大型机房的气体灭火系统设计

摘要：近年来，随着计算机科学技术的迅猛发展与普及，数据中心的建设已经成为全球各行业IT建设的重点，并且由于其涉及到到金融、通讯、政府等行业，是各个企事业单位的重要部门，而且数据中心对企业IT系统的运行和存储有着重要的作用。另外，由于数据机房中的设备本身对消防的特殊要求，必须对这些重要的设备设计好消防系统，这是关系到数据机房设备的正常运行以及保护好设备的关键所在。

关键词：数据中心；机房；气体灭火系统；设计

Abstract: in recent years, with the rapid development of computer science and technology and popularization, data center construction has become a global IT industry the major construction, and because IT involves to the financial, telecommunications, government and other industries, is the important department all enterprises and institutions, and data center to the enterprise IT system operation and storage plays an important role. In addition, because the data room equipment itself to the special requirements of fire, it is necessary to these important equipment design good fire protection system, this is relation to the data room equipment normal operation and protect the key equipment.

Key words: data center; Room; Gas fire extinguishing system; design

中图分类号：TJ53+3文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）

随着计算机科学技术的发展和普及，金融、制造业、政府、能源、交通、教育、互联网和运营商等各个行业都在规划、建设和改造各自的数据中心，数据中心已经成为企业IT系统的心脏。同时大型企业的数据中心也在不断地整合和集中化管理，单个主机房的面积和容积也越来越大。由于数据中心机房的设备和数据直接关系到企业和政府的核心数据，因此，机房的消防灭火系统尤为重要。机房内的设备大部分是高精端的电子元件，因此禁止采用水、泡沫、粉末灭火剂，最适宜的灭火系统就是气体灭火系统；另外，数据中心属于独立的部门体系，它的消防系统也是独立的，但是必须与整体的消防中心联动，因此，一般大中型的数据中心为了确保安全并正确地掌握异常状态，会装置自动消防灭火系统，确保一旦出现火灾能够准确、迅速地报警和灭火。本文就数据中心气体灭火系统的原理、设计要点等方面进行简单的介绍，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，意在有效提高气体灭火系统的灭火效率。

大型数据机房的气体灭火系统设计涉及到的规范有：《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、《气体灭火系统设计规范》GB50370-2005、《电子信息系统机房设计规范》GB50174-2008和一些国外通用的相关规范，由此可见，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，必须采用自动气体灭火系统保护。

一、气体灭火系统组成及工作原理

1.系统的组成

气体灭火系统一般是由灭火剂贮存瓶、液体单向阀、集流管、选择阀、压力讯号器、管网和喷嘴以及阀驱动装置等组成。不同结构形成的气体系统所含系统组件不完全相同。

2.工作原理

系统的工作原理当采用气体灭火系统保护的防护区发生火灾后，火灾探测器将燃烧产生的温、烟、光等变化成电信号输入到火灾报警控制器，经过火灾报警控制器鉴别确认后，启动火灾报警装置，通风机等联动设备，并经延时再启动阀驱动装置，并同时打开灭火剂贮存装置及选择阀，将灭火剂施放到防护区进行灭火。灭火剂施放时压力讯号器可能出反馈信号，通过灭火控制盘再发出施放灭火剂的声、光报警信号。

当系统处于手动操作工作状态时，人员发现火灾后，应启动手动启动按钮，通过灭火控制盘施放灭火剂，如火灾报警系统或其供电系统发生故障时，则应采取应急启动方式，直接启动阀驱动装置施放灭火剂。

二、气体灭火系统的选型

随着《中国消防行业哈龙整体淘汰计划》的实施，哈龙替代品以及替代技术的研究得到了迅速地发展。哈龙替代工作必须坚持传统灭火技术和哈龙替代技术并举、发展中的替代技术必须在安全相关的设计规范并结合系统的技术特性记性。灭火系统的使用不仅设计产品本身的性能，同时还必须考虑被保护对象的建筑结构、周围环境、防护特性、防护条件以及系统工作的可靠性与灭火剂储存的的安全性等一系列因素。

目前现阶段国内常用于数据中心机房的气体灭火系统有二氧化碳灭火系统、七氟丙烷灭火系统、气溶胶灭火系统、混合气体灭火系统等。但是由于CO2自身的有窒息的作用，喷射时会对停留在被保护区域内的人员造成严重伤害，甚至危害到生命，因此只能应用于无人场所，再有就是降温会对机房发热机组造成损坏。另外气溶胶灭火系统属于全淹没系统，适用于变配电间、发电机房、电缆井等无人、相对封闭、空间狭小的场所，适用于扑救丙类可燃液体和可燃固体表面火灾，而且由于其接近度不高和灭火后的残留物质对精密仪器、电子设备存在一定的影响，因此，此系统不建议用于保护数据中心机房、配电房等电机设备等场所。所以目前应用广泛应用在数据中心机房的灭火系统主要有两种：一种是七氟丙烷灭火系统；另一种是混合气体灭火系统。两者相互比较前者的制造药剂成本高、设备造价低、管网造价低、维护费用低、环保性能较好、毒性低、整体的综合评价较高；后者的药剂成本低、设备造价高、管网造价高、维护费用低、无毒、环保性能最好，由此可以看出在造价上七氟丙烷灭火系统占主要优势，但就环保和对被保护区域内的人员的健康来看，混合气体灭火系统具有良好的优势。设计者在进行设计时可以根据具体工程中的投资比例，选择采用哪种灭火系统和方式。

三、系统设计时应注意的问题分析

目前由于气体灭火系统在我国应用的时间还不是很长，技术也相对较为复杂，设计主要的依据和执行规范是《气体灭火系统设计规范》GB50370-2005，所以在设计和施工、验收等中还存在许多问题。以下就针对灭火系统再设计中的一些误区进行分析，仅供参考。

1.气体灭火防护区的划分

气体灭火防护分区的划分尽量以自然区域为基础，当防护区域很大需要分割时，必须要考虑到分割用的材料的耐火等级和结构强度。现在许多数据中心机房、通信机房、电脑终端室等为了采光要求和美观，多采用铝合金框架式玻璃隔断，这是就要通过对玻璃的承压能力和耐火等级进行计算。目前大多数工程设计初始，没有考虑灭火起头在喷放时的承压强度，甚至根本就不能保证轻型建筑结构最低的承压强度为1200Pa的要求，同时还要考虑当几个防护区合并为一个时，同时着火的可能性。另外空调机房和数据中心机房合为一个防护区的分割方式较为合理，这样不仅不用安装大量的防火阀，使其出故障的联动设备减少，还猛有效的提高灭火的可靠性，同时也能确保空调设备得到可靠保护，增加了机房面积的使用率。

2.下送风道气体灭火系统管网的设计

因为数据中心大部分采用的是下送风、下走线和下送风、上走线两种方式，因此一般会预留500~700mm高的下送风风道。前者是风道和强弱电的电缆线均布置在活动地板下，这种方式需要在活动地板下设置气体灭火系统探测器和喷嘴；后者的风道没有电缆等可燃物，只具有送风功能，发生火灾的概率较低，可不必设置火灾探测器和喷嘴。需要注意的是下送风风道与机房的空间通过送风口相连，下送风风道容积需要计入机房容积。

3.泄压装置的设置

在气体灭火系统设计中最容易遗漏的部分是防护区泄压口的设置，造成的原因有两种：一是设计单位或者是设计人员认为可以不用设置泄压口；另一种是施工单位偷工减料，他们认为这属于土建施工单位不属于消防工程范围。泄压口面积按照相应的设计规范计算。一般数据机房大面积防护区泄压口的总面积超过0.5m2，如果泄压口平时保持开启，必将带来防水、防尘、防尘等问题。泄压口平时关闭，仅在气体喷放前打开泄压，此时需要采用泄压装置。常见的两种泄压装置有自动泄压阀和机械式开启泄压装置。

灾后通风系统设置

火灾之后的通风系统是气体灭火系统设计时必不可少的子系统之一，但是由于此系统属于空调专业的范围，所以在设计时经常由于设计单位缺少这方面的设计经验，忽略了这方面的设计。当火灾发生时产生的烟雾主要的是以一氧化碳为主，这种气体具有强烈的窒息作用，对人员的生命构成极大的威胁。另外，火灾发生所产生的烟雾遮挡人的视线，使人们在疏散时无法辨别方向，尤其是高层建筑因其自身的"烟筒效应"，使烟雾的上升速度非常快，危害性是显而易见的。火灾发生后应该立即使防排烟系统工作。机房是相对密闭的环境，当发生气体喷射后，气体灭火剂不容易排除，安装排烟系统可帮助排除残留气体灭火剂。《气体灭火系统设计规范》中规定“灭火后的防护区应通风换气，地下防护区和无窗或设同定窗扇的地上防护区，应设置机械排风装置，排风口宜设在防护区的下部并应直通室外。通信机房、电子计算机房等场所的通风换气次数应不小于每小时5次。”

数据中心机房对灾后恢复有严格的时间规定，一旦气体灭火系统启动之后，维护人员应在5分钟内到达现场确认火灾是否被扑灭，如果扑灭之后，需要对火灾现场进行灾后恢复生产。因此在维护人员进入机房之前，机房内应充分的进行通风换气。灾后通风系统在设计时主要注意两方面：①设计时严格执行“通风换气次数应不小于每小时5次”的规定，同时考虑一定的安全系数，因此建议选取风机时按换气次数每小时6次进行计算为好；②风口的设置，如在混合气体灭火系统中，由于其密度比空气大，为了达到更好的通风效果，应该把风管把风口甚至地面出排气，封口处还需安装防火阀。

火警信号集中管理的必要性

机房气体灭火系统一般要与建筑物的总火灾报警系统(报警中心)进行通讯，气体灭火系统的控制器应该向报警中心提供火警、喷放、故障3种信号，以便报警中心对此区域有一定的了解。对在高层建筑内的气体灭火系统必须与中控有火警、喷放、故障3种信号通讯，而报警中心并不控制气体灭火系统。就算机房有人24小时值班也要与报警中心通讯，防止出现通讯“盲区”。

手动启动按钮的唯一性

在气体灭火系统的设计中经常会碰到一个保护区两个或两个以上的出口，一般在出口都会设置手动启动和停止按钮。这种方式从便捷层面上讲应该是反应速度最快的方式，但在火灾发生时有可能出现判断不统一的时候，造成更大的设备损坏。

门禁系统在机房安全管理中的应用

门禁产品目前被大量使用在机房安全系统中，但是人在火灾状态下惊惶程度差异非常大，开关就在手跟前，但就是找不到。因此在气体灭火系统设计中，火灾发生时应该给门禁系统一个信号，使其一直保持到火灾报警系统复位，并保证门禁接触的时间应与此信号同步。

结束语

综上所述，由于数据中心涉及到的行业范围广、存储的数据安全十分重要，因此加强数据中心的防火安全措施，保护数据中心的安全尤为重要。在设计时应按照现行规范，并结合实际情况，进一步完善工程运用中存在的问题。同时加强数据中心的火灾预防系统，争取建立早发现、早处理的预警系统，保证数据中心机房的安全，确保其正常运行。

参考文献

[1]《气体灭火系统设计规范》GB50370-2005

[2]杨琦,胡峥,董浩,郝鹏.数据中心建筑消防灭火系统的选择[J].中国给水排水.2011.07.

[3]关永芬.大型数据中心气体灭火系统设计问题探讨[J].给水排水.2010.02.

[4]于霞.气体灭火设计中关键问题分析[J].科技信息.2012.01