ZÜRICH (uk) - Rechenzentren haben "in gefährlichem Maße" Schwachstellen in puncto Sicherheit, Erweiterungsmöglichkeiten, Flexibilität der Installationen und Optimalität des Daten- und Materialflusses, fand der Schweizer RZ-Planer Helmuth Werner in seiner jahrelangen Praxis heraus. Er sieht nur durch eine möglichst frühzeitige integrale Planung mit Berücksichtigung der neuesten wissenschaftlichen Arbeits-, Betriebs- und allgemeinen technischen Erkenntnisse die Risiken auf ein Mindestmaß beschränkt. In seinem Beitrag, mit dem wir in dieser Ausgabe beginnen (Teil 1), will Werner "programmatisch" einige Denkanstöße vermitteln, ohne dabei explizit auf Einzelheiten einzugehen.
Teil 1
Standortwahl
Allgemeine Lage
Für einen reibungslosen Ablauf des Datenflusses ist die Lage im Betrieb oder Gebäude von entscheidender Bedeutung. Ob für das Rechenzentrum ein separates Gebäude, oder ob dieses im Verwaltungsgebäude selber integriert wird, ist eine firmenpolitische Entscheidung.
Grundsätzlich können sämtliche Geschosse eines Gebäudes als vertikaler Standort diskutiert werden: Die Lage im Untergeschoß ist trotz ihrer zumeist günstigen sicherheits- und installationstechnischen Voraussetzungen besonders aus arbeitspsychologischen Gründen abzulehnen.
Bevorzugt wird in den meisten Fällen das Erdgeschoß.
Um allzu aufwendige Sicherheitsinstallationen zu sparen, wird öfters die Lage im 1. Obergeschoß vorgezogen.
Bodentragfähigkeit
Die Belastungskonzentration zwischen und auch innerhalb verschiedener EDV-Systeme ist beträchtlich. Die nachfolgenden Angaben können als approximative Richtwerte dienen.
Beim statischen Nachweis ist im ungünstigsten Lastfall eine Punktlast von 1000 kg zu berücksichtigen.
1. Systemraum rund 750 bis 1000 kg/m2
2. Nebenräume rund 500 bis 750 kg/m2
3. Archiv und Lager rund 750 bis 1000 kg/m2
4. Klima- und Kältezentrale rund 1000 bis 1250 kg/m2
5. USV und Transformatorenstation rund 1500 bis 2000 kg/m2
Transportwege und Transportmittel
Die Abmessungen und die Belastbarkeit der Transportwege oder Transportmittel richtet sich nach den einschlägigen Normen und Richtlinien sowie den spezifischen Betriebsbedürfnissen.
Erweiterungsmöglichkeiten
Bei der Wahl des Standortes ist die Erweiterungsmöglichkeit von zentraler, wenn nicht sogar von lebenswichtiger Bedeutung für die Entwicklung eines Rechenzentrums. Gerade deshalb, weil die Investitionen für ein Rechenzentrum relativ hoch sind und in den meisten Fällen nicht innerhalb kürzerer Zeit abgeschrieben werden können, sind die Erweiterungsbedürfnisse oder Erweiterungsmöglichkeiten vor einer definitiven Standortwahl zu analysieren.
Um eine Expansion durchführen zu können, bestehen grundsätzlich zwei Möglichkeiten:
1. Durch innere Reserve
2. Durch bauliche Erweiterung
Raumdisposition
Bei einer EDV-Anlage mit batchprocessing sind naturgemäß die Anforderungen an die "Lokalitäten" anders gelagert als zum Beispiel bei einem On-line-Rechenzentrum im Real-time-Betrieb. Ob für das zu projektierende Computercenter ein "open-shop"- oder ein "closed-shop"-Betrieb vorgesehen ist, kann ebenfalls von entscheidender Bedeutung für die Raumstruktur sein.
Grundsätzlich gehören zu einem Rechenzentrum in der Regel folgende technische und organisatorische Räumlichkeiten:
1. Maschinensaal für die EDV-Anlage, vorzugsweise mit Schleuse oder Pufferzone
2. Raum für die Datenerfassung
3. Raum für die Off-line-Geräte
4. Organisatorische Nebenräume
5. Archivräume
6. Technische Nebenräume:
a) Klimazentrale
b) Kältezentrale
c) Installationsraum für Sanitär und Heizung
d) Elektrozentrale (HV)
e) Unterbrechungsfreie Stromversorgung USV (evtl. Transformatorenstation und/oder Notstromaggregat)
Diverse Räume entsprechend der RZ-Größe (siehe Grafik).
Raumanordnung
Bei der Anordnung der Räume muß dem Daten- und Belegfluß, also den betrieblichen Funktionsbeziehungen, erste Priorität zugemessen werden.
Das bauliche Konzept sollte flexibel im Sinne eines universellen Verwaltungsgebäudes sein. Bei Neubauten sind alle Möglichkeiten der Variabilität vorzusehen; von der leeren Geschoßfläche über den Großraum mit oder ohne Stellwände bis zum Einzelbüro sollten alle denkbaren Nutzungsmöglichkeiten ohne große nachträgliche bauliche Umstellung möglich sein.
Fest steht, daß der Grundriß oder die Gesamtanlage nicht empirisch ermittelt werden kann und auch nicht allein einem "großen Wurf" entspringen kann. Hier muß die Lösung allein auf dem Weg über genaue Analysen der Betriebsabläufe gesucht werden. Andererseits dürfen subjektive Aspekte des Menschen und der Natur keinesfalls unterdrückt werden.
Proportionen im Systemraum und Layoutstudien
Für den EDV-Raum ist grundsätzlich ein quadratischer Grundriß anzustreben, das Seitenverhältnis soll sich zwischen 2:3 und 4:5 bewegen. Schmale Räume mit rechteckiger Grundfläche erschweren eine übersichtliche Anordnung und haben lange Bedienungswege zur Folge. Die optimale EDV-Raumform kann nur durch arbeitsintensive Layoutstudien gefunden werden, bei denen der Gesamtplaner bereits sämtliche Aspekte der Installationstechnik und der Raumgestaltung berücksichtigt. Anderseits dürfen subjektive Aspekte des Menschen und der Natur keinesfalls unterdrückt werden.
Lichte Raumhöhe, erforderliche Geschoßhöhe
Für die Festlegung der lichten Raumhöhe sind in erster Linie die Bestimmungen der Baugesetze maßgebend.
Die lichte Raumhöhe ist direkt abhängig vom vorgesehenen Klimasystem, welches unter anderem seinerseits in Relation zur Gesamtwärmelast des EDV-Systems und der Raumgröße steht. Im weiteren müssen die Belange der Beleuchtung, der Raumakustik sowie der Raumgestaltung berücksichtigt werden.
Im Interesse einer möglichen Erweiterung der EDV-Anlage ist im ganzen Rechenzentrumsgeschoß die gleiche Geschoßhöhe vorzusehen.
Als generelle Richtlinie für die Geschoßhöhe von EDV-Zentren können folgende Werte dienen:
1. Untere Geschoßdecke (Boden) rund 25 bis 35 cm
2. Montageboden rund 25 bis 50 cm
3. Lichte Raumhöhe rund 280 bis 400 cm
4. Installationsdecke brutto rund 50 bis 100 cm
5. Geschoßhöhe rund 380 bis 580 cm
6. Höhe OK-Rohboden, UK-Rohdecke rund 350 bis 550 cm
Menschengerechte Computerraumgestaltung
Verbal wird die Frage der Gestaltung im Rechenzentrum meistens gar nicht gestellt. Im landläufigen Sinn ist "Gestaltung" heute immer noch mit einem Fluidum des Emotionalen behaftet, für streng rational denkende Menschen also etwas Überflüssiges.
Bei Rechenzentren versteht man unter "Design" nicht "nur" eine baukünstlerische Leistung, sondern den gesamten Prozeß, der es möglich macht, daß Computer in einem Raum funktionieren und von Menschen bedient werden können. Also integrale Planung, also Schaffung von idealen Umweltbedingungen für die Maschinen und das Personal.
Im Mittelpunkt muß aber der Mensch stehen.
Leider ist dem jedoch nicht überall so, viele sogenannte Maschinenräume sind Maschinenabstellräume.
Die Wände müssen nicht unbedingt weiß sein, das Personal käme sich vielleicht weniger verloren vor, wenn die Decke nicht so monoton wirken würde, die Beleuchtung müßte nicht blenden, kalter Luftzug wäre nicht nötig; den Fußboden sollte man ohnehin jeden Tag reinigen. Warum also immer graue Farbe? In solchen Räumen tragen zitronengelbe und azurblaue Computer sicherlich nicht zu einer weniger fröstelnden Atmosphäre bei.
Ein Computercenter setzt sich aus mehr als einem Doppelboden, einer Doppeldecke, ein paar Schallschluckplatten, einer Klima- und Brandalarmanlage zusammen. Nicht die Vielzahl von Einzelelementen fügt sich additiv zu der visionären Gestalt, vielmehr sind alle Elemente Teile des Ganzen, und erst ihre gegenseitige Durchdringung innerhalb eines vielschichtigen Beziehungsnetzes ergibt die Gestalt.
Gestaltungsziele
Computersäle müssen wohnlich gestaltet werden, es muß eine gemütliche Atmosphäre geschaffen werden. Nur dadurch läßt sich der ständige Aufenthalt im künstlich konditionierten Raum, zur Tages- und Nachtzeit, sowie die nicht zu unterschätzende dauernde psychische Belastung des Bedienungspersonals innerhalb dieses elektronischen Mensch-Maschine-Systems ausgleichen. Neben dem visuellen Kontakt zur Außenwelt ist die Beziehung zur Natur aufrechtzuerhalten. An geeigneter Stelle sind Pflanzen und eventuell ein Aquarium als Ersatz für die freie Natur anzuordnen. Ein wesentlicher Faktor der Raumgestaltung für EDV-Anlagen ist die Vermeidung von Monotonie. Durch gezielte und ausgewogene Setzung von Raumakzenten durch Materialien, Pflanzen, Farben und Beleuchtung läßt sich das psychische und durch Sinnestäuschung das physische Wohlbefinden des Bedienungspersonals in entscheidendem Maße beeinflussen bzw. stimulieren und folglich die Arbeitsleistung erhalten.
Struktur und Textur der Raumoberflächen werden vorwiegend durch die Anforderungen der Beleuchtungstechnik und der Raumakustik bestimmt. Grundsätzlich sind nur offenporige Materialien und matte Oberflächen zu empfehlen. Schallharte und glänzende Stoffe sind auszuschließen. Die partielle Verwendung schwer entflammbarer und feuerhemmender Holzwerkstoffe kommt dem gesteckten Ziel einer wohnlichen Atmosphäre entgegen und schafft einen weiteren Kontrapunkt zur elektronischen Technik. Bei der Gestaltung der elektronischen Geräte müssen neben technisch-funktionellen Überlegungen besonders die heute bekannten Grundsätze der ergonomischen Gestaltung Anwendung finden.
Pflicht des Architekten und technischen Planers ist es, außer optimalen Funktionsbedingungen für die Computer mit technischen und formalen Mitteln arbeitsphysiologisch und arbeitspsychologisch günstige Voraussetzungen für eine menschliche Tätigkeit im Rechenzentrum zu schaffen.
Visueller Kontakt zur Außenwelt
Bei den großräumigen Rechenzentren werden die Fenster nicht für die Raumbelichtung benötigt. Aus akustischen Überlegungen und klimatechnischen Forderungen im Interesse eines minimalen Energieverlustes sollten die Fensterflächen so klein wie möglich sein. Man könnte nun den Schluß ziehen, daß unter diesen Umständen auf Fenster grundsätzlich verzichtet werden sollte, nicht zuletzt unter dem Aspekt der Sicherheit wäre dies verständlich. Wirtschaftliche Überlegungen einmal beiseite gelassen, kollidieren hier jedoch Maßnahmen zur Schaffung optimaler arbeitsphysiologischer Konditionen mit dem elementaren arbeitspsychologischen, also humanen Bedürfnis - Kontakt zur Außenwelt. Dieses Bedürfnis darf nicht aus sicherheitstechnischen Überlegungen heraus verleugnet werden. Sicherlich gibt es Leute, die behaupten, sie könnten an den Maschinen auch unter Tag, in einer Kaverne, arbeiten. Die Frage ist meines Erachtens nur, wie lange, ein halbes Jahr, ein Jahr oder fünf Jahre - bis sich seelische Störungen bemerkbar machen. Meiner Meinung nach sollten Rechenzentren nicht fensterlos, aber fensterarm konzipiert werden. Ein Anteil von 5% der Bodenfläche scheint mir die richtige Größenordnung zu sein.
Beleuchtung
Eine optimale Arbeitsplatzbeleuchtung wirkt sich nicht nur positiv auf die Leistung aus, sie verlangsamt auch den Ermüdungsprozeß und vermindert Fehlhandlungen. Je kleiner die zu beobachtenden Einzelheiten, je geringer ihr Kontrast zur Umgebung, je kürzer die zur Beobachtung zur Verfügung stehende Zeit, je schneller sie erkannt werden müssen oder sie sich bewegen, desto höher muß die Beleuchtungsstärke sein. Die meisten Geräte wie elektrische Steuer- und Recheneinheiten sowie Speicher werden optisch kontrolliert, so daß hier eine Blendung vermieden werden muß.
Bei Monitoren und Sichtterminals werden besonders hohe Anforderungen an die Beleuchtung gestellt; gemäß einer Untersuchung des Instituts für medizinische Optik der Universität München sollten folgende Punkte beachtet werden:
1. Der Bildschirm muß durch eine äußere Beleuchtung, die sich hinter dem Benutzer befindet, aufgehellt werden
2 Bei abwechselndem Arbeiten am Bildschirm und anderen Arbeitsunterlagen darf die Akkomodations-Einstellung der Augen nicht zu starken Schwankungen unterworfen werden
3 Die Farbe der Raumbeleuchtung solle derjenigen des Bildschirms angepaßt sein
Aufgabe des technischen Planers ist es, unter Berücksichtigung der Leuchtdichte und Beleuchtungsstärke, der Blendfreiheit, der Schattigkeit und der Lichtfarbe optimale Beleuchtungsverhältnisse zu schaffen.
Im Rechenzentrum können eine Adaptionsleuchtdichte von etwa 1500 cd/m2 und eine Umgebungsleuchtdichte von etwa 1200/m2 mit Beleuchtungsstärken von rund 800 lx als richtig erachtet werden.
Die Direktblendung durch Leuchten sollte man im Rechenzentrum dadurch verhindern, daß in einem Winkelbereich von 45° keine höheren Leuchtdichten als 4000 cd/m2 auftreten. Eine Reflexblendung ist nie gänzlich vermeidbar, solange Leuchtdichtekontraste vorhanden sind. Im Rahmen des Möglichen läßt sich die Reflexbildung auf folgende Art und Weise verringern:
1. Matte Oberflächen auf den Bedienungs- und Anzeigevorrichtungen
2. Ausgewogene und zum Teil diffuse Lichtverteilung an der Decke.
Das farbliche Aussehen von Sehobjekten wird nicht nur durch ihren spektralen Remissionsgrad, sondern auch von der spektralen Zusammensetzung des beleuchtenden Lichts beeinflußt. Die Lichtfarbe 'Universalweiß' mit rund 4200° K ist empfehlenswert, da es eine günstige Affinität zum Tageslicht aufweist.
Räumliches Sehen erfordert ein gewisses Maß an Schattigkeit. Bei Allgemeinbeleuchtung dürfen andererseits keine störenden Schatten (Schlagschatten) auftreten. Schattenwirkung auf Anzeigeelementen und Bedienteilen ist grundsätzlich zu vermeiden. Im Prinzip ist diffuses Licht günstig. Je mehr licht an Decke und Wände geht und je heller diese sind, um so diffuser wird die Beleuchtung.
Raumakustik
Ohne zusätzliche Schallschutzmaßnahmen kann mit einem permanenten Schallpegel von 75 dBA gerechnet werden, sofern alle Geräte in Betrieb sind. In diesem Schallklima ist ein dauernder Aufenthalt von Menschen unmöglich. Bekanntlich können starke Lärm-Dauerbelastungen zu Hörminderung, bei häufiger Wiederholung zu Hörverlusten und Störungen des vegetativen Nervensystems führen, was sich auf Leistung und Konzentrationsfähigkeit direkt auswirkt. Auf der anderen Seite hingegen ist eine gewisse Geräuschkulisse erforderlich. Vollständige Schalldämmung und -dämpfung hat eine bedrückende Atmosphäre zur Folge, schafft Monotonie und bewirkt ebenfalls Leistungsverminderung. Als Richtwerte für die raumakustischen Maßnahmen, die aufgrund entsprechender Berechnungen anzuordnen sind, können folgende Werte dienen:
1. Wünschenswerter Schallpegel 50 bis 55 dBA
2. Maximaler Grenzwert 70 dBA
3. Erforderliche Nachhallzeit 0,25 bis 0,35 s
Praktisch erzielt man eine Schallpegelsenkung, indem man den Anteil der schallharten Raum- und Geräteoberflächen auf das absolute Minimum reduziert und die übrigen Flächen durch geeignete Materialien optimal schallabsorbierend ausbildet.
Schallabsorptionsmaßnahmen versprechen aber nur dann einen Erfolg, wenn folgende Forderungen erfüllt sind:
1. Der Hallradius im Raum muß wesentlich kleiner sein als die Raumabmessungen; das diffuse Schallfeld muß also größer sein als das direkte Schallfeld
2. Durch die Vergrößerung der äquivalenten Schallabsorptionsfläche sollte eine Schallpegelreduktion von minimal 3 dB erreicht werden
Zur Schallabsorption werden hauptsächlich folgende Konstruktionen verwendet:
3. Poröse Schallabsorber, mit oder ohne perforierte Abdeckung (Mineralwolle mit Rieselschutz, Moltoprenschaumstoff usw.)
4. Resonanzabsorber, mit oder ohne Hohlraumhinterlegung mit einem porösen Material (z.B. einseitig geschlitzte Röhrenspanplatten).
Wichtig ist, daß die Absorption in einem maximal gestreckten Frequenzbereich (etwa 100 bis 4000 Hz) wirksam ist. Porige Absorber sind eher für höhere Frequenzen geeignet, Resonatoren absorbieren vorwiegend tiefere Frequenzen.
Fortsetzung in der nächsten CW-Ausgabe.
Helmuth Werner
studierte an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich, errang dort ein Berufsdiplom als Architekt-Techniker (Ing. grad.) und promovierte zum Magister der Architektur. Er ist seit zehn Jahren freiberuflicher Architekt mit Schwerpunkt in komplexen Gebäudegesamtplanungen.