Sicherheitsanforderungen an Batterien

01.02.2017

Bei Batterien und Batterieanlagen, wie sie überwiegend bei statischen USV-Anlagen in Rechenzentren (Unterbrechungsfreien Strom Versorgungen) zum Einsatz kommen, sind bestimmte Anforderungen an und zu deren Sicherheit zu erfüllen. Dazu gehört, nicht immer selbstverständlich, dass diese in einer sauberen Umgebung trocken aufzubewahren sind. Risiken wie Feuer, Rauch und Korrosion sind zu minimieren bzw. durch Überwachungsmaßnahmen zu kompensieren. Darüber hinaus müssen Batterien gegen Auswirkungen von Umgebungseinflüssen wie Feuchtigkeit, Staub, Gase, Temperatur, Dämpfe und mechanische Belastungen widerstandsfähig gemacht werden. Hierzu muss der Isolationswiderstand zwischen dem Batteriekreis und anderen örtlichen, leitfähigen Teilen größer als 100 Ohm/Volt (Batteriespannung) sein. So zumindest sagt es die DIN EN 50272-2 "Sicherheitsanforderungen an Batterien und Batterieanlagen".

Die Batterien werden nicht nur von außen beeinflusst, sondern es geht auch eine unmittelbare Explosionsgefahr von ihnen aus. Während der Ladung, bei der Entladung oder auch bei Überladung treten Gase aus den Zellen aus, verursacht durch die Elektrolyse von Wasser. Die dabei entstehenden Gase wie Wasserstoff und Sauerstoff können in die Umgebung entweichen und somit eine explosive Mischung bilden. Ein explosives Gemisch entsteht erst ab einer Wasserstoffkonzentration von über vier Volumenprozent in der Luft. Dieser Wert wird gem. der o. g. Norm als untere Explosionsschwelle bezeichnet und sollte durch eine Lüftung der Aufstellräume von Batterien unterschritten werden.

Wie groß der entsprechende Außenluftvolumenstrom zur Lüftung eines Batterieraumes oder Batteriebehälters ist, kann durch die in der Norm genannte Formel berechnet werden. In der Praxis allerdings wird vom Batterielieferant der entsprechende Volumenstrom in Abhängigkeit der verwendeten Batterie, der Zellenanzahl, Ladestrom usw. angegeben.

Nun gibt es zwei Möglichkeiten, wie die Lüftung der Batterieaufstellräume sichergestellt wird:

1.    Natürliche Lüftung

2.    Technische Lüftung

Hierzu sagt die Norm aus, dass die Größe des Luftvolumenstroms vorzugsweise durch natürliche Lüftung sicherzustellen ist, andernfalls durch technische Lüftung.

Zu 1.: Für eine natürliche Lüftung von Batterieräumen sollten diese vorzugsweise Außenwände besitzen. In diesen sind dann jeweils eine Zu- und Abluftöffnung vorzusehen. Der Querschnitt für diese Öffnungen berechnet sich gem. DIN EN 50272-2 nach folgender Gleichung: A=28xQ. Dabei ist Q der Volumenstrom in Kubikmetern pro Stunde und A der freie Öffnungsquerschnitt in Quadratzentimetern. Unterstellt wird in dieser Gleichung eine Luftgeschwindigkeit von 0,1 Metern pro Sekunde. Die Öffnungen müssen allerdings entsprechend angeordnet sein, um eine günstige Durchmischung des Raumes oder des Behälters zu erreichen. Das bedeutet eine Anordnung der Öffnungen an den gegenüberliegenden Wänden oder einen Trennabstand von mindestens zwei Metern, wenn sich die Öffnungen an derselben Wand befinden. In vielen Rechenzentren ist es allerdings nicht möglich, mit einer natürlichen Lüftung zu arbeiten, da es sich bei den Batterieaufstellräumen um Innenräume handelt. Hier kommt dann die technische Lüftung zum Einsatz.

Zu 2.: Die Norm sagt aus, dass bei einer technischen Lüftung das Ladegerät mit dem Lüftungsgerät gekoppelt sein muss, um je nach Ladebetrieb den erforderlichen Luftvolumenstrom für den momentanen Betriebszustand sicherzustellen. In der Praxis sieht das meist anders aus, hier wird aufgrund der meist sehr niedrigen Luftwechsel eine permanente Lüftung installiert, welche einfacher und sicherer betrieben werden kann. Sehr wichtig zu erwähnen ist die eindeutige Aussage der Norm, dass die Luft, die aus dem Batterieraum herausgefördert wird, in die Umgebungsluft außerhalb des Gebäudes geführt werden muss. Das bedeutet, dass eine Anbindung der Rückluft an das zentrale RLT(Raumlufttechnik)-Gerät nicht gestattet ist. In der Praxis werden meist autarke Abluftsysteme für jeden einzelnen Batterieraum verwendet.

Wer nun denkt, alles für eine normgerechte Auslegung der Lüftung für Batterieräume getan zu haben, der irrt. Denn es gibt ja noch die nicht mehr ganz so neue DIN EN 50600-2-3 "Informationstechnik-Einrichtungen und Infrastrukturen von Rechenzentren – Teil 2-3: Regelung der Umgebungsbedingungen". Darin wird in Kapitel "5.2.15.3 Batterien" folgende Anforderung an die Lüftung gestellt:

"Es muss eine Belüftung vorgesehen werden, um eine Wasserstoff-Anreicherung zu verhindern. Wo mechanische Entlüftung angewendet wird, müssen die Lüfter redundant sein und von separaten Sekundärstromversorgungs­punkten gespeist werden."

Das würde bedeuten, dass bei einer bereits redundanten USV- und somit Batterieauslegung für jeden Batterieraum jeweils zwei Abluftventilatoren mit separater Spannungsversorgung auszustatten sind – also eine Redundanz innerhalb einer Redundanz. Ob diese zusätzlichen Redundanzen Sinn machen, sei dahingestellt. Wer nach den geltenden Regeln der Technik sein Gewerk erstellen will, hat sich natürlich auch an diese Norm zu halten.


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