數(shù)據(jù)中心自動(dòng)滅火系統(tǒng)應(yīng)用分析

作者簡(jiǎn)介：

黃旭光（1963- ），男，漢族，浙江杭州人，本科，高級(jí)工程師，研究方向：電信機(jī)房、數(shù)據(jù)中心建筑給排水設(shè)計(jì)。

摘要：數(shù)據(jù)中心作為互聯(lián)網(wǎng)核心交通樞紐，其運(yùn)行安全可靠至關(guān)重要。針對(duì)數(shù)據(jù)機(jī)房功能特點(diǎn)以及自動(dòng)氣體滅火系統(tǒng)、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，并結(jié)合2個(gè)數(shù)據(jù)中心園區(qū)消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例[1]，認(rèn)為配電房、電池室機(jī)房必須采用自動(dòng)氣體滅火系統(tǒng)，其他功能機(jī)房根據(jù)數(shù)據(jù)備份要求選擇滅火系統(tǒng)，門廳、走廊、庫(kù)房等公共空間則采用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，超大面積機(jī)房的數(shù)據(jù)中心應(yīng)首選預(yù)作用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。該結(jié)論有助于優(yōu)化數(shù)據(jù)中心的自動(dòng)滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可供其他數(shù)據(jù)中心建設(shè)參考。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心；機(jī)房消防；自動(dòng)氣體滅火系統(tǒng)；自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)

引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)+、云計(jì)算等無(wú)不依托于數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心已成為互聯(lián)網(wǎng)核心交通樞紐?！笆糯蟆币院螅瑖?guó)家大力推行云計(jì)算、大數(shù)據(jù)，“東數(shù)西算”工程在全國(guó)范圍內(nèi)規(guī)劃10個(gè)國(guó)家數(shù)據(jù)中心樞紐節(jié)點(diǎn)，掀起了全國(guó)建設(shè)浪潮。文言一心、ChatGPT、智能駕駛等人工智能技術(shù)、數(shù)字貨幣、加密貨幣等均需要數(shù)字中心提供算力支持。數(shù)字中心已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)的構(gòu)成要素，是數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展基石，經(jīng)濟(jì)社會(huì)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要支撐。當(dāng)數(shù)據(jù)中心運(yùn)行出現(xiàn)癱瘓時(shí)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成的損失是巨大的，數(shù)據(jù)中心安全、可靠與社會(huì)的方方面面密切相連?；馂?zāi)是數(shù)據(jù)中心運(yùn)行時(shí)主要危險(xiǎn)因素之一，目前在實(shí)際工程的運(yùn)行中，自動(dòng)滅火設(shè)施是保障數(shù)據(jù)中心安全運(yùn)行必不可少的防護(hù)手段。本文將依據(jù)數(shù)據(jù)中心火災(zāi)特點(diǎn)，對(duì)比自動(dòng)滅火系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用進(jìn)行分析。

一、數(shù)據(jù)中心火災(zāi)分析

數(shù)字時(shí)代發(fā)展日新月異、技術(shù)快速迭代，核心設(shè)備服務(wù)器布置應(yīng)靈活可變。為滿足發(fā)展的需要，數(shù)據(jù)中心機(jī)房通常采用高大開(kāi)間布局，單間數(shù)據(jù)機(jī)房的面積越建越大。比如某數(shù)據(jù)中心，最大的一個(gè)機(jī)房的面積達(dá)1200m2，層高5.5m，體積6600m3。數(shù)據(jù)中心機(jī)房面積增大給自動(dòng)滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)必需既能高效滅火，又投資合理。

互聯(lián)網(wǎng)的核心設(shè)備是計(jì)算機(jī)服務(wù)器，數(shù)據(jù)機(jī)房是服務(wù)器的工作場(chǎng)所。連排數(shù)據(jù)機(jī)柜中的服務(wù)器承載著海量的數(shù)據(jù)信息，是數(shù)字經(jīng)濟(jì)建設(shè)和服務(wù)的關(guān)鍵。當(dāng)某個(gè)機(jī)柜著火時(shí)，若不能及時(shí)撲滅，火災(zāi)會(huì)迅速蔓延至相鄰的機(jī)柜，進(jìn)而火勢(shì)增大，也可能蔓延至整個(gè)數(shù)據(jù)機(jī)房空間，造成不可逆轉(zhuǎn)的巨大損失。因而選擇合適的滅火系統(tǒng)，及時(shí)快速控制火情蔓延、高效撲滅火災(zāi)至關(guān)重要。有統(tǒng)計(jì)表明，如果使用自動(dòng)滅火設(shè)備，可以將75%的火勢(shì)控制在起火對(duì)象周圍，火勢(shì)僅有5%的機(jī)會(huì)蔓延至相鄰設(shè)備[2]。

根據(jù)《建筑防火通用規(guī)范》（GB550037-2022）[3]、《消防通用設(shè)施規(guī)范》（GB550036-2022）[4]、《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016-2014）、《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50174-2017）[5]相關(guān)要求，大型數(shù)據(jù)中心應(yīng)設(shè)置室內(nèi)外消火栓系統(tǒng)、自動(dòng)滅火系統(tǒng)。其中自動(dòng)滅火系統(tǒng)分為自動(dòng)氣體滅火系統(tǒng)、自動(dòng)噴水系統(tǒng)兩大類。文章將分類別進(jìn)行介紹，并對(duì)比優(yōu)缺點(diǎn)，以便選擇適合于具體工程的滅火系統(tǒng)。

二、數(shù)據(jù)中心自動(dòng)滅火系統(tǒng)

（一）自動(dòng)氣體滅火系統(tǒng)

自動(dòng)氣體滅火系統(tǒng)是通過(guò)噴射藥劑撲滅火災(zāi)，屬化學(xué)滅火。早期使用鹵代烷1211、1301滅火劑，在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)鹵族元素對(duì)地球臭氧層造成破壞，因而根據(jù)《蒙特利爾破壞臭氧層物質(zhì)管制議定書（Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer）》，已列入停止使用范圍。鹵代烷替代品有氫氟碳化合物（HFC）包括七氟丙烷（FM-200）、三氟甲烷（FE-13）、全氟己酮（Novec1230）、混合氣體（IG541）、氮?dú)猓↖G100）等。目前數(shù)據(jù)中心主要用到的是七氟丙烷和混合氣體，詳述如下：

七氟丙烷（FM-200）是化學(xué)滅火劑，滅火劑熱分解會(huì)產(chǎn)生含氟的自由基，與燃燒反應(yīng)過(guò)程中活性自由基發(fā)生氣相作用，從而抑制燃燒過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)施滅火，具有控火率高、瞬間滅火的效果。七氟丙烷滅火劑的成本較高，管道施工成本相對(duì)較低。

混合氣體滅火是讓機(jī)房空間充滿混合氣體，使機(jī)房空間的氧氣濃度降低，達(dá)到滅火的效果，屬于物理滅火，也就是通常所說(shuō)窒息滅火?；旌蠚怏w藥劑組成均為大氣中天然成份，對(duì)臭氧的耗損潛能值為零，全球溫室效應(yīng)影響值也為零。另外，混合氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確保機(jī)房空間的設(shè)計(jì)濃度不應(yīng)大于有毒性反應(yīng)濃度，以保證機(jī)房人員能安全撤離?；旌蠚怏w藥劑價(jià)格低廉，但管道、瓶組間等成本偏高。

（二）水滅火系統(tǒng)

天然水是自古以來(lái)就廣泛使用的滅火劑，不僅易于取得，而且可以循環(huán)使用、滅火效率極高。滅火機(jī)理主要有冷卻、窒息、稀釋等方面。但噴水滅火后的水漬侵害無(wú)法避免，只有在其他數(shù)據(jù)中心內(nèi)安裝有承擔(dān)相同功能熱備份系統(tǒng)時(shí)，數(shù)據(jù)中心才可以使用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，常用的有預(yù)作用自動(dòng)噴水系統(tǒng)和高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。

預(yù)作用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)：在火災(zāi)發(fā)生初期，機(jī)房?jī)?nèi)煙霧彌散，煙感火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)第一時(shí)間啟動(dòng)排氣閥，水通過(guò)報(bào)警閥快速充滿噴淋管道系統(tǒng)；若機(jī)房溫度繼續(xù)上升，噴頭玻璃泡爆裂，實(shí)現(xiàn)灑水滅火。該系統(tǒng)簡(jiǎn)單、安全可靠，施工技術(shù)成熟、維護(hù)管理方便，滅火速度快，造價(jià)低廉，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)和民用建筑。

高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)：使用特定噴嘴，通過(guò)高壓噴射產(chǎn)生超細(xì)水霧微粒，相對(duì)同等體積的水，其表面積劇增數(shù)千倍。滅火機(jī)理主要是表面冷卻降溫、阻隔氧氣，既降低了著火點(diǎn)附近空氣中的氧氣濃度，又有非常好的降溫除煙效果。耗水量約為水噴淋系統(tǒng)的5%～10%，減少大量廢水對(duì)設(shè)備的損壞，具有可靠性高、維護(hù)方便、系統(tǒng)使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。

（三）分析與比較

根據(jù)《數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)范》，數(shù)據(jù)中心依據(jù)安全、穩(wěn)定、可靠等運(yùn)行要求，將重要性劃分為A、B、C三級(jí)。規(guī)范針對(duì)不同等級(jí)的數(shù)據(jù)中心明確規(guī)定不同的消防安全要求。在實(shí)際工程中，需要設(shè)計(jì)人員針對(duì)某一個(gè)特定的數(shù)據(jù)機(jī)房從可靠性、造價(jià)、運(yùn)維成本等方面綜合分析確定。

1.氣體滅火系統(tǒng)是通過(guò)煙溫感報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)藥劑噴放來(lái)完成滅火。在火災(zāi)初期階段，可以保證起火點(diǎn)附近服務(wù)器正常工作，火災(zāi)過(guò)后可以快速恢復(fù)工作?！稓怏w滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》[6] 要求使用氣體滅火防護(hù)區(qū)面積不大于800m2，體積不大于3600m3。另外，該規(guī)范還要求機(jī)房圍護(hù)結(jié)構(gòu)能承受1200Pa的壓力，以保證氣體噴放以后，氣體壓強(qiáng)增加后機(jī)房隔墻的完好，這在一定程度上增加了機(jī)房的土建造價(jià)。

2.水滅火系統(tǒng)簡(jiǎn)單，既能拯救生命和保護(hù)財(cái)產(chǎn)，同時(shí)也能對(duì)整幢建筑提供保護(hù)。一方面，機(jī)房面積空間不受限制，適應(yīng)數(shù)據(jù)中心未來(lái)發(fā)展要求。另一方面，水也會(huì)損害到服務(wù)器，火災(zāi)過(guò)后系統(tǒng)恢復(fù)困難。預(yù)作用自動(dòng)噴水系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，火場(chǎng)燃燒已經(jīng)有一定的時(shí)間，環(huán)境溫度可能已經(jīng)超過(guò)68℃，這時(shí)機(jī)房服務(wù)器設(shè)備已經(jīng)被火災(zāi)所產(chǎn)生的濃煙和熱量所損害。因此，對(duì)于數(shù)據(jù)機(jī)房滅火使用水滅火劑一直存有爭(zhēng)議。數(shù)據(jù)中心物業(yè)通常有自用、出租兩種經(jīng)營(yíng)模式。各電信運(yùn)營(yíng)商具有互聯(lián)網(wǎng)帶寬資源優(yōu)勢(shì)和多年運(yùn)營(yíng)電信專業(yè)級(jí)機(jī)房經(jīng)驗(yàn)；建設(shè)高等級(jí)數(shù)據(jù)中心，搶占數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)的制高點(diǎn)。故電信運(yùn)營(yíng)商數(shù)據(jù)中心消防設(shè)施以災(zāi)后可以迅速恢復(fù)工作的自動(dòng)氣體滅火系統(tǒng)居多。

隨著國(guó)內(nèi)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展，智能手機(jī)的普及，數(shù)據(jù)應(yīng)用量呈爆炸性增長(zhǎng)，各行各業(yè)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)自建數(shù)據(jù)中心異軍突起?；ヂ?lián)網(wǎng)企業(yè)數(shù)據(jù)中心以機(jī)房平面靈活可變、求新、求快、節(jié)電、節(jié)水的原則推進(jìn)數(shù)據(jù)中心建設(shè)。同時(shí)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)數(shù)據(jù)中心多采用多點(diǎn)布局的災(zāi)備冗余方式。如在同一城市布局二～三個(gè)相同等級(jí)的數(shù)據(jù)中心互為熱備份；也有采取不同的城市設(shè)置數(shù)個(gè)互為熱備份的數(shù)據(jù)中心?；ヂ?lián)網(wǎng)巨頭的創(chuàng)新思維使得自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)快速引入數(shù)據(jù)中心。

對(duì)比運(yùn)營(yíng)商數(shù)據(jù)中心和互聯(lián)網(wǎng)公司數(shù)據(jù)中心，其均作為算力中心、云計(jì)算、金融等承載關(guān)鍵核心業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)中心機(jī)房，不允許出現(xiàn)宕機(jī)事故，一旦發(fā)生火災(zāi)財(cái)產(chǎn)損失巨大、社會(huì)面影響不可估量。因此，當(dāng)災(zāi)備冗余不足時(shí)，必須選擇保證服務(wù)器在線運(yùn)行氣體滅火系統(tǒng)。而有異地冗余災(zāi)備設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心機(jī)房，即所有數(shù)據(jù)都已經(jīng)被復(fù)制備份到其他地方數(shù)據(jù)中心時(shí)，就可以直接使用滅火效率高、施工快速、維護(hù)簡(jiǎn)單、環(huán)境友好的水滅火系統(tǒng)。

三、實(shí)際工程案例

（一）貴州某運(yùn)營(yíng)商數(shù)據(jù)中心

單幢數(shù)據(jù)中心總建筑面積18021m2，地上四層，一層層高為6.00m，二～四層高為5.30m，大樓建筑高度22.50m，屬于多層工業(yè)建筑，樓內(nèi)設(shè)主機(jī)房、傳輸機(jī)房、變配電室、制冷機(jī)房、進(jìn)線室、鋼瓶間、設(shè)備區(qū)等。由于建設(shè)方是運(yùn)營(yíng)商，除自用以外，大多數(shù)是以出租方式運(yùn)營(yíng)。建設(shè)初期，客戶的不確定性導(dǎo)致無(wú)法知道數(shù)據(jù)中心是否具備容災(zāi)冗余。因而數(shù)據(jù)機(jī)房、傳輸機(jī)房、變配電室等采用自動(dòng)氣體滅火系統(tǒng)。其中自動(dòng)氣體滅火系統(tǒng)采用三套七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)，共設(shè)有24個(gè)防護(hù)區(qū)；鋼瓶間分別貼近各系統(tǒng)保護(hù)區(qū)設(shè)置。數(shù)據(jù)中心最大防護(hù)區(qū)機(jī)房面積510m2，體積2637.6m3，經(jīng)計(jì)算最大防護(hù)區(qū)滅火劑需要量為1761.8kg，90L鋼瓶數(shù)量為28個(gè)。合計(jì)七氟丙烷鋼瓶84個(gè)，氣體設(shè)備投資720萬(wàn)元。其他區(qū)域設(shè)有室內(nèi)消火栓系統(tǒng)，制冷機(jī)房、辦公用房、工具間及走道等非設(shè)備運(yùn)行房設(shè)置預(yù)作用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)[7]。

（二）杭州某互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心

單幢數(shù)據(jù)中心總建筑面積23653m2，地上五層，一層層高為8.00m，二～四層高為6.5m，大樓建筑高度34.60m，為高層工業(yè)建筑，樓內(nèi)設(shè)主機(jī)房、傳輸機(jī)房、變配電室、電池室、制冷機(jī)房、進(jìn)線室、鋼瓶間、設(shè)備區(qū)、備品備件等。大樓設(shè)有室內(nèi)消火栓系統(tǒng)和預(yù)作用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。該數(shù)據(jù)中心為互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)自用，由于其設(shè)有同城異地備份，因而數(shù)據(jù)機(jī)房除不能用水滅火的配電房、電池室等外，均設(shè)置預(yù)作用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，最大機(jī)房面積972m2，體積6220.8m3，機(jī)房樓每層設(shè)預(yù)作用報(bào)警閥ZSFY型1組。每層或每個(gè)防火分區(qū)設(shè)水流指示器，并于水流指示器前設(shè)置能在消防控制中心顯示其啟閉狀態(tài)的信號(hào)閥門，噴淋系統(tǒng)合計(jì)投資142萬(wàn)元。通過(guò)對(duì)比可知，采用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)不僅造價(jià)明顯低于自動(dòng)氣體滅火系統(tǒng)，還節(jié)省氣體滅火瓶組間所需面積數(shù)百平方米，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

結(jié)語(yǔ)

數(shù)據(jù)中心作為互聯(lián)網(wǎng)核心交通樞紐，是數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展基石，經(jīng)濟(jì)社會(huì)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要支撐。數(shù)據(jù)中心運(yùn)行的安全、可靠至關(guān)重要，本文對(duì)自動(dòng)氣體滅火系統(tǒng)和自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)對(duì)比，根據(jù)數(shù)據(jù)中心的建設(shè)模式和要求，進(jìn)行選擇。A、B級(jí)數(shù)據(jù)中心等級(jí)高、冗余不足時(shí)，應(yīng)采用自動(dòng)氣體滅火系統(tǒng)；A、B級(jí)數(shù)據(jù)中心有異地災(zāi)備冗余時(shí)以及保護(hù)要求相對(duì)較低C級(jí)數(shù)據(jù)中心，可采用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)；同時(shí)具備兩種選擇時(shí)，優(yōu)先選擇自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)；配電房、電池室等必須采用自動(dòng)氣體滅火系統(tǒng)；超大面積數(shù)據(jù)機(jī)房應(yīng)首選預(yù)作用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。

綜上所述，合理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心的滅火系統(tǒng)，有效控制并及時(shí)撲滅火災(zāi)是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)[8]。因此，要結(jié)合房間使用功能、造價(jià)、環(huán)保、異地冗余災(zāi)備情況等擇優(yōu)選擇建設(shè)方案，以經(jīng)濟(jì)、環(huán)境友好、維護(hù)成本等為依據(jù)選擇滅火藥劑，具有異地災(zāi)備冗余和超大面積機(jī)房的數(shù)據(jù)中心應(yīng)首選預(yù)作用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。

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