Bedrohungsszenarien und Schadenspotenziale

USV

Laut der Bundesnetzagentur sank die durchschnittliche Unterbrechungsdauer je angeschlossenem Letztverbraucher im Jahr 2020 im Vergleich zum Vorjahr um 1,47 Minuten auf 10,73 Minuten, was die bisher geringste Ausfallzeit seit der ersten Veröffentlichung im Jahr 2006 darstellt. Diese Statistik basiert auf Berichten der Betreiber von Energieversorgungsnetzen über alle Versorgungsunterbrechungen, die länger als drei Minuten dauerten, und berücksichtigt keine Ausfälle aufgrund höherer Gewalt​. (https://www.bundesnetzagentur.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/DE/2021/20210823_SAIDI-Strom.html)

Als geeignete Gegenmaßnahme werden USV-Anlagen verwendet.
(Wiederholung des Themas aus Systemtechnik Teil I)

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Klimaanlagen

Die elektrische Leistung, die von Computern und anderen elektronischen Geräten verbraucht wird, wird fast vollständig in Wärme umgesetzt. Das liegt daran, dass die elektrische Energie, die zum Betreiben der Komponenten eines Computers verwendet wird – wie Prozessor (CPU), Grafikprozessor (GPU), Festplatten und andere Teile – letztendlich durch verschiedene Formen von Widerstand und ineffiziente Energieumwandlungen in Wärmeenergie umgewandelt wird.
In der Praxis bedeutet das, dass wenn ein Computer eine elektrische Leistung von 100 Watt verbraucht, nahezu die gesamte dieser Energie (also nahezu 100%) letztendlich als Wärme in die Umgebung abgegeben wird. Dies ist ein wichtiger Faktor bei der Planung der Kühlung und der thermischen Verwaltung in Datenzentren, Büros und sogar in Heimanwendungen, wo die durch Computer und andere Geräte erzeugte Wärme die Raumtemperatur signifikant beeinflussen kann.

Die höchstzulässigen Temperaturen für verschiedene Komponenten eines Computers können je nach Hersteller, Modell und Bauart variieren. Allerdings gibt es allgemeine Richtwerte, die Ihnen eine Vorstellung davon geben, welche Temperaturen typischerweise als sicher gelten. Hier sind einige allgemeine Richtlinien:

CPU (Central Processing Unit)

• Maximale Temperatur: Die meisten modernen CPUs sollten unter Last Temperaturen von etwa 95°C nicht überschreiten. Einige Hochleistungsprozessoren können höhere Temperaturen tolerieren, aber es ist im Allgemeinen sicher, sie unter dieser Schwelle zu halten.

GPU (Graphics Processing Unit)

• Maximale Temperatur: Ähnlich wie CPUs können viele moderne GPUs Temperaturen bis zu 95°C unter Last aushalten. High-End-Gaming- und Workstation-GPUs haben oft ähnliche oder leicht höhere Toleranzen, aber es wird empfohlen, die Temperatur unter 85°C bis 90°C zu halten, um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten.

Festplatten

• HDDs (Hard Disk Drives): Die optimale Betriebstemperatur liegt zwischen 0°C und 60°C, wobei viele Hersteller maximale Betriebstemperaturen von etwa 60°C angeben.
• SSDs (Solid State Drives): SSDs haben ähnliche Toleranzen, funktionieren aber oft am besten bei etwas niedrigeren Temperaturen, typischerweise zwischen 0°C und 70°C.

Motherboard

• Maximale Temperatur: Die Temperaturgrenzen für Motherboards sind weniger einheitlich, aber Temperaturen über 80°C sollten vermieden werden, besonders im Bereich um die CPU und die Spannungswandler.

RAM (Random Access Memory)

• Maximale Temperatur: RAM ist ziemlich hitzebeständig, aber Temperaturen über 85°C können zu Instabilitäten oder Schäden führen.

Netzteil (PSU)

• Maximale Temperatur: Netzteile haben oft eingebaute Überhitzungsschutzmechanismen, aber es ist ratsam, sie unter 85°C zu halten.

Zur Minderung der Temperaturen werden Klimaanlagen eingesetzt.
Die notwendige Leistung einer Klimaanlage wird üblicherweise in Kilowatt (kW) oder in British Thermal Units (BTU) pro Stunde berechnet.

Die Berücksichtigung der Wärme, die von elektrischen Verbrauchern (wie Computern, Beleuchtungseinrichtungen und anderen Geräten) in einem Raum erzeugt wird, ist entscheidend für eine präzise Berechnung der benötigten Kühlleistung einer Klimaanlage. Diese Geräte setzen fast die gesamte verbrauchte elektrische Energie in Wärme um, was die Raumtemperatur erhöhen kann. Um die Gesamtkühlleistung zu ermitteln, die notwendig ist, um einen Raum effektiv zu kühlen, muss die Wärmeabgabe dieser Geräte in die Berechnung einbezogen werden.


1. Bestimmung der Wärmeabgabe pro Gerät:
   - Die Wärmeabgabe (oft in Watt angegeben) kann direkt den Spezifikationen der Geräte entnommen werden. Falls diese Information nicht verfügbar ist, kann der elektrische Verbrauch (ebenfalls in Watt) als Näherungswert für die Wärmeabgabe verwendet werden, da der Großteil der verbrauchten elektrischen Energie in Wärme umgewandelt wird.

2. Berechnung der Gesamtwärmeabgabe:
   - Addieren Sie die Wärmeabgaben aller Geräte im Raum, um die Gesamtwärmeabgabe zu ermitteln.

3. Umrechnung in BTU/h (falls notwendig):
   - Falls Ihre Klimaanlage die Kühlleistung in BTU/h (British Thermal Units pro Stunde) angibt, müssen Sie die Gesamtwärmeabgabe von Watt in BTU/h umrechnen. Die Umrechnungsformel lautet:
     BTU/h = Watt  * 3.412

4. Hinzufügen zur erforderlichen Kühlleistung aufgrund der Raumgröße:
   - Berechnen Sie die erforderliche Kühlleistung aufgrund der Raumgröße.

Eine grobe Schätzung der benötigten Kühlleistung kann mit der folgenden Faustregel durchgeführt werden:

$\text{K}\ddot{\text{u}}\text{hlleistung in kW}={\text{Fl}\ddot{\text{a}}\text{che des Raumes in m}}^2\times 0.06{\text{kW/m}}^2$

Anschließend addieren Sie die aufgrund der Verbraucher berechnete zusätzliche Wärmeabgabe zur grundlegenden Kühlleistung.

Beispiel

Angenommen, ein Raum hat eine Grundkühlleistungsanforderung von 5.000 BTU/h (basierend auf Größe, Isolierung usw.), und es gibt drei Computer, die jeweils 300 Watt, sowie Beleuchtung, die insgesamt 200 Watt verbraucht. Die Gesamtwärmeabgabe der Geräte wäre:

3 Computer a 300 Watt+ 200 Watt = 1.100 Watt

Umrechnung in BTU/h:

1.100 Watt * 3.412 = 3.753,2 BTU/h

Die gesamte erforderliche Kühlleistung wäre somit:

5.000 BTU/h}+ 3.753,2 BTU/h = 8.753,2 BTU/h

Diese Berechnung zeigt, dass die Wärmeabgabe durch Verbraucher signifikant zur benötigten Gesamtkühlleistung beiträgt und daher nicht vernachlässigt werden sollte.