某数据中心机房自动灭火系统设计与分析
时间：2023-04-09 19:35:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
朱明秋， 马忠秋
（中通服咨询设计研究院有限公司， 南京 210000）
引起数据机房火灾的原因主要有供电或用电设备起火、 通风效果差、 电缆线路短路、 焊接或切割引入的外部火源等。
火灾类型主要包括带电火灾和固体物质火灾。
合理设计数据中心机房的自动灭火系统， 可有效灭火、 避免设备浸水损坏、 方便管线及消防设施的安装、 减少投资等。
本文以某典型数据中心项目为例， 对比分析了不同自动灭火系统在数据中心机房的应用情况。
本项目为多层民用建筑， 建筑主体为钢筋混凝土框架结构， 耐火等级为二级， 其中三、 四层房间功能为数据中心机房、 电池电力室， 机房标准为A级， 其余楼层均为办公。
三、 四层平面布置见图1。
图1 数据中心三、 四层平面布置Fig. 1 Plan layout of the third and the fourth floors of the data center
建筑内部的走道、 电梯厅、 办公室等配套用房均按GB 50016—2014《建筑设计防火规范》（2018 年版）要求， 设计消火栓系统、 湿式自动喷水系统及配置灭火器。
本文主要探讨三、 四层数据中心机房自动灭火系统的可行性方案设计。
根据GB 50016—2014（2018 年版）中8.3.9 条规定［1］， 重要的数据机房、 变配电室和不间断电源（UPS）室应设置自动灭火系统， 可采用气体灭火系统或细水雾系统。
当数据中心机房有备用主机房， 且设置在不同建筑内或同一建筑内的不同防火分区时，还可采用预作用自动喷水灭火系统。
本文分别就数据中心机房自动喷水灭火系统可采用的气体灭火系统、 细水雾灭火系统及预作用自动喷水灭火系统进行具体设计和分析， 并对不同系统进行综合对比。
2.1 气体灭火系统
目前用于数据机房的气体灭火系统主要有七氟丙烷和IG541 两种灭火系统， 两者均能有效达到预期的保护目标［2-3］。
2.1.1 七氟丙烷气体灭火系统
本工程采用1 套组合分配式七氟丙烷气体灭火系统， 灭火方式为全淹没式， 储瓶容器的增压压力等级为三级（（5.6 ＋0.1）MPa， 20 ℃， 表压）， 储瓶容器规格为90 L， 每瓶充装量为60 kg。
气体灭火系统保护对象为数据机房、 电池电力室， 共计8 个防护区。
灭火系统的储存装置72 h 内可重新恢复工作， 因此不考虑储存备用量。
具体设计计算参数及结果详见表1。
组合分配式系统灭火储存量按最大防护区确定， 由表1 可知本系统需设置24 只储瓶， 七氟丙烷总药剂量为1 440 kg， 需在三层或四层中间部位设置1 个约26 m2的储瓶间， 满足灭火剂储瓶、 启动瓶等部件的布置。
表1 七氟丙烷灭火系统设计计算参数及结果Tab. 1 Design calculation parameters and results of heptafluoropropane fire extinguishing system
2.1.2 IG541 气体灭火系统
本工程采用1 套组合分配式IG541 气体灭火系统， 灭火方式为全淹没式， 储瓶容器的增压压力等级为一级（15.0 MPa， 20 ℃， 表压）， 储瓶容器规格为90 L， 每瓶充装量为19 kg。
气体灭火系统保护对象为数据机房、 电池电力室， 共计8 个防护区。
灭火系统的储存装置72 h 内可重新恢复工作， 因此不考虑储存备用量。
具体设计计算参数及结果见表2。
组合分配式系统灭火储存量按最大防护区确定， 由表2 可知本系统需设置74 只储瓶， IG541总药剂量为1 406.26 kg， 需在三层或四层设置1 个约48 m2的储瓶间， 满足灭火剂储瓶、 启动瓶等部件的布置。
表2 IG541 灭火系统设计计算参数及结果Tab. 2 Design calculation parameters and results of IG541 fire extinguishing system
2.1.3 操作与控制
组合分配式灭火系统应设自动控制、 手动控制和机械应急操作3 种启动方式。
各防护区灭火控制系统的有关信息均传送至消防控制室。
2.1.4 系统比较
从系统组成及灭火机理、 设计参数、 灭火输送距离、 泄压口安装要求及面积、 系统分配、 安全性、 灭火剂用量、 投资等方面， 分析对比七氟丙烷、 IG541 气体灭火系统， 结果详见表3。
表3 七氟丙烷和IG541 气体灭火系统对比Tab. 3 Comparation between heptafluoropropane and IG541 fire extinguishing systems
2.2 细水雾灭火系统
细水雾灭火系统具有节能环保、 高效灭火、 消烟除毒、 电绝缘性等特点， 应用于国内外地铁隧道、 电力系统、 图书馆、 档案馆以及一些防护等级较高的银行数据机房等工程项目［4］。
细水雾灭火系统是一种绿色防灾新技术， 应用效果有待试验和论证， 在实际工程应用中， 系统方案还应获得业内专家和消防部门的认可。
本项目的火灾类型属于E 类火灾， 考虑其火灾特点， 保护区选用开式全淹没系统进行保护， 系统由高压泵组、 补水增压装置、 不锈钢水箱、 区控制阀组、 细水雾开式喷头等组成， 高压泵组由主泵、 安全溢流阀、 阀件、 机架等组成。
本项目共8个防护区， 根据GB 50898—2013《细水雾灭火系统技术规范》中3.4.5 条规定， 单个防护区的容积对于泵组系统不宜超过3 000 m3， 采用全淹没应用方式的开式系统［5］， 其防护区数量不应大于3 个， 故设3 套高压泵组。
各系统的设计流量按最大灭火防护区内喷头同时动作的数量确定， 工作压力按最不利点喷头工作压力10 MPa 设计， 系统持续喷雾时间30 min， 选用流量系数K ＝1.0 的开式喷头， 系统响应时间不大于30 s。
分区控制阀具有自动、 手动和机械应急操作启动功能， 关闭阀门采用手动操作方式。
具体设计计算参数及结果详见表4。
表4 细水雾灭火系统设计计算参数及结果Tab. 4 Calculation parameters and results of water mist fire extinguishing system
2.3 预作用自动喷水灭火系统
预作用自动喷水灭火系统在准工作状态时配水管道内不充水， 发生火灾时由火灾自动报警系统控制预作用装置， 启动消防水泵， 向配水管网供水。可以有效地避免在无火灾时， 湿式系统喷头的玻璃泡破裂， 产生误动作喷水的情况出现， 影响机房内机柜的运行。
因此当数据机房有备用主机房时，预作用自动喷水灭火系统也可作为一种有效的灭火方式。
本工程数据机房预作用自动喷水灭火系统按中危险Ⅱ级设计［6］， 采用双连锁预作用系统， 即火灾探测器和喷头均动作后自动开启预作用报警阀组向配水管网供水的闭式系统［7］。
基本参数如下：
喷水强度8 L／（min·m2）， 作用面积208 m2， 持续喷水时间1 h， 喷头工作压力0.1 MPa， 系统设计用水量28 L／s， 一次灭火消防用水量100.8 m3。
预作用报警阀组设置在建筑内的报警阀间， 1个预作用报警阀所控制的喷头数不大于800 只， 每层和每个防火分区设信号蝶阀和水流指示器， 分区报警， 消防泵的工况信号全部反馈至消防控制中心。
为降低水消防对数据机房内设备的影响， 在走道及公共区域设计相应的消防排水系统， 即间隔一定的距离在走道设置1 个DN 100 地漏， 地漏接至排水立管上， 立管排水管引出室外排至室外雨水井。
2.4 数据中心机房自动灭火系统方案对比
从系统组成及灭火机理、 设计参数、 管网及喷头安装要求、 建设维护要求、 安全性、 适用性、 投资等方面， 对气体灭火系统、 细水雾灭火系统、 预作用自动喷水灭火系统进行分析对比， 结果见表5。
由表5 可以看出3 种自动灭火系统各有利弊，在实际工程设计中， 应根据项目的具体情况， 选择合适的自动灭火系统。
表5 数据机房自动灭火系统对比Tab. 5 Comparation of automatic fire extinguishing systems in data center
（1） 气体灭火系统目前已广泛运用于国内已建、 在建的大中小型数据中心， 其中七氟丙烷气体灭火系统适合短距离供气灭火系统， IG541 气体灭火系统适合长距离供气灭火系统， 但IG541 气体含有少量CO2成分， 对自然环境有一定的影响。
（2） 预作用自动喷水灭火系统总投资最低， 安装维护简单， 避免了湿式系统误喷和管道漏水、 干式系统动作时间长的缺点， 灭火时水可以降低火灾场所内烟尘的含量， 对人员和自然环境伤害小， 但设备受水渍损伤较大。
（3） 细水雾灭火系统工艺较复杂， 设备安装要求高， 综合性能一般， 由于每套系统保护的防护区数量少、 容积小， 总投资较高， 且大部分互联网公司的集团标准主推气体灭火系统和预作用自动喷水灭火系统， 目前国内已建数据中心项目很少采用。
综上所述， 当数据中心没有备用主机房时， 通过合理布置储瓶间的位置， 控制灭火剂的输送距离， 推荐采用碳排放量较低的七氟丙烷气体灭火系统；
当数据中心有备用主机房时， 推荐采用性价比较高的预作用自动喷水灭火系统。
