新時(shí)期下大型數(shù)據(jù)中心機(jī)房給排水及消防設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

湯思恩

上海郵電設(shè)計(jì)咨詢研究院有限公司 上海 200092

引言

20世紀(jì)以來(lái)，全球的經(jīng)濟(jì)和科技都得到了非常驚人的發(fā)展，人類也在20世紀(jì)正式迎來(lái)了信息時(shí)代。互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的蓬勃發(fā)展讓各類信息采集和傳播技術(shù)得到了前所未有的水平，信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展和普及帶來(lái)的就是龐大的信息數(shù)據(jù)。2020年3月，黨中央提出了要加快5G網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心等新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)度。由于數(shù)據(jù)中心的給排水及消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有其特有的需求，故筆者結(jié)合近年來(lái)負(fù)責(zé)過(guò)和參與過(guò)的大型數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)，針對(duì)《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50174-2017（以下簡(jiǎn)稱《數(shù)規(guī)》）中的要求，總結(jié)并分析了給排水和消防的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

1 數(shù)據(jù)中心的構(gòu)成

大型數(shù)據(jù)中心一般包含各種類型的功能區(qū)域，主要包括：主機(jī)房、電力電池室、配電室、空調(diào)間、測(cè)試機(jī)房、運(yùn)營(yíng)商接入間、進(jìn)線間、備品備件間等。根據(jù)《數(shù)規(guī)》，數(shù)據(jù)中心主要分為以下三類：

A級(jí)數(shù)據(jù)中心：電子信息系統(tǒng)運(yùn)行中斷將造成重大的經(jīng)濟(jì)損失或公共場(chǎng)所秩序嚴(yán)重混亂的數(shù)據(jù)中心；

B級(jí)數(shù)據(jù)中心：電子信息系統(tǒng)運(yùn)行中斷將造成較大的經(jīng)濟(jì)損失或公共場(chǎng)所秩序混亂的數(shù)據(jù)中心；

不屬于A級(jí)或B級(jí)的數(shù)據(jù)中心為C級(jí)。

《數(shù)規(guī)》中對(duì)不同等級(jí)的數(shù)據(jù)中心都提出了不同的設(shè)計(jì)要求，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)對(duì)不同等級(jí)的數(shù)據(jù)中心有針對(duì)性地進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 數(shù)據(jù)中心機(jī)房給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

2.1 給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1.1 生活給水系統(tǒng)。由于大型數(shù)據(jù)機(jī)房一般不安排專人進(jìn)行值守，有安排值守的機(jī)房也僅僅是在其入口處設(shè)置一些保安人員及運(yùn)維人員的監(jiān)控室，并配套小型的衛(wèi)生間，生活給水管設(shè)計(jì)時(shí)完全避開(kāi)機(jī)房區(qū)域即可，無(wú)特殊要求。

2.1.2 生產(chǎn)給水系統(tǒng)。大型數(shù)據(jù)中心中生產(chǎn)給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是需要重點(diǎn)關(guān)注的，A級(jí)數(shù)據(jù)中心一般按12小時(shí)的冷卻水補(bǔ)水量設(shè)計(jì)冷卻塔補(bǔ)水池。冷卻塔補(bǔ)水系統(tǒng)設(shè)置時(shí)應(yīng)充分考慮冗余原則，即任意一點(diǎn)產(chǎn)生故障，均不影響整套生產(chǎn)供水系統(tǒng)的運(yùn)行。有條件的情況下，補(bǔ)水池應(yīng)設(shè)計(jì)為可獨(dú)立運(yùn)行的兩座水池，兩座水池的連通管、生產(chǎn)供水泵、生產(chǎn)水泵后端的供水管道亦按冗余原則設(shè)計(jì)，均設(shè)置充足的備份。設(shè)計(jì)時(shí)可將水泵后端的管道成環(huán)，并設(shè)置分段閥門，閥門設(shè)置時(shí)亦應(yīng)考慮該閥門損壞時(shí)是否影響供水，如有必要應(yīng)在同一個(gè)位置設(shè)置兩個(gè)閥門，保障系統(tǒng)安全。供屋頂冷卻塔的兩路供水環(huán)管，建議設(shè)置在不同的水管井內(nèi)，將兩路管道進(jìn)行物理分隔。此外，筆者在設(shè)計(jì)過(guò)程中還遇到部分業(yè)主擔(dān)心泵房出現(xiàn)整體事故，要求考慮泵房的冗余，為此設(shè)計(jì)了另一種供水方案：在傳統(tǒng)“水池——水泵——冷卻塔”供水系統(tǒng)外，另外，設(shè)置一套疊壓供水設(shè)備往冷卻塔補(bǔ)水，兩套設(shè)備共用生產(chǎn)供水環(huán)管，平時(shí)由疊壓供水設(shè)備優(yōu)先供水，市政斷水時(shí)啟動(dòng)生產(chǎn)供水泵組。該方案既滿足了業(yè)主的要求，又可充分利用市政水壓節(jié)能[1]。

機(jī)房空調(diào)間內(nèi)的空調(diào)根據(jù)暖通專業(yè)的要求，一般會(huì)設(shè)置加濕水補(bǔ)水系統(tǒng)。設(shè)計(jì)時(shí)一般不與冷卻水補(bǔ)水系統(tǒng)共用水泵，獨(dú)立設(shè)置一套供水設(shè)備，如市政水水質(zhì)一般，則可考慮在加濕水補(bǔ)水系統(tǒng)中設(shè)置軟化水裝置，減少水垢的產(chǎn)生。加濕水的供水管路無(wú)環(huán)狀供水的要求，可根據(jù)業(yè)主的需求來(lái)設(shè)計(jì)。為了避免管道出現(xiàn)漏水情況對(duì)機(jī)房造成嚴(yán)重影響，一般會(huì)選擇減少其進(jìn)入機(jī)房區(qū)域的長(zhǎng)度來(lái)進(jìn)行改善。筆者推薦的處理方法是將立管就近設(shè)置在加濕器旁，并將立管進(jìn)行包封，以此來(lái)減少漏水時(shí)對(duì)機(jī)房的影響。

2.2 雨水排水系統(tǒng)

《數(shù)規(guī)》中并未對(duì)雨水排水系統(tǒng)作出詳細(xì)規(guī)定，故重現(xiàn)期根據(jù)建筑的重要性確定。A級(jí)數(shù)據(jù)中心重要性很高，筆者建議A級(jí)數(shù)據(jù)中心的屋面總排水量按不小于100年重現(xiàn)期的雨水量確定，B級(jí)和C級(jí)數(shù)據(jù)中心按重要建筑設(shè)計(jì)，屋面總排水量不小于50年重現(xiàn)期的雨水量確定。因?yàn)閿?shù)據(jù)中心內(nèi)的電氣設(shè)備較多，故有條件的情況下應(yīng)盡量考慮采用外排水系統(tǒng)，以減少事故時(shí)對(duì)機(jī)房的影響，如采用內(nèi)排水系統(tǒng)，雨水立管應(yīng)盡量設(shè)置在走道等公共部位，不得布置在機(jī)房等關(guān)鍵區(qū)域內(nèi)。

2.3 污、廢水排水系統(tǒng)

2.3.1 生活污水系統(tǒng)。主要為衛(wèi)生間污水排水，就近排入室外污水井即可。

2.3.2 生產(chǎn)廢水系統(tǒng)。數(shù)據(jù)中心的生產(chǎn)廢水主要由以下四種：①冷凍機(jī)房?jī)?nèi)的排污水；②機(jī)房空調(diào)區(qū)域的冷凝水；③屋頂冷卻塔的排污水；④公共走道消防廢水。對(duì)于前兩種廢水，建議設(shè)置地漏收集后集中排入室外污水管網(wǎng)，接入污水管網(wǎng)前應(yīng)設(shè)置水封井或其他防止臭氣進(jìn)入室內(nèi)的措施，空調(diào)區(qū)的地漏根據(jù)《數(shù)規(guī)》應(yīng)采用潔凈室專用地漏或自閉式地漏，排水地漏應(yīng)直接安裝在空調(diào)附近和加濕器附近；對(duì)于屋頂冷卻塔的排污水，可在每個(gè)冷卻塔處設(shè)置一個(gè)DN100污水接口，各個(gè)污水接口匯合成一根單獨(dú)的污水立管排入室外污水管網(wǎng)；為了保障機(jī)房使用安全，對(duì)于公共區(qū)域消防時(shí)產(chǎn)生的廢水，應(yīng)在走道內(nèi)設(shè)置地漏，將消防廢水匯合排出，接入室外雨水管網(wǎng)。

3 數(shù)據(jù)中心機(jī)房消防設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

3.1 室內(nèi)消火栓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

消火栓系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意將消火栓箱設(shè)置在顯眼的位置，消火栓立管不得設(shè)置在數(shù)據(jù)機(jī)房及電池室等房間內(nèi)，避免檢修或者滲漏對(duì)機(jī)房產(chǎn)生影響。如遇到部分機(jī)房和空調(diào)區(qū)用墻體分隔，空調(diào)區(qū)進(jìn)深較大，無(wú)法保證空調(diào)區(qū)最深處滿足兩股水柱要求的情況時(shí)，可考慮在機(jī)房和空調(diào)區(qū)的隔墻上開(kāi)門，以滿足消火栓的布置要求。

3.2 自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)

《數(shù)規(guī)》中，A級(jí)機(jī)房在有異地備份的情況下，可以使用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，B、C級(jí)機(jī)房可以設(shè)置自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，一般運(yùn)營(yíng)商業(yè)主傾向于采用氣體滅火系統(tǒng)，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)業(yè)主傾向于采用經(jīng)濟(jì)性較高的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，系統(tǒng)選擇時(shí)還是需要根據(jù)各業(yè)主的具體需求來(lái)確定。如果機(jī)房?jī)?nèi)采用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)時(shí)，建議選用充氣雙連鎖預(yù)作用系統(tǒng)，并在報(bào)警閥室內(nèi)設(shè)置空壓機(jī)，對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行充氣，用于檢測(cè)管網(wǎng)是否漏水，可以避免管網(wǎng)充水時(shí)發(fā)生漏水現(xiàn)象對(duì)未起火區(qū)域造成影響。雙連鎖系統(tǒng)的啟動(dòng)方式則是在“火災(zāi)探測(cè)器或手動(dòng)火災(zāi)報(bào)警按鈕的報(bào)警信號(hào)”與“充氣管道上的壓力開(kāi)關(guān)報(bào)警信號(hào)”兩者均觸發(fā)時(shí)，啟動(dòng)預(yù)作用裝置從而啟動(dòng)消防泵，這種啟動(dòng)方式較單連鎖系統(tǒng)另外加了一道壓力開(kāi)關(guān)報(bào)警信號(hào)作為保險(xiǎn)，可以防止火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器誤動(dòng)作時(shí)造成管網(wǎng)充水情況的發(fā)生。綜合來(lái)說(shuō)，由于氣體滅火系統(tǒng)的造價(jià)、安全性等問(wèn)題的存在，使得在數(shù)據(jù)中心機(jī)房?jī)?nèi)采用水來(lái)滅火正逐漸地變成一種趨勢(shì)，在克服數(shù)據(jù)備份問(wèn)題后，未來(lái)的數(shù)據(jù)中心內(nèi)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)可能會(huì)占據(jù)主導(dǎo)地位。

3.3 滅火器配置

關(guān)于數(shù)據(jù)中心內(nèi)的滅火器的選擇，目前業(yè)界沒(méi)有形成統(tǒng)一的意見(jiàn)，主要觀點(diǎn)有以下兩種：①采用二氧化碳型滅火器。這種觀點(diǎn)的依據(jù)為《數(shù)規(guī)》13.3.5條，滅火劑不應(yīng)對(duì)電子信息設(shè)備造成污漬損害及《數(shù)據(jù)中心二氧化碳滅火器應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》T/CECS 808-2021中4.3.2條，高危險(xiǎn)級(jí)的數(shù)據(jù)中心（A級(jí)數(shù)據(jù)中心）單具滅火器最小配置滅火級(jí)別R為3Ea，可采用MT7（7kg）型手提式二氧化碳滅火器。這種觀點(diǎn)認(rèn)為干粉滅火器會(huì)對(duì)機(jī)柜造成污損，滅火之后會(huì)在其表面留下粉末狀態(tài)的覆蓋物，這些覆蓋物會(huì)對(duì)電子產(chǎn)品造成一定的污染，有些還會(huì)造成腐蝕作用，故應(yīng)采用二氧化碳滅火器作為機(jī)房的滅火手段[2]。②采用磷酸銨鹽干粉滅火器。這種觀點(diǎn)的依據(jù)是機(jī)房起火時(shí)，伴隨有機(jī)柜外殼等固體燃燒，包括E類（帶電）及A類（固體）火災(zāi)同時(shí)發(fā)生，而二氧化碳滅火器對(duì)A類火災(zāi)基本無(wú)效，僅能適用于帶電的B類火災(zāi)，故不應(yīng)該采用二氧化碳作為機(jī)房的滅火劑。綜合以上兩種觀點(diǎn)，筆者建議在機(jī)房?jī)?nèi)同時(shí)設(shè)置以上兩種類型滅火器，火勢(shì)較小時(shí)可判斷為電氣火災(zāi)，優(yōu)先采用二氧化碳型滅火器進(jìn)行滅火，如二氧化碳型滅火器無(wú)法撲滅或者火勢(shì)較大時(shí)，則直接采用磷酸銨鹽干粉滅火器進(jìn)行滅火，這樣設(shè)計(jì)既能最大限度地保護(hù)機(jī)柜不受滅火劑污損，又可以兼顧滅火效果。

3.4 氣體滅火系統(tǒng)

氣體滅火系統(tǒng)一直是數(shù)據(jù)中心消防設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，目前主要采用的滅火劑為七氟丙烷和IG541（惰性氣體）。當(dāng)采用IG541作為滅火劑時(shí)，由于鋼瓶?jī)?nèi)充壓壓力較高，故輸送距離較遠(yuǎn)，可達(dá)到130m左右；當(dāng)采用七氟丙烷作為滅火劑時(shí)，內(nèi)儲(chǔ)壓式的輸送距離僅能達(dá)到40m～50m，外儲(chǔ)壓式的輸送距離可達(dá)到200m左右。IG541的優(yōu)勢(shì)在于：①輸送距離較遠(yuǎn)，鋼瓶間位置靈活；②系統(tǒng)造價(jià)較低；③滅火劑無(wú)毒無(wú)污染；缺點(diǎn)則是需要占用較大的鋼瓶間。七氟丙烷的優(yōu)勢(shì)在于：①鋼瓶間占地較??；②當(dāng)采用外儲(chǔ)壓式時(shí)鋼瓶間位置非常靈活；缺點(diǎn)則是：①造價(jià)相對(duì)較高；②當(dāng)采用內(nèi)儲(chǔ)壓式時(shí)，輸送距離太短，只適用于中小型數(shù)據(jù)中心；③七氟丙烷有低毒性且對(duì)大氣有污染。綜合比較兩種滅火劑，在大型數(shù)據(jù)中心中采用IG541系統(tǒng)更合適，七氟丙烷系統(tǒng)更適用于中小型數(shù)據(jù)中心。此外，對(duì)于那些僅建設(shè)一部分機(jī)房，剩余的機(jī)房留待后期需求明確后再建設(shè)的項(xiàng)目，在設(shè)計(jì)時(shí)推薦采用IG541系統(tǒng)。因?yàn)樵诜雷o(hù)區(qū)沒(méi)確定的情況下，初期建設(shè)好的七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)因?yàn)槠淦ヅ涠炔粔蜢`活，經(jīng)常會(huì)發(fā)生鋼瓶滅火濃度不夠，如果再加一個(gè)鋼瓶，又會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)有毒濃度的情況，而IG541因?yàn)槠錈o(wú)毒性，故沒(méi)有這種限制，IG541在那些大小不同的防護(hù)空間內(nèi)使用情況會(huì)更好[3]。

設(shè)計(jì)時(shí)需要與建筑專業(yè)配合，確定各層鋼瓶間的位置，一般將相近體積的防護(hù)區(qū)劃分到同一套管網(wǎng)滅火系統(tǒng)內(nèi)，并按照8個(gè)防護(hù)區(qū)建設(shè)一套氣體滅火系統(tǒng)的原則，在平面上確定好鋼瓶間的位置。對(duì)于部分體積較小或者超過(guò)氣體滅火系統(tǒng)輸送距離的防護(hù)區(qū)，可以采用預(yù)制式氣體滅火系統(tǒng)。預(yù)制滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意該系統(tǒng)一般只適用于小型防護(hù)區(qū)，防護(hù)區(qū)面積不應(yīng)超過(guò)500m2，體積不得超過(guò)1600m2。

綜上所述，對(duì)于大型數(shù)據(jù)機(jī)房而言，IG541氣體滅火系統(tǒng)在舒適性、安全性以及可靠性均較為出色，筆者推薦優(yōu)先采用該系統(tǒng)；在中小型數(shù)據(jù)中心中，兩者各有利弊，應(yīng)綜合權(quán)衡后確定。

3.5 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)

細(xì)水霧系統(tǒng)主要應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心主機(jī)房中，用于替代氣體滅火系統(tǒng)。該系統(tǒng)相較于氣體滅火系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于：①安全性較高，無(wú)鋼瓶爆炸及滅火時(shí)人員窒息的風(fēng)險(xiǎn)；②供水管道管徑較小，減少了走道內(nèi)及機(jī)房?jī)?nèi)管綜排布的壓力。目前，細(xì)水霧系統(tǒng)之所以沒(méi)有大規(guī)模得到應(yīng)用，主要是由于其相對(duì)氣體滅火系統(tǒng)而言，造價(jià)相對(duì)較高；另外在滅火后，部分殘留水霧顆?？赡苣Y(jié)成水滴，影響了機(jī)柜的安全性。細(xì)水霧系統(tǒng)主要在金融行業(yè)的自用機(jī)房?jī)?nèi)使用較多，礙于篇幅本文不再展開(kāi)。

4 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)的大型數(shù)據(jù)中心機(jī)房的給排水及消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作非常復(fù)雜，相比于一般建筑物而言，需要考慮到機(jī)房?jī)?nèi)電子設(shè)備的安全性，因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)和修改上都會(huì)面臨諸多需要考慮的問(wèn)題，加上一些機(jī)房的規(guī)模較大，機(jī)房?jī)?nèi)安裝的管線數(shù)量繁多，走廊的綜合管線如何合理排布也是一個(gè)值得思考的問(wèn)題，希望通過(guò)本文的總結(jié)和分析，能夠給今后設(shè)計(jì)師提供有效參考和幫助，以促進(jìn)維護(hù)我國(guó)大型數(shù)據(jù)中心機(jī)房的穩(wěn)定運(yùn)行。