Korrosionsrisiken Rechenzentrum


Die schleichende Gefahr: Korrosionsrisiken in der RZ-Klimatisierung

Wärmetauscher von Freikühlanlagen gehören zu den betriebskritisch wichtigen Komponenten von Rechenzentren. Da die Luft-Wasser-Wärmetauscher direkten Emissionen aus der Außenluft ausgesetzt sind, bestehen für sie oftmals standortbedingte Risiken durch Korrosion und Verschmutzung.

Ein grundlegendes Verständnis der verschiedenen Korrosionsschutzmaßnahmen für Luft-Wasser-Wärmetauscher sowie der im Kaltwasserkreislauf ablaufenden korrosiven Prozesse kann maßgeblich zu mehr Investitionsschutz im Rechenzentrumsbetrieb beitragen. 

Bei der Klimatisierung von Rechenzentren können schon minimale Störungen massive Konsequenzen mit sich bringen. Um Ausfallrisiken möglichst weit zu reduzieren, setzt man im IT-Bereich deshalb auf fest definierte Verfügbarkeitsklassen mit doppeltem oder sogar mehrfach redundantem Systemaufbau. Neben planerischen Ansätzen sollte ein effektives Verfügbarkeitskonzept zudem Instandhaltungs- und Service-Maßnahmen beinhalten. Dichtigkeitskontrolle, regelmäßige Filterwechsel und die Reinigung von Wärmetauscherflächen sind dabei selbstverständlich.

Damit ein energieeffizienter und gleichzeitig sicherer Betrieb sichergestellt ist, sollten sich RZ-Betreiber darüber hinaus auch mit dem Thema Korrosionsschutz auseinandersetzen. Oft vernachlässigt, schützt ein grundlegendes Verständnis von korrosiven Prozessen im Kühl- und Klimasystem langfristig vor teuren Überraschungen. Da je nach individuellen Umgebungsfaktoren alle Kältekomponenten mehr oder weniger starken korrosiven Prozessen ausgesetzt sind, ist es oft nur eine Frage der Zeit, bis messbare Materialveränderungen in wichtigen Bauteilen auftreten. Die richtige Wahl des Korrosionsschutzes kann Rechenzentrumsbetreiber jedoch dabei unterstützen, die Lebensdauer von Kühl- und Präzisionsklimasystemen zu verlängern und ungeplante Ausfallzeiten zu reduzieren.


Grundlagen der Korrosionsbildung

Aus physikalischer Sicht beschreibt Korrosion die messbare Reaktion eines Metalls mit seiner Umgebung. Daraus resultierend entsteht meist ein schleichender Prozess, der im Laufe der Zeit zu Beeinträchtigungen der Funktion eines Bauteils oder sogar eines kompletten Systems führen kann. Ausgelöst werden korrosive Vorgänge durch chemische oder elektrochemische Substanzen in der Umgebungsluft oder durch den Kontakt zweier unterschiedlicher Metalle. Korrosion tritt zwar prinzipiell überall auf, ungünstige Umweltbedingungen können einen langsamen natürlichen Abtragungsprozess jedoch drastisch beschleunigen.

In Kälteanlagen sind beispielsweise Rohre und Lamellen von Wärmetauschern ständig der Außenluft ausgesetzt, was sie grundsätzlich anfälliger für korrosiven Abtrag macht. Korrosion kann dabei schwerwiegende Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit von Kältesystemen haben. Bei besonders ungünstigen Umweltbedingungen können Wärmetauscher so stark beschädigt werden, dass sie sich verformen oder einzelne Lamellen brechen. Luftstromblockaden sowie eine Verringerung der effektiven Wärmetauscherfläche reduzieren dann den Wirkungsgrad des Kältesystems. Oftmals sind bereits erfolgte Schädigungen der Materialstruktur zudem irreversibel und erfordern teure Reparaturen oder sogar einen Austausch.

Zu den häufigsten Korrosionsursachen in der Kältetechnik zählen die Sauerstoff- und die Säurekorrosion. Sauerstoffkorrosion wird dadurch verursacht, dass ein Metall mit Sauerstoff reagiert und dann Oxide ausbildet. Bei Kupfer und bei Aluminium schützt die so entstehende natürliche Oxidschicht das Innere des Metalls, so dass eine Oxidierung hier sogar als vorteilhaft angesehen werden kann. Die Formen der Säurekorrosion sind jedoch weitaus aggressiver als die Prozesse der Sauerstoffkorrosion. An Standorten mit hoher industrieller Belastung können Emissionen die Korrosionsrate erheblich beschleunigen. Verbindungen wie Stick- und Schwefeloxide sowie Ammoniak, Chloride und Kohlenmonoxid reagieren mit Kupfer und Aluminium und bilden Säuren, die zu mikroskopischen Vertiefungen im Material führen können. Dieser Prozess wird auch als "Pitting" bezeichnet und kann schon innerhalb weniger Monate schwerste Korrosionsschäden verursachen. Die größten Risikofaktoren für einen beschleunigten korrosiven Abtrag finden sich dabei an Standorten mit Schwerindustrie, hoher Verkehrsdichte oder in direkter Nähe von landwirtschaftlich genutzten Flächen.

Sobald mehr als ein Metall in einem kältetechnischen Bauteil verwendet wird, kann in einem System die sogenannte galvanische Korrosion auftreten. In Kombination mit einem Elektrolyten wie Salzwasser beginnen Ionen eines „unedleren“ Metalls, in die Richtung eines "edleren" Metalls zu fließen. Dieser Prozess führt irgendwann zu einem Abtrag des Metalls, das seine Ionen abgibt. Davon besonders betroffen sind Kupfer-Aluminium-Bauteile sowie Metallkombinationen innerhalb von Umgebungen mit hoher Salzwasserbelastung. Speziell bei Aluminium-Microchannel-Wärmetauschern, die über eine Kupferverrohrung verbunden sind, kann die galvanische Korrosion erheblichen Schaden anrichten. Bruch und Verstopfung der feinen Mikrokanäle führen dann zu partiellen Druckverlusten oder sogar zu Kältemittelleckagen. Weitere Faktoren wie die Verwendung von minderwertigen Metallen erhöhen das Korrosionsrisiko zusätzlich. Brüche und Löcher an der Oberfläche können zudem vermehrt Wasser einfangen und so die Zersetzung beschleunigen. Generell erhöhen ein warm-feuchtes Klima sowie häufige Temperaturschwankungen ebenfalls das allgemeine Korrosionsrisiko.


Korrosionsschutzverfahren und ihre Vorteile

Dank moderner Verfahrenstechnik existieren heute umfangreiche Möglichkeiten, Wärmetauscher effektiv vor Korrosion zu schützen. Jede Methode hat dabei individuelle Vor- und Nachteile. Dickere Aluminium-Lamellen schützen beispielsweise vor frühzeitigem Lamellenbruch und sind sogar relativ kostengünstig umzusetzen. Das zusätzliche Material verzögert die strukturellen Auswirkungen korrosiver Prozesse und verlängert so den Zeitraum, bis es zu einem Lamellenbruch kommt. Im Anlagenbetrieb reduziert die vergrößerte Lamellenbreite jedoch den Luftstrom und damit den Wirkungsgrad des Wärmetauschers. Eine bessere Möglichkeit ist der Einsatz von Cu/Cu-Coil-Fins. Sie ermöglichen es, die Auswirkungen von galvanischer Korrosion vollständig zu eliminieren, da Rohre und Lamellen im Wärmetauscher vollständig in Kupfer ausgeführt sind. Darüber hinaus behält der Wärmetauscher auch seine Wärmeleitungseigenschaften bei. Nachteile ergeben sich vor allem durch die höheren Materialkosten sowie beim mangelnden Schutz vor Sauerstoff-Korrosion.

Neben strukturellen Maßnahmen können auch Beschichtungstechniken zum Korrosionsschutz beitragen. Moderne Deckschichten werden dabei mittels Drucksprühsystemen direkt auf die Oberfläche der Wärmetauscherbauteile aufgebracht. Häufig wird hier ein nichtreaktives Harz wie Epoxid verwendet, um die Metallkomponenten vor sauren Lösungen in der Atmosphäre zu schützen. Die Sprühbeschichtung bietet Schutz vor allen Korrosionsarten und ist im Vergleich zu anderen Beschichtungsarten relativ kostengünstig. Die energetisch ungünstige, relativ große Schichtdicke reduziert jedoch die Effizienz der Kälteanlage, da sie sich negativ auf die Wärmeleitfähigkeit auswirkt. Zusätzliche Druckverluste erhöhen außerdem die Leistungsaufnahme der Ventilatoren. Spezielle Epoxidharze verwenden deshalb aluminiumpigmentiertes Polyurethan. Bei entsprechender Anwendung bietet das Material selbst einen hervorragenden Schutz. Es lässt sich zudem sehr gleichmäßig aufbringen und sorgt so für eine hohe Uniformität der einzelnen Schichten. Ein bekanntes Problem aller Sprühbeschichtungen sind jedoch mögliche Lücken in der Deckschicht. Diese sind aufgrund der Sprühtechnik nie ganz auszuschließen und begünstigen die Entstehung von punktuellen Korrosionsstellen. Sprühbeschichtungen sind deshalb für herkömmliche Aufstellbedingungen empfehlenswert. Sie eignen sich aufgrund der beschriebenen Verfahrensschwächen aber weniger für Standorte mit sehr hoher Umgebungsbelastung.

Anders als die Sprühbeschichtung punktet die kathodische Tauchlackierung mit einer hohen Schichten-Uniformität. Bei diesem Verfahren wird der Wärmetauscher elektrisch aufgeladen und dann komplett in ein Chemikalienbad eingetaucht. Die Beschichtung haftet so gleichmäßig auf allen Oberflächen. Bei entsprechend sorgfältiger Montage sind deshalb keinerlei Schutzlücken zu erwarten. Neben einem hohen Uniformitätsgrad, also einer sehr gleichmäßigen Schichtdicke, erzielt die Kataphorese darüber hinaus die dünnste Schutzschicht aller Beschichtungsverfahren und hat nur geringe Auswirkungen auf die Wärmeleitfähigkeit. Das spezielle ElectroFin-Verfahren verwendet zusätzlich kationisches Epoxidpolymer, das per kathodischer Tauchlackierung aufgetragen wird und einen hervorragenden Schutz gegen alle Arten von Korrosion erreicht. Nachteilig ist hier allerdings der deutlich höhere Preis für den technisch aufwändigen Beschichtungsprozess.


Übersicht verschiedener Korrosionsschutz-Verfahren für Microchannel-Wärmetauscher

Verfahren

Uniformität

Schichtdicke

Salzsprühtest

Verlust der Wärmeleitfähigkeit

Zusatzkosten

Zusätzliche Lamellendicke---~5%Niedrig
Cu/Cu-Coil-Fins ---~0%Mittel
Sprühbeschichtung (Epoxid)Ok50 - 70 μm1500+ Stunden~3-5%Mittel
Sprühbeschichtung (pigmentiertes Epoxid)Gut25 - 30 μm11.000+ Stunden0-3%Sehr hoch
Kathodische Tauchlackierung (ElectroFin)Sehr gut15 - 25 μm6.000+ Stunden0-1%Hoch

Aus dem obigen Vergleich der verschiedenen Korrosionsschutzverfahren lassen sich direkte Schlussfolgerungen für die Praxis ableiten. Eine Sprühbeschichtung mit aluminiumpigmentiertem Polyurethan bietet aufgrund der sehr guten Ergebnisse aus dem Salzsprühtest den effektivsten Schutz. Das Risiko von punktuellen Schutzlücken bleibt hier jedoch bestehen. Obwohl sie einen niedrigeren Salzsprühwert aufweist, überzeugt deshalb die kathodische Tauchlackierung (E-Coating) – vor allem durch die zuverlässigere Beschichtungstechnik. Eine Beschichtung mit Epoxidharz liegt zwar sowohl bei Leistungsminderung und Korrosionsschutzwirkung hinter anderen Verfahren, dies aber bei deutlich niedrigeren Verfahrenskosten.

Strukturelle Maßnahmen wie Cu-Lamellen/Cu-Rohren und verbreiterte Aluminium-Lamellen sind fertigungstechnisch relativ einfach umzusetzen. Verbreiterte Aluminiumlamellen sind zwar die kostengünstigste Lösung, aber auch die unsicherste. Aluminium-Lamellen mit höherer Lamellendicke sollten deshalb vorzugsweise in Kombination mit anderen Schutztechniken eingesetzt werden. Cu/Cu-Coil-Fins sind relativ teuer und bieten im Vergleich zu Aluminium-Lamellen nur einen begrenzten Vorteil. Da sie hauptsächlich vor galvanischer Korrosion schützen, kommen sie vor allem für Anlagen in unmittelbarer Meeresnähe in Frage.


Standortbedingungen und Schutzverfahren

Standortbedingungen

Korrosionsfaktoren

Geeignetes Schutzverfahren

Flughafen/Hohe Verkehrsdichte Allgemeine Korrosion von NOx, SOx und COSprühbeschichtung oder E-Coating
IndustrieAllgemeine Korrosion von NOx, SOx, CO, Ammoniak, Chlor, etc.Sprühbeschichtung oder E-Coating
MeeresnäheGalvanische Korrosion durch hochkonzentriertes Salzwasser.Cu/Cu-Coil-Fins
KüsteGalvanische Korrosion durch niedrig konzentriertes Salzwasser.Cu/Cu-Coil-Lamellen, Sprühbeschichtung oder E-Coating
LandwirtschaftAllgemeine Korrosion durch NOx, SOx und AmmoniakSprühbeschichtung oder E-Coating
Kombinierte StandortbedingungenGalvanische und allgemeine KorrosionHochwertige Sprühbeschichtung oder E-Coating


Wasserqualität als wichtiger Faktor

Als Teil des vorbeugenden Korrosionsschutzes ist neben einer standortbezogenen Bewertung der Korrosionsrisiken für die eingesetzten Luft-Wasser-Wärmetauscher auch eine kontinuierliche Überwachung der im Kaltwasserkreislauf herrschenden Wasserparameter entscheidend. Denn Betreiber, die schon bei der Erstbefüllung ihrer Anlage kontinuierlich auf die richtige Wasserqualität achten, verbessern nicht nur die allgemeine Systemlebensdauer, sondern profitieren auch dauerhaft von einer höheren Effizienz. Hierbei spielt auch die Art der Kältesysteme eine wichtige Rolle. In der Rechenzentrumskühlung wird hauptsächlich zwischen zwei verschiedenen wassergekühlten Systemaufbauten unterschieden: Präzisionsklimageräte mit integriertem DX-Kältekreislauf und wassergekühltem Kondensator oder Kaltwasser-Innengeräte, die über Wärmetauscher mit einem zentralen Kaltwassersatz verbunden sind. Für eine lange Betriebsdauer und uneingeschränkte Funktion ist bei beiden Varianten ein von Fremdpartikeln und sedimentierenden Stoffen freier und sauerstoffdichter Wasserkreislauf sicherzustellen. Aktuelle Forschungsprojekte zeigen, dass bei geschlossenen Kreisläufen in Kalt- und Kühlwassersystemen schon innerhalb von ein bis zwei Jahren erste Korrosionsschäden auftreten können. Diese sind nicht nur wegen Rohrleitungsschäden und eventuellen Undichtigkeiten ein Problem, sondern auch, weil abgeplatzte Korrosionspartikel leicht Pumpen, Filter oder die Kapillaren von Wärmetauschern zusetzen. Eine praxisnahe Leitlinie zur Herstellung und Wahrung der idealen Wasserqualität stellt unter anderem der Bundesindustrieverband technische Gebäudeausrüstung zur Verfügung. Die BTGA-Regel 3.003 beschreibt in diesem Zusammenhang die allgemeine Vorgehensweise und behandelt wichtige Aspekte wie Wasserzusammensetzung, Wartung und Qualitätskontrolle.

Für einen umfassenden Korrosionsschutz ist die Qualität des Wassers im Kreislauf elementar, da mit ihr das Risiko von Korrosionsschäden direkt steigt und fällt. Die Wasserqualität an sich lässt sich aber nicht nur anhand eines einzigen Parameters bewerten, denn die Interpretation der Wasserzusammensetzung kann je nach Anwendungszweck und Bedingungen ganz unterschiedlich ausfallen. Denn die Korrosivität eines bestimmten Wassergemisches wird nicht bei jedem Werkstoff und Kühlkreislauf identisch eingestuft. In den meisten Wasserkreisläufen kommt ein Materialmix von Stoffen zum Einsatz, die sich maßgeblich in ihren chemischen Eigenschaften unterscheiden. Die wichtigsten Komponenten sind dabei Schwarzstahl, Kupfer, Edelstahl, Grauguss, Aluminium, Silberlot und Gummidichtungen. Eine konstruktive Korrosionsvorbeugung, beispielsweise durch Vereinheitlichung der Werkstoffe, ist meist sehr aufwendig und nicht umsetzbar. Daher stellt sich die Frage, wie sich das System alternativ vor Korrosion schützen lässt. Als einzige sinnvolle und zudem einfachste Möglichkeit des Korrosionsschutzes in Kaltwassersystemen bleibt oft nur die kontinuierliche Kontrolle und Anpassung der Wasserbedingungen.


Häufige Korrosionsarten im Kaltwasserkreislauf

  • Die Sauerstoffkorrosion entsteht durch gelösten Sauerstoff im Wasser. Bei geschlossenen Systemen baut er sich mit der Zeit ab, allerdings ist generell ein Restsauerstoffgehalt anzunehmen. Reagieren Sauerstoff, Wasser und das Metall (meist Eisen) miteinander, kommt es zu einer Oxidation bzw. Korrosion des Metalls.
  • Bei der Säurekorrosion werden Metalle durch einen zu niedrigen pH-Wert (<5 pH) von Säure angegriffen und zersetzt bzw. in Ionen abgespalten, sodass sich schließlich elementarer Wasserstoff bildet. Die Reaktion kann ohne Sauerstoff stattfinden und verläuft aggressiver und schneller, je saurer das Milieu ist.
  • Die Elektrochemische Korrosion wird auch als galvanische Korrosion bezeichnet. Es müssen sich zwei Werkstoffe berühren, die in der elektrochemischen Spannungsreihe der Metalle einen großen Potenzialunterschied besitzen. Das unedlere Metall gibt Elektronen ab und wird oxidiert. In der Folge kommt es zu einer stetigen Zersetzung des Werkstoffes. Dabei verläuft die Korrosion aggressiver und schneller, je weiter die Metalle in der galvanischen Spannungsreihe auseinander stehen. Als leitendes Umgebungsmedium fungiert das Wasser mit seinen darin enthaltenden Salzen.
  • Die bakterielle Korrosion kann ebenfalls ohne Sauersoff vonstattengehen. Bakterien entziehen dem Metall Elektronen, woraufhin das Material oxidiert. Als Abfallprodukt der Bakterien entsteht Schwefeloxid, welches einen starken Geruch des umgebenden Mediums bewirkt und ein Indiz für eine bakteriologische Belastung sein kann.

Vor allem der Sauerstoffgehalt hat massive Auswirkungen auf mögliche Korrosionsprozesse im Kaltwasserkreislauf. Ist ein hoher Sauerstoffanteil im Wasser vorhanden, kann gleichzeitig auch von einem hohen Korrosionsrisiko ausgegangen werden. In geschlossenen Systemen baut sich dieser Anteil allerdings schnell ab. Um einer Sauerstoff-Korrosion vorzubeugen, besteht zudem die Möglichkeit, Sauerstoff chemisch zu binden. Doch auch weitere Faktoren tragen zur Korrosivität des Kreislaufwassers bei. Dazu zählen der pH-Wert, die Wasserhärte sowie die Leitfähigkeit des Wassers.


Beurteilungskriterien und Qualitätsaspekte

Der pH-Wert gilt als Maß für die Stärke einer sauren oder basischen wässrigen Lösung. Der durchschnittliche pH-Wert von Leitungswasser liegt bei 7,5. Sowohl ein zu hoher als auch ein zu niedriger pH-Wert sollten vermieden werden. Verschiedene Materialien haben unterschiedliche pH-Wertebereiche, in denen sie eine schützende Oxidschicht ausbilden können. Wird dieser Bereich eines verbauten Materials unter- oder überschritten, steigt das Korrosionsrisiko deutlich. Es kann zur genannten Säurekorrosion kommen. Die Problematik beim pH-Wert ist, dass in der Praxis nach Befüllen einer Anlage noch ein großer Anteil gelöster Kohlensäure im Kreislaufwasser enthalten ist. Dieser Anteil entweicht nach und nach als Kohlenstoffdioxid – aufgrund der fehlenden Kohlensäure steigt dann der pH-Wert. Ein genaues Einstellen des pH-Wertes ist somit fast unmöglich. Liegt im Rohrnetz ein Materialmix vor, so verkleinert sich der Wertebereich, in dem der pH-Wert nicht korrosiv auf jegliche Komponenten wirkt, stark. In untenstehender Abbildung ist dies verdeutlicht.

Die Härte des Wassers wird durch den Gehalt an Erdalkalimetall-Ionen im Wasser definiert. Zum einen existiert die Carbonat-Härte, die auch als temporäre Härte bezeichnet wird. Hierbei handelt es sich hauptsächlich um die Kationen von Magnesium und Calcium. Andererseits gibt es einen Anteil von permanenter Härte, die nicht als unlöslicher Feststoff ausfallen kann. Die nicht permanenten Hydrogenkarbonate, welche beim Befüllen eines Kreislaufes im Wasser gelöst sind, fallen an den warmen Abschnitten des Kreislaufes in Kohlenstoffdioxid und Carbonate aus. In der Umgangssprache ist diese Verbindung auch unter dem Namen „Kalk“ bekannt. Dieser setzt sich von innen an den Wärmetauscherflächen und Rohrleitungen fest und kann so erhebliche Effizienzverluste der gesamten Anlage zur Folge haben.

Die Leitfähigkeit des Wassers wird durch die Menge der im Wasser gelösten Anionen und Kationen bestimmt. Dazu zählen Härtebildner wie Magnesium, Calcium und Hydrogencarbonat, aber auch Salze und gelöste Metallionen. Je mehr Teilchen vorhanden sind, desto höher ist die Leitfähigkeit und somit auch die Anfälligkeit gegenüber elektrolytischer Korrosion. Zudem steigt die Wahrscheinlichkeit für Ausfällungen im Wasser. Der bekannteste Vertreter ist hier der Kalk, welcher in Kaltwassersystemen stets am wärmsten Punkt mit der geringsten Fließgeschwindigkeit ausfällt, was in den meisten Fällen der Wärmetauscher ist. Hierbei besteht die akute Gefahr, dass sich der Wärmetauscher zusetzt, was oftmals mit enormen Effizienzeinbußen einhergeht. Grund hierfür ist die verringerte Kontaktfläche und der weit geringere Wärmeleitkoeffizient von Kalk im Vergleich zu Kupfer. Ein partielles Festsetzen von Kalk kann auch zu Spannungsrissen im Wärmetauscher führen, weil die Wärmeausdehnung unterschiedlich ist. Allerdings bedeutet eine hohe Leitfähigkeit nicht zwingend ein größeres Risiko. Zum Beispiel erhöhen Korrosionsinhibitoren die Leitfähigkeit ebenfalls, was in diesem Fall aber kein Problem darstellt.

Bei der Überprüfung der Wasserbedingungen sollte auch ein besonderes Augenmerk auf den Salzen liegen. Vor allem gelöste Salze sind kritisch für den Kaltwasserkreislauf, da sie sehr reaktionsfreudig sind und Ausfällungen sowie Korrosionen bewirken. Chlorid ist das Salz der Salzsäure und der stabilste Parameter im Kreislaufsystem. In erster Linie dient es als chemischer Katalysator, der auch Korrosionsvorgänge verstärkt. Im Rahmen dieser Beschleunigung bleibt das Chlorid jedoch erhalten und wird nicht verbraucht. Zudem greift Chlorid die Passivschichten von Metallen an und bietet der normalen Sauerstoffkorrosion somit mehr Angriffsfläche. Unter bestimmten Umständen kann Chlorid aber auch durch punktuelle Verletzungen zu Lochkorrosion führen.

Sulfat ist das Salz der Schwefelsäure und dient einer vorhandenen Bakteriologie im Kreislaufsystem als Nahrungsgrundlage. Es handelt sich dann um sulfatreduzierende Bakterien. Ein weiteres Indiz für eine Sulfatreduzierung kann auch eine Verbindung von Calcium und Sulfat zu Calciumsulfat sein. Diese sehr harten Beläge sorgen in der Regel für schlechte Temperaturübergänge und für eine ineffiziente Betriebsweise. Durch bakterielle Prozesse wandelt sich Nitrat zu Ammonium und reagiert bei Leitungen aus Kupfer zum sogenannten Kupfer-Ammonium-Komplex, der in der Lage ist, ohne Sauerstoffzufuhr Eisen zu oxidieren und dabei wieder in Ammonium und Kupfer zu zerfallen. Mittels Komplexbildung oxidiert das Ammonium also fortlaufend die Eisenbauteile in einem Kreislauf. Der Nitratwert von Leitungswasser ist meist gering und im technischen Bereich ab ca. 5 mg/l als kritisch zu betrachten. Wegen steigender Nitratkonzentration im Grundwasser, insbesondere in landwirtschaftlichen Bereichen, gewinnt der Nitratwert bei der Bewertung von Korrosionsrisiken immer mehr an Relevanz.


Säurekorrosion bei Wasser-Glykol-Gemischen

Um ein Einfrieren des Rohrsystems zu verhindern, werden außengeführte Wasserkreisläufe, wie etwa die Verbindung zwischen Outdoor-Kaltwassersatz und CRAH, mit einem Wasser-Glykol-Gemisch befüllt. Glykol kann unter bestimmten Voraussetzungen die korrosiven Eigenschaften des Füllwassers allerdings verstärken. Ist Sauerstoff im Wasser gelöst, kann sich das Glykol nämlich zersetzen, dabei entstehen Säuren, die das Wasser-Glykol-Gemisch ansäuern, das heißt, sie senken den pH-Wert. Die Ansäuerung des Gemisches kann pH-Werte von unter 4 erreichen. Aufgrund dieser Tatsache enthalten die Frostschutzkonzentrate neben normalen Korrosionsinhibitoren auch gleich Säureneutralisierer, welche die Versäuerung bis zu einem gewissen Grad puffern können.

Allerdings sind diese Säurepuffer im Gemisch nur begrenzt vorhanden, weshalb pH-Wert und Glykolgehalt regelmäßig kontrolliert werden sollten. Sinkt die Glykol-Konzentration unter den Minimalwert der Herstellerangabe, ist außerdem ein erhöhtes Wachstum von Bakterien zu erwarten. Als Folge entstehen organische Ablagerungen, die die Basis für bakterielle Korrosion bilden können. Übliche Minimalwerte sind 20 Volumen-Prozent für Ethylenglykol und 25 Volumen-Prozent für Propylenglykol. Hier sind im Einzelfall die Hersteller von Glykolen zu kontaktieren sowie die technischen Datenblätter der Hersteller zu beachten.


Fazit

Kühl- und Präzisionsklimaanlagen übernehmen heute über lange Zeiträume von 10 bis 15 Jahren wichtige betriebskritische Aufgaben. Beim langfristigen Erhalt der Anlagenleistung spielt deshalb das passende Service-Konzept eine tragende Rolle. Neben obligatorischen Dichtigkeitsprüfungen sollte in einer umfassenden Wartungsstrategie deshalb auch der Korrosionsschutz Berücksichtigung finden. Denn bei regelmäßiger Überprüfung bleibt nicht nur der Wirkungsgrad der Luft-Wasser-Wärmetauscher erhalten, auch die gesamte Anlagenlebensdauer lässt sich so erheblich verlängern. Um den Korrosionsschutz dauerhaft zu verbessern, empfiehlt es sich, in regelmäßigen Abständen groben Schmutz wie Blätter, Pollen und Staub mit einem Industriestaubsauger von den Wärmetauscherflächen zu entfernen. Die Beschichtung muss anschließend gründlich auf Verunreinigungen und Schäden überprüft werden. Feiner Schmutz und Verklebungen lassen sich am besten mit einem Hochdruckreiniger oder einem Wasserschlauch entfernen. Bei der Verwendung von zusätzlichen Reinigungsmitteln ist zudem darauf zu achten, dass Reinigungsmittel und Beschichtung zueinander kompatibel sind.

Ergänzend dazu sollten sich Betreiber auch mit der Wasserqualität und den entsprechenden Empfehlungen aus der BTGA-Regel 3.003 auseinandersetzen. Sie besitzt für Kühlungssysteme von Rechenzentren enorme Aussagekraft. Auch wenn detaillierte Empfehlungen immer vom Einzelfall abhängig sind, lässt sich generell sagen, dass zumindest der Sauerstoffgehalt im Kreislaufwasser regelmäßig kontrolliert werden sollte. Gemäß der BTGA-Regel 3.003 sind zudem Chloride und Sulfate zu mindern und es empfiehlt sich allgemein die Verwendung von salzarmem Wasser. Darüber hinaus sollte der pH-Wert, je nach individueller Werkstoffbeständigkeit, auf einem mittleren Level gehalten werden. Auch eine Enthärtung sowie Resthärtestabilisierung zählen zu den empfehlenswerten Maßnahmen. Die Verwendung von entmineralisiertem Wasser ist aufgrund seiner sauren und reaktionsfreudigen Wirkung jedoch eher als nachteilig anzusehen.

 

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Tobias Wolf
Stellv. Leiter Produktmanagement STULZ

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