von höchstens einem Jahr vor. Ein gültiges Kalibrierzertifikat gehört deshalb zu jeder normgerechten Messung und sollte dem Bericht beiliegen.
• Messmenge: An jedem Messpunkt muss so viel Luft angesaugt werden, dass beim Grenzwert rechnerisch mindestens 20 Partikel der größten betrachteten Größe gezählt würden. Mindestens sind es 2 Liter und eine Minute Messzeit pro Punkt.
• Bewertung: Seit der Ausgabe 2015 muss jeder einzelne Messpunkt den Grenzwert einhalten. Die frühere statistische Bewertung über ein 95-%-Konfidenzintervall ist entfallen. Ältere Herstellerunterlagen beziehen sich teilweise noch darauf.
• Betriebszustand: Das Protokoll hält fest, in welchem Zustand gemessen wurde, zum Beispiel „at rest“ (Anlagen laufen, keine Personen) oder „operational“ (normaler Betrieb).
• Bezeichnung im Protokoll: Die Norm gibt vor, wie das Ergebnis angegeben wird: Klasse, Betriebszustand und gemessene Partikelgrößen, zum Beispiel „ISO-Klasse 8; in Betrieb; 0,5 µm und 5 µm“.

Reinigung allein reicht nicht

Eine fachgerechte Reinigung entfernt abgelagerten Staub von Flächen, aus dem Doppelboden und von den Anlagen. Ob die Luft danach dauerhaft in ISO-Klasse 8 bleibt, hängt vom Zusammenspiel mehrerer Faktoren ab.

1. Die Filter der Kühlanlage

In den meisten Rechenzentren läuft die Raumluft ständig durch die Umluftkühlgeräte (CRAH/CRAC). Deren Filter halten dabei laufend Partikel zurück. Nach ASHRAE lässt sich ISO-Klasse 8 in Rechenzentren ohne Außenluftkühlung in der Regel schon durch eine passende Filterauswahl erreichen:

• Umluft: kontinuierliche Filterung mit Filtern der Klasse MERV 8.
• Zuluft von außen: Filter der Klasse MERV 11, besser MERV 13.

HEPA-Filter sind in Kühlgeräten also nicht erforderlich und meist auch nicht vorgesehen. Die Luft wird viele Male pro Stunde umgewälzt und dabei immer wieder gefiltert.

Die MERV-Klassen stammen aus der US-Prüfnorm ASHRAE 52.2. In Europa werden Luftfilter nach DIN EN ISO 16890 eingeteilt (ISO Coarse, ISO ePM10, ePM2,5, ePM1). Eine direkte Umrechnung gibt es nicht, weil die Prüfverfahren verschieden sind. Zur groben Orientierung: Filter der Klasse MERV 8 liegen häufig im Bereich ISO ePM10, MERV 13 im Bereich ISO ePM1. Welche Filter in einem Kühlgerät zulässig sind, legt der Hersteller fest.

Entscheidend für die Wirkung ist neben der Filterklasse der Zustand:

• Filter müssen dicht im Rahmen sitzen. Durch Lücken strömt Luft ungefiltert vorbei.
• Volle Filter erhöhen den Strömungswiderstand. Je nach Regelung sinkt dann der Luftvolumenstrom oder die Ventilatoren brauchen mehr Energie. Mehr dazu im Artikel Kühlleistung im Rechenzentrum.
• Beim Filterwechsel kann abgelagerter Staub freigesetzt werden.

2. Außenluft bei freier Kühlung

Rechenzentren mit direkter Außenluftkühlung holen mit der Luft auch Feinstaub, Pollen und je nach Standort Abgase oder Baustaub herein. Für diese Anlagen nennt ASHRAE keine pauschale Filterklasse: Die Auswahl hängt von den Bedingungen am Standort ab. Die Filterstufe an der Ansaugung ist hier besonders wichtig.

3. Luftführung und Doppelboden

Bei vielen Anlagen führt der Doppelboden die gekühlte Zuluft zu den Racks. Liegt dort Staub, verteilt ihn die Kühlung im ganzen Raum. Deshalb gehören Doppelboden und Zuluftwege zu den wichtigsten Bereichen jeder Reinigung.

Ein Sonderfall sind Zinkwhisker: feine, leitfähige Metallfäden, die auf galvanisch verzinkten Oberflächen wachsen können, etwa an älteren Doppelbodenplatten oder verzinkten Absperrgittern. Werden sie gelöst, kann der Luftstrom sie in die IT tragen. ASHRAE fordert, dass Rechenzentren frei von Zinkwhiskern sind. Bei Verdacht ist ein besonders vorsichtiges Vorgehen nötig.

4. Staubquellen im Betrieb

Offene Türen, Kartonagen im IT-Raum, fehlende Schmutzfangzonen an den Zugängen und Bauarbeiten ohne Abschottung tragen ständig neuen Staub ein. ASHRAE empfiehlt grundsätzlich, Staubquellen im Rechenzentrum zu verringern. Wie Sie Bauphasen absichern, beschreibt der Artikel Baustaub in der IT.

5. Luftfeuchte und Gase

Staub schadet vor allem dann, wenn er Feuchtigkeit aufnimmt. Jeder Staub hat eine sogenannte Deliqueszenz-Feuchte: die relative Luftfeuchte, ab der er Wasser bindet und leitfähig wird. ASHRAE empfiehlt, dass diese Schwelle über 60 % liegt, also über der zulässigen Raumfeuchte.

Korrosive Gase wie Schwefelwasserstoff oder Schwefeldioxid erfasst eine Partikelmessung nicht. Dafür gibt es Korrosionsmessungen mit Kupfer- und Silberplättchen nach ANSI/ISA-71.04. ASHRAE empfiehlt hier den Schweregrad G1.

So gehen wir bei einer Reinigung mit Ziel ISO-Klasse 8 vor

1. Ziel und Messplan vereinbaren: Messpunkte nach Norm, Betriebszustand, Zeitpunkte.
2. Ausgangsmessung vor Beginn der Arbeiten, mit kalibriertem Partikelzähler und gültigem Kalibrierzertifikat.
3. Kühlanlage einbeziehen: Filterklasse, Sitz und Zustand der Filter mit dem zuständigen Klima-Fachbetrieb klären. Der Filterwechsel ist nach der Reinigung sinnvoll, weil beim Reinigen gelöster Staub die Filter zusätzlich belastet.
4. Luftwege zuerst: Doppelboden und Zuluftbereiche vor den übrigen Flächen.
5. Staub nicht umverteilen: Sauger mit Feinstaubfilterung, bei Bedarf ergänzend mobile HEPA-H14-Luftreiniger.
6. Kontrollmessung nach einer Beruhigungszeit, an denselben Punkten und im selben Betriebszustand.
7. Bericht mit Messwerten, Bedingungen und Hinweisen. Liegt ein Messpunkt über dem Grenzwert, suchen wir gemeinsam die Ursache: zum Beispiel einen undichten Filter, ungefilterte Außenluft oder offene Durchbrüche zu Nebenräumen.

Mehr zum Leistungsumfang finden Sie unter Rechenzentrumsreinigung.

Quellen

• DIN EN ISO 14644-1:2016 (entspricht ISO 14644-1:2015), Reinräume und zugehörige Reinraumbereiche – Teil 1: Klassifizierung der Luftreinheit anhand der Partikelkonzentration.
• ASHRAE TC 9.9: Gaseous and Particulate Contamination Guidelines for Data Centers, Whitepaper.
• DIN EN ISO 16890-1, Luftfilter für die allgemeine Raumlufttechnik.
• ISO 21501-4, Bestimmung der Partikelgrößenverteilung – Einzelpartikel-Lichtstreuverfahren – Teil 4: Lichtstreuungs-Partikelzähler für Reinräume.
• ANSI/ISA-71.04, Environmental Conditions for Process Measurement and Control Systems: Airborne Contaminants.