数据中心消防系统设计特点介绍
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摘要：本文对数据中心消防系统进行介绍，包括报警联动系统、气灭管网系统以及气体喷放后事故排风系统。描述了数据中心机房消防报警系统与气灭管网系统的联动设计特点，通过对七氟丙烷灭火系统和混合气体灭火系统的优缺点进行比较，比较的结论作为气灭管网设计时进行分析的依据，进行系统选择。
关键词：数据中心消防系统 报警联动系统 气体灭火系统 事故排风系统探测器
七氟丙烷混合气体设计用量设计浓度
中图分类号：TU998文献标识码： A
一、数据中心介绍
随着计算机技术的不断发展，与之相配套的机房也应运而生，目前在我国已形成了具有一定规模的机房及相关产业。近年来，IT技术不断创新，新材料、电力电子、制冷技术等基础学科研究突破性的发展，使机房技术在结构布局、供配电、制冷、监控管理等方面产生了巨大变化。
飞速发展的网络建设，使大量数据的传输成为可能。为使各个机房之间数据传输顺畅，在各个行业及部门均开始建设大规模的数据中心（Data Center）机房，对数据的处理、存储进行集中，以提高稳定性并有效降低运行及维修成本。现在的数据中心已成为一个由多个专业组成的系统工程，涵盖了智能建筑工程的各个专业，如供电系统、制冷系统、机柜系统、消防系统、监控系统等关键的基础设施专业。
数据中心是在一定物理空间内实现信息的集中处理、存储、传输、交换、管理。而计算机设备、服务器设备、网络设备、存储设备等是数据中心的关键设备，保护这些重要设备及重要数据免于火灾损失尤为重要。由此可见，消防系统在数据中心起着重要的保护作用。
数据中心的消防系统主要有早期探测报警系统、火灾确认后的灭火系统以及气体喷放后事故排风系统组成。
数据中心的早期探测报警系统有传统点型探测系统和极早期探测系统。
由于数据中心的计算机等设备非常重要，数据一旦丢失，损失很难弥补，且计算机等精密电子设备遇水易损坏，因此，传统的以水为灭火介质的自动喷洒灭火系统难以在数据中心机房中使用，进而选用灭火喷放后对电子设备造成的损失小的气体灭火系统进行灭火。
1.气灭区的报警联动系统
（1）传统探测报警联动系统
由于数据中心机房多为气体灭火保护区，所以传统点式探测报警器采用烟感和温感两路探测。根据《消防联动控制系统规范》的规定，气灭区的探测器不直接接入气灭盘，而是接入消防报警主机。
当消防控制中心收到数据中心机房内任一探测器发出报警信号，值班人员立即赶至现场进行人工确认，确认后，由值班人员在现场决定是否启动气体自动灭火系统。若需要开启气体自动灭火系统，把气灭盘打到手动状态，按下气灭盘的紧急启动按钮，气体喷放，防护区门口的放气指示灯亮，提醒人员勿入。消防报警主机立即关闭保护区相关的风阀，风机等设备，并显示动作反馈信号。
当气灭盘为自动状态时，数据中心机房内的一路探测器报警后，消防报警主机通过连接在总线上的控制模块向该防护区的气体灭火控制盘发出一路报警信号，该防护区的警铃动作；当数据中心机房内的另一路探测器也报警后，消防报警主机通过连接在总线上的控制模块向该防护区的气体灭火控制盘发出二路报警信号，该防护区的声光报警器动作。经过30S延时后，气灭盘电动打开钢瓶间内该防护区的启动钢瓶上的电磁阀，气体喷放，同时气灭盘接收压力开关的反馈信号，消防报警主机通过连接在总线上的监视模块监视气灭盘的故障状态、手动自动状态、气体释放状态。防护区门口的放气指示灯亮，提醒人员勿入。消防报警主机立即关闭保护区相关的风阀、风机等设备，并显示动作反馈信号。另外火灾报警控制器能够实现对气体灭火控制盘的远程复位功能。
（2）极早期吸气式烟雾探测报警联动系统
对于数据中心机房，极早期探测器通过探测采样管对机房内的空气进行采样过滤、数据分析，极早期探测器能对火灾发生的最初阶段对火灾源进行准确定位，快速响应，能够使值班人员在灭火系统不得不启动之前采取有效措施。极早期吸气式烟雾探测器能够输出2级以上报警信号，报警信号通过模块提供给中控室的消防报警联动主机，消防中控室报警联动主机通过模块联动防护区的气体灭火控制盘，进行气体喷放。同时，消防中控室报警联动主机通过模块监视钢瓶间的电磁阀动作状态以及压力开关动作状态。
2.气体灭火系统设计分析
数据中心机房通常用气体灭火系统保护。目前常用的气体灭火系统有七氟丙烷气体灭火系统和IG541混合气体灭火系统。在数据中心机房气体灭火系统选择上，以上两种灭火系统各有优势，需对以上两种系统进行技术经济比较后选择。
考虑因素之一，比较灭火系统所用灭火剂的环保性能。
七氟丙烷气体和IG541混合气体是洁净灭火剂，两者都是良好的哈龙替代物。七氟丙烷气体不含溴和氯元素，对大气中的臭氧层无破坏作用。IG541混合气体灭火剂是三种自然界气体氮气、氩气、二氧化碳的混合物，不会产生具有长久影响大气寿命的化学物质，不会造成诸如卤代烃替代药剂灭火工程中伴生的毒性问题。
所以，就环保而言，IG541混合气体灭火剂优于七氟丙烷灭火剂。
考虑因素之二，比较现场输送距离要求对系统选择的影响。
气灭系统设计时，按照就近原则设计从钢瓶间通向防护区的气灭管道，不超过8个防护区设立一套系统钢瓶组。七氟丙烷灭火系统的药剂钢瓶存储压力为4.2MPa，经过管网沿程压力损失和局部压力损失后，到达喷头末端的压力规范要求不应小于0.7MPa。IG541混合气体灭火系统的药剂钢瓶存储压力为15MPa，经过管网沿程压力损失和局部压力损失后，到达喷头末端的压力规范要求不应小于2.0MPa。由此可见，由于IG541混合气体灭火系统管网内的可压降损失值比七氟丙烷灭火系统大，所以可输送的管网距离比七氟丙烷灭火系统长。从选择阀到防护区的主管道长度，七氟丙烷灭火系统的计算经验值一般不超过50米，而IG541混合气体灭火系统的计算经验值一般不超过80米。
由此可见，钢瓶间通向防护区的主管道长度超过50米时，建议选择IG541混合气体灭火系统才能满足系统末端喷头压力要求。
考虑因素之三，比较钢瓶间面积对系统选择的影响。
由于数据中心机房的面积和体积都很大，决定了机房所需的药剂钢瓶数量很多。例如，一个系统中最大防护区为2500m3，若选用七氟丙烷灭火系统，经过设计用量公式W=K*(V/S)*(C1/(100-C1))计算，需要1585KG七氟丙烷药剂，若选用90L的七氟丙烷药剂钢瓶，通过计算需要21瓶，那么根据钢瓶间摆放要求，钢瓶间面积至少需要25M2；若选用IG541混合气体灭火系统，经过设计用量公式W=K*(V/S)*ln(100/(100-C1))计算，需要1665KG混合气体药剂，若选用80L的IG541药剂钢瓶，通过计算需要100瓶，那么钢瓶间面积至少需要70M2。
由此可见，在钢瓶间面积有限的情况下，建议选择七氟丙烷灭火系统。
考虑因素之四，比较浓度分配调整对系统选择的影响。
根据2006 年5 月1 日起实施的《气体灭火系统设计规范》( GB50370 - 2005) ，加强了对人身安全的考虑，规定有人工作的防护区的灭火设计浓度、实际使用浓度应低于有毒性反应浓度。在工程中为便于安装、维修及管理，以及灭火时自动及手动选择打开钢瓶，组合分配灭火系统的钢瓶充装量通常是相同的。由于七氟丙烷灭火系统灭火设计浓度跨越范围小，单个灭火剂储瓶的储存量大，不大于钢瓶容量的95%，因此为保证不同防护区的灭火设计浓度均在在规范许可范围内，会出现不同充装密度或不同充装容积的钢瓶。而IG541混合气体灭火系统灭火设计浓度一般在37%~43%之间，单个灭火剂储瓶的储存量小，为钢瓶容量的21%，故不存在此问题。
所以，在组合分配系统中，当保证不同防护区的灭火设计浓度均在在规范许可范围内有困难时，建议选择IG541混合气体灭火系统进行组合分配设计。
考虑因素之五，比较系统造价对系统选择的影响。
七氟丙烷灭火系统和IG541混合气体灭火系统的药剂钢瓶本身的市场价接近，而七氟丙烷灭火药剂的市场价为240元/Kg，IG541混合气体的市场价为35元/Kg。单就药剂价格来看，在同样满足工程技术要求的前提下，IG541混合气体灭火系统的造价更低。
但是上述例子中，最大防护区体积为2500m3的系统，选用80L的IG541药剂钢瓶，需要100瓶药剂钢瓶，而选用90L的七氟丙烷药剂钢瓶，需要21瓶药剂钢瓶，在钢瓶市场单价接近时，单就所需药剂钢瓶的数量来看，在同样满足工程技术要求的前提下，七氟丙烷灭火系统的造价更低。
所以，系统造价要综合所需药剂量和钢瓶数量计算工程总价进行比较，决定系统选择。
考虑因素之六，比较系统维护对系统选择的影响。
如上所述，同样基础参数条件下，采用七氟丙烷气体灭火系统所需的钢瓶数量比IG541混合气体灭火系统少，所以日常维护管理的工作量相对较小。同时，七氟丙烷气体灭火系统钢瓶的存储压力为4.2MPa，而IG541混合气体灭火系统存储压力为15MPa，相对于七氟丙烷气体灭火系统来说，IG541混合气体灭火系统的维护要求更高。
气体灭火系统设计特点分析汇总
特点比较 七氟丙烷气体灭火系统 IG541气体灭火系统
灭火介质环保性能 良好 更安全无毒
输送距离 50m左右 80m左右
所需钢瓶间面积 小 大
灭火浓度分配调整 难度大 难度小
工程造价 药剂价格高，导致造价高 所需钢瓶数量多，导致造价高
日常维护管理 相对不高 要求高
3.事故排风系统设计
根据《气体灭火系统设计规范》要求，防护区着火，气体灭火剂喷放后，该防护区应通风换气，若该防护区位于地下，或位于地上的防护区无窗或设固定窗扇，应进行机械排风。由于灭火剂比空气重，所以事故排风口设在防护区的下部。数据中心机房的通风换气次数不小于每小时5次。由于一套气体灭火系统的8个防护区按同时只有一个防护区着火考虑，就近的几个数据中心机房可共用一台事故排风机，排风管联至各防护区的排风口，排风口处设防火阀，平时及喷放气体时防火阀关闭，事故后手动打开防火阀和排风机，进行事故后通风换气，排风机的风量按最大数据中心机房的换气要求考虑。
三、结论
数据中心机房的消防报警系统设计可选用传统点型探测器或极早期吸气式烟雾探测器。极早期吸气式烟雾探测器探测能够对潜在的火情发出极早期的报警，能够使值班人员在灭火系统不得不启动之前采取有效措施，有效降低气体喷放灭火的发生率。就消防工程造价而言，数据中心机房内使用极早期吸气式烟雾探测器比使用传统点型探测器造价高。在报警系统选型时，需要进行技术经济比较。
数据中心机房的气体灭火管网系统设计可选七氟丙烷灭火系统或混合气体灭火系统。两种系统都能满足工程技术要求的前提下，在灭火剂的环保性能、输送距离和灭火浓度分配调整方面混合气体灭火系统优于七氟丙烷灭火系统；在所需最小钢瓶间面积和日常维护管理方面七氟丙烷灭火系统优于混合气体灭火系统。在工程造价方面，需对七氟丙烷灭火系统或混合气体灭火系统的钢瓶间设备总造价进行比较，选择总设备造价低的方案。
参考文献：
［1］GB 50370―2005,气体灭火系统设计规范.
［2］GB16806―2006,消防联动控制系统.
［3］GB50116―98,火灾自动报警系统设计规范.
［4］陈志鸿,等.地铁工程气体灭火剂的选用.甘肃科技,2008(6):24-11.