某数据中心柴油发电机房水喷雾系统改造设计
2022-06-02耿牧歌
耿牧歌，李 鸯
（1.中国移动通信集团设计院有限公司山东分公司，山东 济南 250000；2.济南城建集团有限公司设计研究院，山东 济南 250000）
柴油发电机组为数据中心的重要组成部分之一，一旦发生火灾，危害影响较大，因此落实柴油发电机房的消防保护工作非常重要。
1 自动灭火系统的选择分析
待改造柴油发电机房总面积约1 040 m2，建筑内已安置10 台柴油发电机，共有7 种不同型号的柴油发电机。
目前该柴油机房内无自动灭火系统，面临的安全风险相对较大。因此本次将水喷雾灭火系统作为改造工程中自动灭火系统的首要选择。
2 水喷雾灭火系统的设计
2.1 水喷雾灭火系统的设计参数
结合GB 50219—2014《水喷雾灭火系统技术规范》规章制度的了解，水喷雾灭火系统供给强度定为20 L/min·m2，持续供给时间为0.5 h，响应时间为60 s，水雾喷头的工作压力不小于0.35 MPa。
2.2 报警阀选型与布置
通过对GB 50219—2014《水喷雾灭火系统技术规范》的了解发现，一般响应时间低于120 s 的范围内，需要设置自动雨淋报警装置。柴油发电机房内现有10台柴油发电机，需要设置10 组雨淋阀组，对应每台柴油发电机。
2.3 喷头的选型与布置
结合实际情况发现，水喷雾灭火系统喷头设置是整体安全性和消防成效的关键所在，因此应将喷头喷射方向有效利用，确保其能充分喷向所有区域[1]。水喷雾系统喷头的布置有立体布置法和平面布置法两种形式[2]。
本次设计考虑到需保护柴油发电机基础高度均在2 m 左右，侧表面积较大，因此优先采用立体布置法。
由于水喷雾对于柴油发电机的保护面积，应按照完全包络保护对象的外表面面积来计算，在保证最小的供给强度20 L/min·m2的前提下，喷头完全布置在柴油发电机顶部，会导致喷头间隔距离不断缩小，喷射水雾逐渐加强，部分重复喷射的区域会发生相互碰撞，致使雾滴变大，从而达到最佳消防效果。正常适宜的消防喷头间距以水雾锥底圆半径的1～1.4 倍为宜[3]。
依据《04S209 自动喷水与水喷雾灭火设施安装》图集选择水雾喷头，喷头大样如图1 所示，具体参数见表1。
表1 水雾喷头规格及参数
图1 喷头大样图
2.3.1 水雾喷头流量计算
水雾喷头的流量应按下式计算
式中：q 为水雾喷头的流量（L/min）；P 为水雾喷头的工作压力（MPa）；K 为水雾喷头的流量系数，取值由喷头制造商提供。
喷头流量计算表见表2。
表2 喷头流量计算表
2.3.2 柴油发电机各表面所需要的水雾喷头个数
保护对象所需水雾喷头的计算数量应按下式计算
式中：N 为保护对象所需水雾喷头的计算数量（只）；S为保护对象的保护面积（m2）；W 为保护对象的设计供给强度（L/（min·m2））。
以最不利处柴油发电机为计算对象，以柴油发电机每个表面最突出点为测量点，经过现场实际测量，该柴油发电机的尺寸长*宽*高为6.3 m×2.2 m×2.8 m，选用ZSTWB/SL-S222-63-120 型K=42.8 型号喷头，柴油发电机各表面积及所需的喷头个数可见表3 柴油发电机各表面喷头个数计算表。
表3 柴油发电机各表面喷头个数计算表
2.3.3 系统的计算流量及设计流量
系统的计算流量应按下式计算
式中：Qj为系统的计算流量（L/s）；n 为系统启动后同时喷雾的水雾喷头的数量（只）；qi为水雾喷头的实际流量（L/min），应按水雾喷头的实际工作压力计算。系统的设计流量应按下式计算
式中：Qs为系统的设计流量（L/s）；k 为安全系数，应不小于1.05。
由2.3.2 的计算可得该柴油发电机的水雾喷头个数加上储油间的1 个喷头总计19 个喷头，单个喷头的流量为1.34 L/s，共计25.46 L/s，再乘以安全系数1.05可得系统的设计流量为26.74 L/s。
2.3.4 水喷雾喷头布置
在各柴油发电机表面设置的水喷雾喷头最好设置成矩形形状，在这种情况下，各个水雾喷头之间的距离就应该是水雾锥底圆半径的1～1.4 倍，有下式：
式中：R 为水雾锥底圆半径（m）；B 为水雾喷头的喷口与保护对象之间的距离（m）；θ 为水雾喷头的雾化角（°）。
本设计方案选用ZSTWB/SL-S222-63-120 型K=42.8 型号喷头，雾化角度为120°，喷头距离保护对象的距离为0.5 m，可计算出水雾锥底圆半径为0.865 m，喷头间距设为1 m，满足不大于1.4 倍水雾锥底圆半径的设计要求[4]。
本设计方案选用的喷头雾化角度为120°，当安装角度为30°，喷头雾化范围如图2 所示，喷洒的水雾可以包络柴油发电机。
图2 左右前后表面喷头安装示意图
根据侧面和顶面的喷头间距的计算，水喷雾喷头及管道布置如图3 所示。
图3 水喷雾管道布置示意图
2.4 系统流量校核及入口压力的计算
将图3 简化，每个节点编号进行水力计算，对设计流量进行校核并计算出入户端所需要的压力。水力计算管段划分如图4 所示。水力计算表见表4。
表4 水力计算表
图4 水力计算管段划分图
最终校核后的流量为25.35 L/s，最终计算的泵的出口压力为0.73 MPa。
3 结论
水喷雾灭火系统设置时，必须充分考虑到所有可能发生的情况，确保喷雾强度符合相关标准要求，在进行喷头设置时也要综合计算，选择最佳位置实现最佳灭火成效，从而最大程度降低火灾可能带来的不利影响。
