某数据中心的火灾自动报警系统设计

2011-08-08崔振辉中国建筑设计研究院机电院北京100044

智能建筑电气技术 2011年5期

崔振辉（中国建筑设计研究院机电院，北京 100044）

1 绪论

随着我国经济的飞速发展，数据中心作为一个企业的物理载体，在企业的运行中发挥着越来越重要的核心作用。多数公司也开始尝试将资源整合到数据中心中。数据中心不仅投资巨大，而且储存在其中的数据资源的价值更是无法估计，因此如何更加可靠、迅速的发现和扑灭可能发生的火灾变得尤为重要。

2 工程概况

本工程数据机房区建筑面积8.3万m2，共36个数据机房，面积达2万余 m2，属于一类建筑。地下共2层，地下2层主要为：冷源机房、高压配电间、消防水泵房及备件库。地下1层主要为：变电站、高压配电间、分界室、安防控制室、UPS/电池间及其附属空调机房。地上部分由A-1、A-2及A-3三部分组成。A-1为机房楼，其1层为入口大堂、测试操作区、测试区、数据机房区以及消防控制室；2层和3层为监控大厅和相应的管理配套用房、数据机房区。A-2和A-3为机房动力楼，为柴油发电机机房。

本文将结合数据机房的独特性，将数据中心与常规建筑在火灾自动报警方面的不同之处进行介绍。

3 火灾自动报警气体灭火系统

本工程在A-1楼数据机房采用气体灭火，共计36个防护区。出于绿色环保以及保护设备的考虑，本工程设置IG-541（烟烙尽）全淹没组合分配系统。其工作原理见图1，平面布置如图2所示。

在气体灭火防护区域内，设置感温和感烟两种探测器，当自动控制装置接收到两个独立的火灾信号后才能启动。同时在防护区疏散出口的门外设置气体灭火控制盘、手动启停按钮以及声光报警器。

气体灭火系统可采用自动控制、电气手动控制以及机械应急手动操作三种方式，具体控制方式如下：

1）自动控制

当保护区发生火情，火灾探测器发出火灾信号，报警灭火控制器立刻发出声、光信号，同时发出联动指令，关闭连锁设备。经过一段延迟时间（不大于30s），发出灭火指令，打开启动阀释放烟烙尽气体灭火。

2）电气手动控制

当保护区发生火情，可按下手动启/停按钮，实现灭火功能。

3）机械应急手动操作

图1 气体灭火系统工作原理图

图2 数据机房气体灭火报警平面示意图

当保护区发生火情，控制器不能发出灭火指令时，可在通知相关人员撤离现场之后，用系统所设的机械式启动机构，直接启动设备，实现灭火功能。

4 火灾自动报警高压细水雾灭火系统

高压细水雾灭火系统是一种新的灭火技术，也称高压水喷雾自动消防系统。本工程中在A1楼地下1层高压配电间、UPS/电池间、变电站、分界室、安防控制室，地下2层高压配电间设置了高压细水雾灭火系统，共设置31个防护区。

本工程要求高压细水雾的细水雾雾滴体积中间直径Dv0.5＜100μm。研究中发现：只要细水雾的粒径小于100μm，在扑灭电子电气火灾的过程中，一部分细水雾雾滴会快速气化，一部分细水雾雾滴可以长时间地悬停在空中，只有少部分的细水雾滴落到电子电气设备的表面，而真正进入电子电气设备内部电路的细水雾极少。这些进入内部电路板的细水雾也因为直径非常小，汇聚凝结需要数量非常庞大的雾滴和极长的时间才能完成，因此很难形成导电的连续水流或表面水域，能够高效、安全地扑灭带电火灾。

高压细水雾灭火系统控制原理如图3所示，在高压细水雾防护区域内，设置感温和感烟两种探测器，只有在高压细水雾灭火系统接收到两个独立的火灾信号后才能启动。同时在每个防护区设置高压细水雾现场控制阀组箱、手动启停按钮以及声光报警器。

高压细水雾灭火系统可实现自动控制、手动控制、机械应急操作三种控制方式。具体控制方式如下：

1）自动控制

高压细水雾系统报警主机收到灭火分区的一路探测器报警后，联动开启灭火分区内侧的声光报警器；接收到同一灭火分区内第二路探测器报警确认火灾后，联动开启灭火分区外侧的声光报警器，同时联动打开该灭火分区对应的区域控制阀，向配水管供水。当闭式喷头玻璃泡的温度达到动作温度时，玻璃泡破碎，喷放细水雾灭火。压力开关反馈系统喷放信号，主机接收到该反馈信号后联动开启喷雾指示灯。

2）手动控制

当现场人员确认火灾且自动控制未动作时，可按下现场阀组箱内的启动按钮打开区域控制阀，向配水管供水。当闭式喷头玻璃泡的温度达到动作温度时，玻璃泡破碎，喷放细水雾灭火。压力开关反馈系统喷放信号，主机接收到该反馈信号后联动开启喷雾指示灯。

3）机械应急操作

当自动控制与手动控制失效时，通过操作区域控制阀的手柄，打开控制阀，启动系统，喷放细水雾灭火。

在灭火过程完成后，系统应能立即联动相应区域的机械通风装置，对细水雾喷放区进行通风干燥，以便尽快进行修复工作。手动操作点均应设明显的永久性标志。

图3 高压细水雾灭火系统控制原理图

图4 数据机房的采样点平面布置图

5 空气采样自动报警系统

数据机房作为整个数据中心的核心区域，机房内设置了大量的大型服务器和机柜，储存了大量的数据资源，属于需要进行火灾早期探测的关键场所。为了保障数据机房的安全，更早的发现火情，在该区域的房间内设置了极早期的烟雾探测设备，根据其工作原理也可称为空气采样报警系统。

空气采样式烟雾探测器由吸气泵、过滤器、激光腔、控制电路、显示模块、编程模块等组成。吸气泵通过PVC管所组成的采样管从被保护区内连续采集空气样品送入探测器。空气样品经过过滤组件滤去灰尘颗粒后进入激光腔，在激光腔内利用激光照射空气样品，其中烟雾粒子所造成的散射光被两个接收器接收。接收器将光信号转换成电信号后送到探测器的控制电路，信号经过处理转化为烟雾浓度值，该数值以数字和可视发光图条的方式显示在显示模块上，指示被保护区中烟雾的浓度。并根据烟雾浓度以及预设的报警阈值相比较，从而实现报警。空气采样报警系统具有高精度的激光探测器，探测范围广、灵敏度高，对被测粒子的方生源和大小无要求。其探测分辨力高达0.000075%obs/m，报警阈值最高达0.005%obs/m，比传统点式探测器高1000倍以上。由于空气采样报警系统的灵敏度高于传统烟感探测系统，因此它能在报警后给值班人员100～200 min的扑救时间。而传统烟感探测系统报警时往往是火灾已经形成一定规模，或者留给值班人员补救的时间只有几分钟。

图5 空气采样系统图

为了保障空气采样系统探测火情的精确、迅速，一台探测器上的采样管道总长不宜超过200m，单管的长度不应超过100m。采样孔总数不宜超过100个，单管上的采样孔数量不宜超过25个。

由于数据机房设置架空地板层，用于供电电缆的敷设及网络布线，此处较为隐蔽，且发生火情不宜被人察觉。所以将架空地板层考虑在空气采样系统保护范围内。结合数据机房的建筑布局及面积大小，每个数据机房设置两台探测器，分别监控地板上和地板下两个区域。每台探测器使用四根管道接口。数据机房的采样点平面布置图见图4。采样管采用内径为21mm的PVC管。采样管在保护地板上区域时，可直接贴在吊顶，也可与吊顶离开最大100mm的距离。在保护架空地板层的时候，为了避免与架空地板层内的线缆交错，采用立式管道采样。除此之外，为了确保机柜内的安全，将内径为5～6mm的可弯曲采样管从主干采样管上分支出来，进入被保护的机柜内部。在不增加网络复杂性的情况下，实现对机柜内的毛细管采样。

整个空气采样报警系统网络使用RS485环形网络结构，通过监控软件对探测器进行观测、编程，具有容错功能，其中任意点断开不影响整个网络通讯。同时通过空气采样报警系统探测器自带的继电器与传统火灾报警系统连接，实现与现场消防设施联动功能。探测器上的可编程继电器，向传统火灾报警主机提供相应信号（报警、行动、故障），再由传统火灾报警系统的输入模块接收后，传送至传统火灾报警主机，达到双重监控的作用。空气采样系统图见图5。