朱明秋， 馬忠秋

（中通服咨詢設(shè)計(jì)研究院有限公司， 南京 210000）

引起數(shù)據(jù)機(jī)房火災(zāi)的原因主要有供電或用電設(shè)備起火、 通風(fēng)效果差、 電纜線路短路、 焊接或切割引入的外部火源等。 火災(zāi)類型主要包括帶電火災(zāi)和固體物質(zhì)火災(zāi)。 合理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心機(jī)房的自動(dòng)滅火系統(tǒng)， 可有效滅火、 避免設(shè)備浸水損壞、 方便管線及消防設(shè)施的安裝、 減少投資等。 本文以某典型數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目為例， 對比分析了不同自動(dòng)滅火系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心機(jī)房的應(yīng)用情況。

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目為多層民用建筑， 建筑主體為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)， 耐火等級為二級， 其中三、 四層房間功能為數(shù)據(jù)中心機(jī)房、 電池電力室， 機(jī)房標(biāo)準(zhǔn)為A級， 其余樓層均為辦公。 三、 四層平面布置見圖1。

圖1 數(shù)據(jù)中心三、 四層平面布置Fig. 1 Plan layout of the third and the fourth floors of the data center

建筑內(nèi)部的走道、 電梯廳、 辦公室等配套用房均按GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（2018 年版）要求， 設(shè)計(jì)消火栓系統(tǒng)、 濕式自動(dòng)噴水系統(tǒng)及配置滅火器。 本文主要探討三、 四層數(shù)據(jù)中心機(jī)房自動(dòng)滅火系統(tǒng)的可行性方案設(shè)計(jì)。

2 數(shù)據(jù)中心機(jī)房自動(dòng)滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)

根據(jù)GB 50016—2014（2018 年版）中8.3.9 條規(guī)定［1］， 重要的數(shù)據(jù)機(jī)房、 變配電室和不間斷電源（UPS）室應(yīng)設(shè)置自動(dòng)滅火系統(tǒng)， 可采用氣體滅火系統(tǒng)或細(xì)水霧系統(tǒng)。 當(dāng)數(shù)據(jù)中心機(jī)房有備用主機(jī)房， 且設(shè)置在不同建筑內(nèi)或同一建筑內(nèi)的不同防火分區(qū)時(shí)，還可采用預(yù)作用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。 本文分別就數(shù)據(jù)中心機(jī)房自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)可采用的氣體滅火系統(tǒng)、 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)及預(yù)作用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)和分析， 并對不同系統(tǒng)進(jìn)行綜合對比。

2.1 氣體滅火系統(tǒng)

目前用于數(shù)據(jù)機(jī)房的氣體滅火系統(tǒng)主要有七氟丙烷和IG541 兩種滅火系統(tǒng)， 兩者均能有效達(dá)到預(yù)期的保護(hù)目標(biāo)［2-3］。

2.1.1 七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)

本工程采用1 套組合分配式七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)， 滅火方式為全淹沒式， 儲(chǔ)瓶容器的增壓壓力等級為三級（（5.6 ＋0.1）MPa， 20 ℃， 表壓）， 儲(chǔ)瓶容器規(guī)格為90 L， 每瓶充裝量為60 kg。 氣體滅火系統(tǒng)保護(hù)對象為數(shù)據(jù)機(jī)房、 電池電力室， 共計(jì)8 個(gè)防護(hù)區(qū)。 滅火系統(tǒng)的儲(chǔ)存裝置72 h 內(nèi)可重新恢復(fù)工作， 因此不考慮儲(chǔ)存?zhèn)溆昧俊?具體設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)及結(jié)果詳見表1。

組合分配式系統(tǒng)滅火儲(chǔ)存量按最大防護(hù)區(qū)確定， 由表1 可知本系統(tǒng)需設(shè)置24 只儲(chǔ)瓶， 七氟丙烷總藥劑量為1 440 kg， 需在三層或四層中間部位設(shè)置1 個(gè)約26 m2的儲(chǔ)瓶間， 滿足滅火劑儲(chǔ)瓶、 啟動(dòng)瓶等部件的布置。

表1 七氟丙烷滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)及結(jié)果Tab. 1 Design calculation parameters and results of heptafluoropropane fire extinguishing system

2.1.2 IG541 氣體滅火系統(tǒng)

本工程采用1 套組合分配式IG541 氣體滅火系統(tǒng)， 滅火方式為全淹沒式， 儲(chǔ)瓶容器的增壓壓力等級為一級（15.0 MPa， 20 ℃， 表壓）， 儲(chǔ)瓶容器規(guī)格為90 L， 每瓶充裝量為19 kg。 氣體滅火系統(tǒng)保護(hù)對象為數(shù)據(jù)機(jī)房、 電池電力室， 共計(jì)8 個(gè)防護(hù)區(qū)。 滅火系統(tǒng)的儲(chǔ)存裝置72 h 內(nèi)可重新恢復(fù)工作， 因此不考慮儲(chǔ)存?zhèn)溆昧俊?具體設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)及結(jié)果見表2。

組合分配式系統(tǒng)滅火儲(chǔ)存量按最大防護(hù)區(qū)確定， 由表2 可知本系統(tǒng)需設(shè)置74 只儲(chǔ)瓶， IG541總藥劑量為1 406.26 kg， 需在三層或四層設(shè)置1 個(gè)約48 m2的儲(chǔ)瓶間， 滿足滅火劑儲(chǔ)瓶、 啟動(dòng)瓶等部件的布置。

表2 IG541 滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)及結(jié)果Tab. 2 Design calculation parameters and results of IG541 fire extinguishing system

2.1.3 操作與控制

組合分配式滅火系統(tǒng)應(yīng)設(shè)自動(dòng)控制、 手動(dòng)控制和機(jī)械應(yīng)急操作3 種啟動(dòng)方式。 各防護(hù)區(qū)滅火控制系統(tǒng)的有關(guān)信息均傳送至消防控制室。

2.1.4 系統(tǒng)比較

從系統(tǒng)組成及滅火機(jī)理、 設(shè)計(jì)參數(shù)、 滅火輸送距離、 泄壓口安裝要求及面積、 系統(tǒng)分配、 安全性、 滅火劑用量、 投資等方面， 分析對比七氟丙烷、 IG541 氣體滅火系統(tǒng)， 結(jié)果詳見表3。

表3 七氟丙烷和IG541 氣體滅火系統(tǒng)對比Tab. 3 Comparation between heptafluoropropane and IG541 fire extinguishing systems

2.2 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)

細(xì)水霧滅火系統(tǒng)具有節(jié)能環(huán)保、 高效滅火、 消煙除毒、 電絕緣性等特點(diǎn)， 應(yīng)用于國內(nèi)外地鐵隧道、 電力系統(tǒng)、 圖書館、 檔案館以及一些防護(hù)等級較高的銀行數(shù)據(jù)機(jī)房等工程項(xiàng)目［4］。 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)是一種綠色防災(zāi)新技術(shù)， 應(yīng)用效果有待試驗(yàn)和論證， 在實(shí)際工程應(yīng)用中， 系統(tǒng)方案還應(yīng)獲得業(yè)內(nèi)專家和消防部門的認(rèn)可。

本項(xiàng)目的火災(zāi)類型屬于E 類火災(zāi)， 考慮其火災(zāi)特點(diǎn)， 保護(hù)區(qū)選用開式全淹沒系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)， 系統(tǒng)由高壓泵組、 補(bǔ)水增壓裝置、 不銹鋼水箱、 區(qū)控制閥組、 細(xì)水霧開式噴頭等組成， 高壓泵組由主泵、 安全溢流閥、 閥件、 機(jī)架等組成。 本項(xiàng)目共8個(gè)防護(hù)區(qū)， 根據(jù)GB 50898—2013《細(xì)水霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》中3.4.5 條規(guī)定， 單個(gè)防護(hù)區(qū)的容積對于泵組系統(tǒng)不宜超過3 000 m3， 采用全淹沒應(yīng)用方式的開式系統(tǒng)［5］， 其防護(hù)區(qū)數(shù)量不應(yīng)大于3 個(gè)， 故設(shè)3 套高壓泵組。 各系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量按最大滅火防護(hù)區(qū)內(nèi)噴頭同時(shí)動(dòng)作的數(shù)量確定， 工作壓力按最不利點(diǎn)噴頭工作壓力10 MPa 設(shè)計(jì)， 系統(tǒng)持續(xù)噴霧時(shí)間30 min， 選用流量系數(shù)K ＝1.0 的開式噴頭， 系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間不大于30 s。 分區(qū)控制閥具有自動(dòng)、 手動(dòng)和機(jī)械應(yīng)急操作啟動(dòng)功能， 關(guān)閉閥門采用手動(dòng)操作方式。 具體設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)及結(jié)果詳見表4。

表4 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)及結(jié)果Tab. 4 Calculation parameters and results of water mist fire extinguishing system

2.3 預(yù)作用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)

預(yù)作用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)在準(zhǔn)工作狀態(tài)時(shí)配水管道內(nèi)不充水， 發(fā)生火災(zāi)時(shí)由火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)控制預(yù)作用裝置， 啟動(dòng)消防水泵， 向配水管網(wǎng)供水?？梢杂行У乇苊庠跓o火災(zāi)時(shí)， 濕式系統(tǒng)噴頭的玻璃泡破裂， 產(chǎn)生誤動(dòng)作噴水的情況出現(xiàn)， 影響機(jī)房內(nèi)機(jī)柜的運(yùn)行。 因此當(dāng)數(shù)據(jù)機(jī)房有備用主機(jī)房時(shí)，預(yù)作用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)也可作為一種有效的滅火方式。

本工程數(shù)據(jù)機(jī)房預(yù)作用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)按中危險(xiǎn)Ⅱ級設(shè)計(jì)［6］， 采用雙連鎖預(yù)作用系統(tǒng)， 即火災(zāi)探測器和噴頭均動(dòng)作后自動(dòng)開啟預(yù)作用報(bào)警閥組向配水管網(wǎng)供水的閉式系統(tǒng)［7］。 基本參數(shù)如下： 噴水強(qiáng)度8 L／（min·m2）， 作用面積208 m2， 持續(xù)噴水時(shí)間1 h， 噴頭工作壓力0.1 MPa， 系統(tǒng)設(shè)計(jì)用水量28 L／s， 一次滅火消防用水量100.8 m3。

預(yù)作用報(bào)警閥組設(shè)置在建筑內(nèi)的報(bào)警閥間， 1個(gè)預(yù)作用報(bào)警閥所控制的噴頭數(shù)不大于800 只， 每層和每個(gè)防火分區(qū)設(shè)信號蝶閥和水流指示器， 分區(qū)報(bào)警， 消防泵的工況信號全部反饋至消防控制中心。

為降低水消防對數(shù)據(jù)機(jī)房內(nèi)設(shè)備的影響， 在走道及公共區(qū)域設(shè)計(jì)相應(yīng)的消防排水系統(tǒng)， 即間隔一定的距離在走道設(shè)置1 個(gè)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 數(shù)據(jù)中心機(jī)房自動(dòng)滅火系統(tǒng)方案對比

從系統(tǒng)組成及滅火機(jī)理、 設(shè)計(jì)參數(shù)、 管網(wǎng)及噴頭安裝要求、 建設(shè)維護(hù)要求、 安全性、 適用性、 投資等方面， 對氣體滅火系統(tǒng)、 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)、 預(yù)作用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)進(jìn)行分析對比， 結(jié)果見表5。 由表5 可以看出3 種自動(dòng)滅火系統(tǒng)各有利弊，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中， 應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目的具體情況， 選擇合適的自動(dòng)滅火系統(tǒng)。

表5 數(shù)據(jù)機(jī)房自動(dòng)滅火系統(tǒng)對比Tab. 5 Comparation of automatic fire extinguishing systems in data center

3 結(jié)語

（1） 氣體滅火系統(tǒng)目前已廣泛運(yùn)用于國內(nèi)已建、 在建的大中小型數(shù)據(jù)中心， 其中七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)適合短距離供氣滅火系統(tǒng)， IG541 氣體滅火系統(tǒng)適合長距離供氣滅火系統(tǒng)， 但I(xiàn)G541 氣體含有少量CO2成分， 對自然環(huán)境有一定的影響。

（2） 預(yù)作用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)總投資最低， 安裝維護(hù)簡單， 避免了濕式系統(tǒng)誤噴和管道漏水、 干式系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)間長的缺點(diǎn)， 滅火時(shí)水可以降低火災(zāi)場所內(nèi)煙塵的含量， 對人員和自然環(huán)境傷害小， 但設(shè)備受水漬損傷較大。

（3） 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)工藝較復(fù)雜， 設(shè)備安裝要求高， 綜合性能一般， 由于每套系統(tǒng)保護(hù)的防護(hù)區(qū)數(shù)量少、 容積小， 總投資較高， 且大部分互聯(lián)網(wǎng)公司的集團(tuán)標(biāo)準(zhǔn)主推氣體滅火系統(tǒng)和預(yù)作用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)， 目前國內(nèi)已建數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目很少采用。

綜上所述， 當(dāng)數(shù)據(jù)中心沒有備用主機(jī)房時(shí)， 通過合理布置儲(chǔ)瓶間的位置， 控制滅火劑的輸送距離， 推薦采用碳排放量較低的七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)； 當(dāng)數(shù)據(jù)中心有備用主機(jī)房時(shí)， 推薦采用性價(jià)比較高的預(yù)作用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。