45MW數(shù)據(jù)中心的消防系統(tǒng)配置及控制

摘要：面對45MW級數(shù)據(jù)中心高功率密度與封閉結(jié)構(gòu)日益顯著帶來的消防需求，傳統(tǒng)滅火系統(tǒng)在響應(yīng)精準(zhǔn)性與聯(lián)動(dòng)控制方面存在局限性。聚焦數(shù)據(jù)中心運(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜性，研究構(gòu)建一套以氣體滅火模塊、空氣隔離機(jī)制與輔助設(shè)備協(xié)同部署為核心的消防系統(tǒng)配置體系，并設(shè)計(jì)基于事件識別、節(jié)點(diǎn)響應(yīng)、指令切換與異常閉環(huán)的控制體系。通過設(shè)置多源傳感識別路徑、差異化聯(lián)動(dòng)拓?fù)渑c狀態(tài)反饋模型，提升系統(tǒng)的響應(yīng)速度與控制連續(xù)性。結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目展開對比分析，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)配置與控制體系在適應(yīng)高熱負(fù)載和異構(gòu)火源場景下的有效性，能夠適配當(dāng)前大規(guī)模數(shù)據(jù)中心復(fù)雜工況的運(yùn)行需求。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心；消防系統(tǒng)；聯(lián)動(dòng)控制；氣體滅火；狀態(tài)識別

中圖分類號：D631.6" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2025）07-0093-03

0 引言

高算力基礎(chǔ)設(shè)施持續(xù)擴(kuò)張，45MW級數(shù)據(jù)中心作為核心承載節(jié)點(diǎn)[1]，其高熱密度負(fù)載、空間封閉結(jié)構(gòu)與非連續(xù)值守模式疊加的運(yùn)行環(huán)境，對消防系統(tǒng)提出了更高的響應(yīng)精度與系統(tǒng)耦合要求。傳統(tǒng)消防設(shè)計(jì)難以滿足極端工況下的火災(zāi)響應(yīng)需求[2]。當(dāng)前行業(yè)多采用氣體滅火作為主要手段，但在聯(lián)動(dòng)邏輯與狀態(tài)識別方面仍存在短板。文章針對數(shù)據(jù)中心運(yùn)行特性，設(shè)計(jì)了基于多源識別、節(jié)點(diǎn)聯(lián)動(dòng)與狀態(tài)反饋的消防控制體系，提出適配高風(fēng)險(xiǎn)場景的分級控制體系，增強(qiáng)系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下的火情響應(yīng)能力[3]。

1 45 MW數(shù)據(jù)中心火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境特征

1.1" 高熱密度運(yùn)行負(fù)載

45MW級數(shù)據(jù)中心內(nèi)部設(shè)備密集布置，機(jī)柜空間利用率高，單位面積功率密度遠(yuǎn)超常規(guī)建筑。長期運(yùn)行狀態(tài)下，電源模塊、整流器與服務(wù)器會(huì)形成連續(xù)的熱流輸出，整體熱負(fù)荷長期維持高位。部分區(qū)域因制冷系統(tǒng)回風(fēng)滯后形成局部熱堆積，熱斑區(qū)域溫差可達(dá)10℃以上。在負(fù)載集中時(shí)段，配電單元與電纜溝內(nèi)部電流波動(dòng)劇烈，易誘發(fā)絕緣層熱擊穿或瞬時(shí)短路現(xiàn)象[4]。

1.2" 空間封閉通風(fēng)受限

核心機(jī)房普遍采用無窗化密閉結(jié)構(gòu)與雙重氣密門設(shè)計(jì)，限制了空氣的自然流動(dòng)能力。冷熱通道之間的分隔結(jié)構(gòu)強(qiáng)化了熱風(fēng)的循環(huán)路徑，一旦有煙氣生成，便極易在機(jī)柜頂部與吊頂層聚集，排放受限，無法快速擴(kuò)散。高密閉性造成氣壓差波動(dòng)頻繁，對排煙系統(tǒng)與氣體滅火劑的擴(kuò)散均產(chǎn)生干擾[5]。部分區(qū)域因風(fēng)速變化滯后形成低壓積聚帶，煙霧與熱量在此滯留時(shí)間延長，成為高風(fēng)險(xiǎn)觸發(fā)點(diǎn)。

1.3" 火源類型高度異構(gòu)

數(shù)據(jù)中心內(nèi)部涵蓋電源設(shè)備、儲能系統(tǒng)、制冷機(jī)組與通信模塊，不同類型設(shè)備對應(yīng)不同火源機(jī)制[6]。直流母線擊穿常伴有強(qiáng)電弧釋放，UPS故障可能引發(fā)鋰電池?zé)崾Э胤磻?yīng)，制冷系統(tǒng)泄漏則易形成可燃?xì)怏w積聚區(qū)域?；鹪捶植疾粌H廣泛，還在熱釋放速率、煙氣成分與燃燒路徑等方面存在顯著差異。不同火情間界面模糊、轉(zhuǎn)化速度快，對傳統(tǒng)滅火響應(yīng)提出高度動(dòng)態(tài)適配要求。

2 45 MW數(shù)據(jù)中心的消防系統(tǒng)配置

2.1" 氣體滅火系統(tǒng)布置

滅火區(qū)域按冷熱通道劃分進(jìn)行模塊化空間建模，將高熱負(fù)載密集區(qū)定義為一級響應(yīng)單元，并設(shè)置獨(dú)立釋放源頭與觸發(fā)閾值。氣體滅火系統(tǒng)選用七氟丙烷作為主要滅火介質(zhì)，結(jié)合IG541復(fù)合氣體用于低氧區(qū)冗余設(shè)計(jì)，在結(jié)構(gòu)隔斷完整性的基礎(chǔ)上設(shè)定定容釋放曲線。噴頭采用軸向與徑向雙向覆蓋布局，在雙層地板與吊頂層設(shè)置同步響應(yīng)噴口，并在靜壓箱與風(fēng)管末端設(shè)置隔爆阻斷閥。滅火控制盤分區(qū)部署于氣瓶間與主控區(qū)之間，形成物理隔斷與邏輯獨(dú)立的雙重激活機(jī)制。

2.2" 空氣流動(dòng)隔離控制

在冷熱通道交界區(qū)設(shè)置可控風(fēng)壓屏障，利用閉合式活動(dòng)擋板系統(tǒng)形成通道壓力差的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)場。風(fēng)壓調(diào)節(jié)模塊集成在機(jī)柜上部與回風(fēng)通道之間，實(shí)現(xiàn)全流程風(fēng)向反饋響應(yīng)。封閉熱通道頂部設(shè)動(dòng)態(tài)風(fēng)閥組，平衡煙氣逸散路徑與滅火劑聚集速率，風(fēng)閥動(dòng)作信號來源于溫度梯度分布變化而非傳統(tǒng)觸發(fā)器。靜壓差由側(cè)墻進(jìn)風(fēng)與地板送風(fēng)雙路形成補(bǔ)償，在多臺風(fēng)機(jī)間形成互為負(fù)載的冗余氣路通道。隔離系統(tǒng)配置微正壓支撐子系統(tǒng)，自動(dòng)補(bǔ)償因局部溫升造成的氣流擾動(dòng)偏移，避免煙氣倒灌與滅火劑外逸。

2.3" 輔助設(shè)備適配部署

消防電源系統(tǒng)采用雙母線雙路隔離配置結(jié)構(gòu)，每一路負(fù)載接入獨(dú)立UPS電池組，控制回路獨(dú)立鋪設(shè)線槽，并嵌入實(shí)時(shí)監(jiān)測探頭用于溫升識別。聲光報(bào)警器選擇內(nèi)嵌壓差識別模塊機(jī)型，在標(biāo)準(zhǔn)聲級驅(qū)動(dòng)下可同步輸出氣壓突變報(bào)警信號。水霧冷卻系統(tǒng)不與滅火主系統(tǒng)物理連接，而是設(shè)獨(dú)立加壓泵站與分段區(qū)域霧化噴口，噴頭末端附帶壓力差調(diào)節(jié)閥與溫控啟動(dòng)器。通信模塊部署在區(qū)域主控機(jī)房與消防子系統(tǒng)中樞之間，數(shù)據(jù)冗余采用光電混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)使用電纜與光纖雙通道并發(fā)策略。攝像頭輔助監(jiān)測系統(tǒng)采用煙氣密度成像原理，在紅外高反差條件下識別局部空間遮擋區(qū)是否存在介質(zhì)釋放盲區(qū)。

3 45 MW數(shù)據(jù)中心的消防系統(tǒng)控制體系構(gòu)建

3.1" 啟動(dòng)事件判別控制

設(shè)定雙重觸發(fā)機(jī)制，在輸入端集成溫感、煙感、電弧識別與顆粒圖像分析信號源，構(gòu)建四維事件特征矩陣，系統(tǒng)以矩陣中各類信號時(shí)間序列交叉出現(xiàn)頻次作為啟動(dòng)判斷基準(zhǔn)。判別邏輯采用偏移閾值動(dòng)態(tài)算法，不以固定值為判定門檻，而是基于運(yùn)行狀態(tài)背景，動(dòng)態(tài)計(jì)算滑動(dòng)窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)分布偏差。各類信號的可信度通過歷史誤差曲線進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，系統(tǒng)自動(dòng)對比近12h內(nèi)的平均水平，并生成概率評分，啟動(dòng)閾值則設(shè)定為概率疊加指數(shù)超過預(yù)設(shè)模型的警戒值。多源信息融合由邊緣運(yùn)算節(jié)點(diǎn)預(yù)處理，中央控制器僅接收預(yù)判結(jié)論，并計(jì)算響應(yīng)預(yù)案的調(diào)用路徑[5]。若觸發(fā)信號存在短時(shí)干擾波動(dòng)，系統(tǒng)執(zhí)行事件凍結(jié)操作，并在5s窗口期內(nèi)動(dòng)態(tài)調(diào)整變量權(quán)重再判別，避免短時(shí)誤觸動(dòng)整體鏈條。

3.2" 執(zhí)行聯(lián)動(dòng)節(jié)點(diǎn)響應(yīng)

控制主機(jī)調(diào)度表中，預(yù)設(shè)聯(lián)動(dòng)模塊以節(jié)點(diǎn)優(yōu)先級進(jìn)行排序，響應(yīng)流程遵循“主控確認(rèn)-區(qū)域信號下發(fā)-功能子系統(tǒng)激活”三級結(jié)構(gòu)。各執(zhí)行單元在接收到啟動(dòng)指令前，需完成自檢信號回傳，并確認(rèn)物理連接完整性，主控系統(tǒng)對自檢結(jié)果進(jìn)行CRC校驗(yàn)，確認(rèn)無誤后再下發(fā)動(dòng)作指令。聯(lián)動(dòng)命令采用鏈?zhǔn)巾樞蜥尫欧绞?，避免多模塊并發(fā)響應(yīng)引發(fā)系統(tǒng)負(fù)載峰值沖擊[6]。區(qū)域內(nèi)各執(zhí)行節(jié)點(diǎn)均采用異步接收策略，由本地控制器緩沖短時(shí)隊(duì)列，延遲釋放響應(yīng)動(dòng)作，形成時(shí)序交錯(cuò)聯(lián)動(dòng)。風(fēng)機(jī)、電源切斷裝置、氣體噴射控制器與照明系統(tǒng)由4個(gè)不同的子鏈控制，各子鏈間由邏輯中斷棧控制優(yōu)先級切換，保證關(guān)鍵環(huán)節(jié)響應(yīng)順序不被交叉影響。在異常動(dòng)作過程中，節(jié)點(diǎn)將實(shí)時(shí)上報(bào)非預(yù)期狀態(tài)變更信號，該信號不被控制主機(jī)直接接收，而是進(jìn)入診斷模塊進(jìn)行模式匹配，判定是否需要中止響應(yīng)并執(zhí)行備選鏈路。

3.3" 切換應(yīng)急指令分級

劃分四類操作等級，分別對應(yīng)初始警情、快速擴(kuò)展、結(jié)構(gòu)破壞與狀態(tài)失控4個(gè)階段，指令從低等級向高等級單向升級[7]。指令調(diào)度不依賴人工觸發(fā)，而是依照傳感器聚合數(shù)據(jù)與系統(tǒng)狀態(tài)映射圖匹配自動(dòng)決策，分級過程中嵌入預(yù)測模型，構(gòu)建未來10s內(nèi)潛在趨勢變化圖譜，并將當(dāng)前級別與預(yù)測結(jié)果進(jìn)行偏差融合。不同等級指令在內(nèi)容結(jié)構(gòu)上采用增量替代策略，保留前一級部分已執(zhí)行內(nèi)容并進(jìn)行擴(kuò)展重構(gòu)，避免控制鏈條中斷重啟。各等級指令觸發(fā)點(diǎn)設(shè)有參數(shù)緩沖通道，用于識別數(shù)據(jù)抖動(dòng)造成的短期偽躍遷，在確認(rèn)信號穩(wěn)定3s后再切換動(dòng)作等級。主控平臺引導(dǎo)多級控制模式與執(zhí)行終端建立解耦接口，采用邏輯映射實(shí)現(xiàn)不同級別指令切換時(shí)，不影響已生效指令通道。

3.4" 輸出狀態(tài)異常閉環(huán)

狀態(tài)反饋模塊基于事件觸發(fā)機(jī)制與周期性狀態(tài)采集并行運(yùn)行，異常識別采用離散序列偏移量與邊界突破率相結(jié)合的算法，在微變信號中提前識別系統(tǒng)執(zhí)行偏差趨勢。每個(gè)執(zhí)行單元均綁定一組狀態(tài)鏡像變量，該變量集合與實(shí)際狀態(tài)實(shí)時(shí)比對，并自動(dòng)標(biāo)注差異值的來源位置，形成局部閉環(huán)判斷基礎(chǔ)。異常閉環(huán)控制采用三段式干預(yù)流程，初段對比信號源與狀態(tài)輸出是否存在瞬時(shí)反向趨勢，中段驗(yàn)證當(dāng)前狀態(tài)是否超出定義邊界值，末段評估短周期內(nèi)重復(fù)異常發(fā)生概率[8]。當(dāng)滿足干預(yù)觸發(fā)條件后，系統(tǒng)進(jìn)入故障閉鎖程序，并向上位系統(tǒng)發(fā)送邏輯中斷指令，阻斷進(jìn)一步聯(lián)動(dòng)擴(kuò)展。

4 案例分析

4.1" 案例背景

某華東沿海地區(qū)在建的大型數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目，總建筑面積約4.6萬m2，規(guī)劃采用雙路市電冗余供電結(jié)構(gòu)，配置15臺高容量模塊化UPS系統(tǒng)，整站設(shè)計(jì)功率容量達(dá)到45MW，核心機(jī)房區(qū)劃分為5個(gè)功能互隔模塊。原有消防系統(tǒng)部署為傳統(tǒng)七氟丙烷滅火裝置，控制邏輯依賴溫感與煙感聯(lián)合觸發(fā)的單層聯(lián)動(dòng)模式，在多源異步火情、跨區(qū)聯(lián)動(dòng)及氣體釋放時(shí)序管控方面表現(xiàn)出響應(yīng)不連續(xù)與動(dòng)作不穩(wěn)定問題。特別在熱負(fù)載不均和設(shè)備異常頻發(fā)場景下，系統(tǒng)缺乏趨勢識別與指令優(yōu)先級判斷能力，聯(lián)動(dòng)響應(yīng)序列混亂，存在誤噴與盲區(qū)聯(lián)動(dòng)等事故隱患。項(xiàng)目在施工中期引入本文所述的智能化消防配置方案，保留原滅火介質(zhì)結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)替換控制單元與聯(lián)動(dòng)體系，以提升大容量數(shù)據(jù)中心火情響應(yīng)的實(shí)時(shí)性與分級控制能力。

4.2" 效果分析

結(jié)果對比見表1?；馂?zāi)響應(yīng)平均時(shí)延由7.84s壓縮至5.16s，得益于控制系統(tǒng)中加入狀態(tài)凍結(jié)與并行觸發(fā)機(jī)制，觸發(fā)判別不再依賴單一通道信號收斂，而是采用雙模并列通路并設(shè)定響應(yīng)權(quán)重閾值，避免信號集成過程中因孤點(diǎn)遲滯導(dǎo)致啟動(dòng)延后。聯(lián)動(dòng)執(zhí)行平均耗時(shí)從5.08s降至3.01s，關(guān)鍵在于聯(lián)動(dòng)路徑拓?fù)溆蓚鹘y(tǒng)線性結(jié)構(gòu)改為多跳級聯(lián)，控制邏輯中引入路徑優(yōu)先級與設(shè)備響應(yīng)時(shí)間預(yù)測函數(shù)，聯(lián)動(dòng)命令被分組下發(fā)并動(dòng)態(tài)避讓當(dāng)前負(fù)載高的子模塊。誤聯(lián)動(dòng)發(fā)生率從3.11%下降至1.46%，源于事件識別模塊在觸發(fā)條件判讀中嵌入風(fēng)險(xiǎn)置信度計(jì)算與歷史故障模式匹配檢索，縮小誤觸發(fā)窗口并提升邏輯干擾過濾能力。異常狀態(tài)識別成功率從85.51%提升至97.14%，采用基于多傳感因子協(xié)同計(jì)算的判定框架，顯著提高對不規(guī)則煙流、低熱釋放事件及非結(jié)構(gòu)火災(zāi)的識別精度?？刂浦噶罡采w率從82.64%擴(kuò)大至92.89%，因配置模型由單一集中點(diǎn)控制擴(kuò)展為區(qū)域分布式調(diào)控，邏輯控制節(jié)點(diǎn)更貼近設(shè)備端口位置，控制面全景性獲得提升。反饋閉環(huán)閉合成功率從85.78%增至97.92%，關(guān)鍵在于狀態(tài)反饋鏈條中設(shè)置多節(jié)點(diǎn)冗余采樣與狀態(tài)重檢驗(yàn)證邏輯，避免聯(lián)動(dòng)中斷或回饋失效導(dǎo)致閉環(huán)斷裂，形成穩(wěn)定的響應(yīng)驗(yàn)證回路。

5 結(jié)束語

面向45MW級數(shù)據(jù)中心復(fù)雜工況構(gòu)建的消防系統(tǒng)配置與控制體系，圍繞空間結(jié)構(gòu)、高熱負(fù)載與多源火情特征，形成覆蓋滅火布置、氣流隔離、設(shè)備部署與控制邏輯的多層協(xié)同框架。在聯(lián)動(dòng)機(jī)制中引入事件觸發(fā)矩陣、響應(yīng)路徑拓?fù)渑c狀態(tài)反饋算法，實(shí)現(xiàn)從風(fēng)險(xiǎn)識別到執(zhí)行閉環(huán)的全過程管控。實(shí)際工程部署驗(yàn)證結(jié)果表明，該體系在多方面具備顯著優(yōu)勢，適應(yīng)新型數(shù)據(jù)中心對分區(qū)響應(yīng)、策略切換與控制可靠性的更高要求。研究為大容量數(shù)據(jù)中心消防控制的系統(tǒng)化演進(jìn)提供結(jié)構(gòu)模板與驗(yàn)證路徑，為后續(xù)智能消防平臺的模塊化部署與調(diào)控邏輯優(yōu)化奠定實(shí)踐基礎(chǔ)。

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