如何设计大型数据中心的消防系统

如何设计大型数据中心的消防系统

摘 要：随着大型企业数据中心不断整合和集中化管理，单个主机房的面积和容积也越来越大。由于数据中心机房内设备和数据极为重要，气体灭火系统在数据中心的设置尤为重要。 随着大型企业数据中心不断整合和集中化管理，单个主机房的面积和容积也越来越大。由于数据中心机房内设备和数据极为重要，气体灭火系统在数据中心的设置尤为重要。针对目前设计普遍存在的问题，如防护区范围的确定，喷头和管网的设置，泄压装置和灾后通风系统设置等，提出解决方案，旨在有效提高气体灭火系统的灭火效率。

根据国内规范《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045--95，2005年版）、《建筑设计防火规范》（GB50016--2006）、《电子信息系统机房设计规范》（GB50174—2008）和国外相关规范，如美国通信工业协会（T认）标准《数据中心的通信基础设施标准》（Telecommunications infrastructure standard for datacenters）相关要求，一个大型数据中心应设置自动灭火系统（含气体自动灭火系统）。数据中心的机房、电池电力室、变配电房、介质室等不适宜用水灭火的地方，必须采用自动灭火系统保护。

气体灭火系统在灭火时不会对设备造成损害，现阶段已成为保护这种场所最常见的自动灭火系统，也是最重要的系统之一。

1.系统选型

现阶段可选择的用于数据中心机房的气体灭火系统有七氟丙烷、IG一541、二氧化碳灭火系统。由于二氧化碳有窒息作用，喷射时会对停留在保护区域的人员造成严重伤害，甚至死

亡，只能用于无人场所。数据中心机房属于经常有人维护的场所，不可选用二氧化碳灭火系统。IG一541灭火系统相比七氟丙烷灭火系统，具有以下优点：

（1）IG一541由自然存在于大气中的惰性气体组成，对环境无害，可长期使用。

（2）在规定的灭火浓度下对人体无害，可在有人工作的场所安全使用。

（3）火灾高温时惰性气体不会产生任何酸性化学分解物，无腐蚀作用。

（4）不会在保护区域内产生大量白色浓雾，影响人员及时疏散。

因需处理大量的数据，数据中心机房生产核心区的布置与普通计算机房有本质的区别。此外，为了便于网络连接、设备布置等，其主机房、辅助机房采用大开间，以满足日后功能区域灵活调整的要求。所以，单个数据中心机房的面积和容积越来越大，近年来，新建大型单个数据中心机房的面积多为500～1000㎡，2007年竣工的某银行上海数据中心，最大的一个机房的面积为1677m2，层高为6.5m，容积达到l0900.5m3。

IG一541灭火系统对于远距离输送气体具有较大优势，应为数据中心首选的气体灭火系统。备压式七氟丙烷灭火系统将灭火剂和动力气体分别储存于不同容器内，在喷放灭火剂时，把动力气充入灭火剂储存钢瓶，使灭火剂容器内的压力迅速升高，推动灭火剂高速通过管网系统，实施喷放灭火，大大提高了灭火剂输送距离，最远可达150m。

目前上海市针对该系统颁布了建筑产品推荐地方标准——《海盾外贮压式七氟丙烷灭火系统技术规程》，但国家相关消防规范没有提及该系统，其管网计算缺少相关条文作为依据，因此，应尽快完善相关规范的编制，让设计、施工等建设环节有法可依。

2.系统设计相关问题分析

目前，气体灭火系统的设计主要执行《气体灭火系统设计规范》（GB50370--2005），笔者针对气体灭火系统的一些设计误区进行分析，供设计探讨。

2.1“Sandwich（三文治）”式平面布置防护区范围由于数据中心机房机架发热量巨大，空调机房需要与数据中心机房形成“Sandwich（三文治）”式的平面布置（见图1），即数据中心机房夹在两个空调机房中间，这样才可有效降温。空调机房的面积占10％--15％，一般采用下送风、上回风系统，并且空调机房与数据中心机房通过下送风管道和回风口、回风管连通。空调机房和数据中心机房之间的隔墙需布置大量的回风口。

图1“Sandwich（三文治）”式的平面布置示意图

根据以往工程经验，采用空调机房和数据中心机房合为一个防护区较为合理，优点是无需安装大量防火阀，易出故障的联动设备少，可有效提高灭火可靠性，同时确保昂贵的空调设备得到可靠保护，增加了机房使用面积。

2.2下送风风道气体灭火管网处理

因数据中心多数采用下送风方式（见图2），一般会有500～

700mm高的下送风风道，气体灭火系统应如何考虑此部分容积和管网布置。

图2 数据中心空调送风系统剖面

机房一般布置为下送风、下走线和下送风、上走线两种方式。下送风、下走线方式风道及强弱电缆均布设在活动地板下，需在活动地板下设置气体灭火系统探测器和喷嘴。下送风、上走线方式，下送风风道由于没有其他可燃物，只是送风功能，发生火灾概率极低，可不设置气体灭火系统探测器和喷嘴。值得注意的是，由于下送风风道与机房空间通过送风口相连，下送风风道容积需计人机房容积。这也符合《气体灭火系统设计规范》（GB50370--2005）

3.2.4条规定“防护82给水排水区划分应符合下列规定：防护区宜以单个封闭空间划分；同一区间的吊顶层和地板下需同时保护时，可合为一个防护区。”这样可确保机房内灭火浓度，灭火可靠性得到保证。

2.3泄压装置

泄压口的设置是气体灭火系统设计最易遗漏的部分之一，《气体灭火系统设计规范》实施前，大多数防护区未设泄压口。其原因有设计单位的失误，如某些设计人员认为机房采用了不上锁的可外开弹簧门，可不设泄压口；也有消防工程施工单位偷工减料的原因，他们认为这属于土建施工单位的工作范围，不属于消防工程。但基于以下原因：①机房内所有孔洞均应采用防火材料进行严密封堵；②机房基本采用上锁的防火门，不采用不上锁的可外开弹簧门；③IG一541灭火系统喷放时，灭火浓度约为37.5％，经计算此时防护区的正压值达到0.6～0.8MPa。所以，防护区必须设置泄压口。事实证明，在全国范围也发生多起防护区未设泄压口，气体喷放时造成了围护结构倒塌的事件。《气体灭火系统设计规范》关于泄压口的设置有以下规定：3.2.7条（强制性条文）“防护区应设置泄压口，七氟丙烷灭火系统的泄压口应位于防护区净高的2／3以上。”3.2.8条“防护区设置的泄压口，宜设在外墙上。 泄压口面积按相应气体灭火系统设计规定计算。”3.2.9条“喷放灭火剂前，防护区内除泄压口外的开口应能自行关闭。”条文对泄压口的设置高度、大小、开口时间作了规定，但没提及泄压口在平时是否开启。一般数据机房大面积防护区泄压口总面积超过0.5m2，如果泄压口平时保持开启，必将带来防水、防泄漏冷气、防火、防尘等系列问题。泄压口平时关闭，仅在气体喷放前打开泄压。这就需要采用泄压装置，下面简单介绍两种常见的泄压装置：

（1）自动泄压阀（见图3）。工作原理：气体喷放后，防护区压力达到设定值时，测压装置发出动作信号，迅速将叶片从关闭状态转变为开启状态，快速释放防护区内的超压空气。当空气压力下降至设定值后，测压装置再次发出动作信号，叶片关闭。