某數據中心的火災自動報警系統設計

崔振輝（中國建筑設計研究院機電院，北京 100044）

1 緒論

隨著我國經濟的飛速發展，數據中心作為一個企業的物理載體，在企業的運行中發揮著越來越重要的核心作用。多數公司也開始嘗試將資源整合到數據中心中。數據中心不僅投資巨大，而且儲存在其中的數據資源的價值更是無法估計，因此如何更加可靠、迅速的發現和撲滅可能發生的火災變得尤為重要。

2 工程概況

本工程數據機房區建筑面積8.3萬m2，共36個數據機房，面積達2萬余 m2，屬于一類建筑。地下共2層，地下2層主要為：冷源機房、高壓配電間、消防水泵房及備件庫。地下1層主要為：變電站、高壓配電間、分界室、安防控制室、UPS/電池間及其附屬空調機房。地上部分由A-1、A-2及A-3三部分組成。A-1為機房樓，其1層為入口大堂、測試操作區、測試區、數據機房區以及消防控制室；2層和3層為監控大廳和相應的管理配套用房、數據機房區。A-2和A-3為機房動力樓，為柴油發電機機房。

本文將結合數據機房的獨特性，將數據中心與常規建筑在火災自動報警方面的不同之處進行介紹。

3 火災自動報警氣體滅火系統

本工程在A-1樓數據機房采用氣體滅火，共計36個防護區。出于綠色環保以及保護設備的考慮，本工程設置IG-541（煙烙盡）全淹沒組合分配系統。其工作原理見圖1，平面布置如圖2所示。

在氣體滅火防護區域內，設置感溫和感煙兩種探測器，當自動控制裝置接收到兩個獨立的火災信號后才能啟動。同時在防護區疏散出口的門外設置氣體滅火控制盤、手動啟停按鈕以及聲光報警器。

氣體滅火系統可采用自動控制、電氣手動控制以及機械應急手動操作三種方式，具體控制方式如下：

1） 自動控制

當保護區發生火情，火災探測器發出火災信號，報警滅火控制器立刻發出聲、光信號，同時發出聯動指令，關閉連鎖設備。經過一段延遲時間（不大于30s），發出滅火指令，打開啟動閥釋放煙烙盡氣體滅火。

2） 電氣手動控制

當保護區發生火情，可按下手動啟/停按鈕，實現滅火功能。

3） 機械應急手動操作

圖1 氣體滅火系統工作原理圖

圖2 數據機房氣體滅火報警平面示意圖

當保護區發生火情，控制器不能發出滅火指令時，可在通知相關人員撤離現場之后，用系統所設的機械式啟動機構，直接啟動設備，實現滅火功能。

4 火災自動報警高壓細水霧滅火系統

高壓細水霧滅火系統是一種新的滅火技術，也稱高壓水噴霧自動消防系統。本工程中在A1樓地下1層高壓配電間、UPS/電池間、變電站、分界室、安防控制室，地下2層高壓配電間設置了高壓細水霧滅火系統，共設置31個防護區。

本工程要求高壓細水霧的細水霧霧滴體積中間直徑Dv0.5＜100μm。研究中發現：只要細水霧的粒徑小于100μm，在撲滅電子電氣火災的過程中，一部分細水霧霧滴會快速氣化，一部分細水霧霧滴可以長時間地懸停在空中，只有少部分的細水霧滴落到電子電氣設備的表面，而真正進入電子電氣設備內部電路的細水霧極少。這些進入內部電路板的細水霧也因為直徑非常小，匯聚凝結需要數量非常龐大的霧滴和極長的時間才能完成，因此很難形成導電的連續水流或表面水域，能夠高效、安全地撲滅帶電火災。

高壓細水霧滅火系統控制原理如圖3所示，在高壓細水霧防護區域內，設置感溫和感煙兩種探測器，只有在高壓細水霧滅火系統接收到兩個獨立的火災信號后才能啟動。同時在每個防護區設置高壓細水霧現場控制閥組箱、手動啟停按鈕以及聲光報警器。

高壓細水霧滅火系統可實現自動控制、手動控制、機械應急操作三種控制方式。具體控制方式如下：

1） 自動控制

高壓細水霧系統報警主機收到滅火分區的一路探測器報警后，聯動開啟滅火分區內側的聲光報警器；接收到同一滅火分區內第二路探測器報警確認火災后，聯動開啟滅火分區外側的聲光報警器，同時聯動打開該滅火分區對應的區域控制閥，向配水管供水。當閉式噴頭玻璃泡的溫度達到動作溫度時，玻璃泡破碎，噴放細水霧滅火。壓力開關反饋系統噴放信號，主機接收到該反饋信號后聯動開啟噴霧指示燈。

2） 手動控制

當現場人員確認火災且自動控制未動作時，可按下現場閥組箱內的啟動按鈕打開區域控制閥，向配水管供水。當閉式噴頭玻璃泡的溫度達到動作溫度時，玻璃泡破碎，噴放細水霧滅火。壓力開關反饋系統噴放信號，主機接收到該反饋信號后聯動開啟噴霧指示燈。

3） 機械應急操作

當自動控制與手動控制失效時，通過操作區域控制閥的手柄，打開控制閥，啟動系統，噴放細水霧滅火。

在滅火過程完成后，系統應能立即聯動相應區域的機械通風裝置，對細水霧噴放區進行通風干燥，以便盡快進行修復工作。手動操作點均應設明顯的永久性標志。

圖3 高壓細水霧滅火系統控制原理圖

圖4 數據機房的采樣點平面布置圖

5 空氣采樣自動報警系統

數據機房作為整個數據中心的核心區域，機房內設置了大量的大型服務器和機柜，儲存了大量的數據資源，屬于需要進行火災早期探測的關鍵場所。為了保障數據機房的安全，更早的發現火情，在該區域的房間內設置了極早期的煙霧探測設備，根據其工作原理也可稱為空氣采樣報警系統。

空氣采樣式煙霧探測器由吸氣泵、過濾器、激光腔、控制電路、顯示模塊、編程模塊等組成。吸氣泵通過PVC管所組成的采樣管從被保護區內連續采集空氣樣品送入探測器。空氣樣品經過過濾組件濾去灰塵顆粒后進入激光腔，在激光腔內利用激光照射空氣樣品，其中煙霧粒子所造成的散射光被兩個接收器接收。接收器將光信號轉換成電信號后送到探測器的控制電路，信號經過處理轉化為煙霧濃度值，該數值以數字和可視發光圖條的方式顯示在顯示模塊上，指示被保護區中煙霧的濃度。并根據煙霧濃度以及預設的報警閾值相比較，從而實現報警。空氣采樣報警系統具有高精度的激光探測器，探測范圍廣、靈敏度高，對被測粒子的方生源和大小無要求。其探測分辨力高達0.000075%obs/m，報警閾值最高達0.005%obs/m，比傳統點式探測器高1000倍以上。由于空氣采樣報警系統的靈敏度高于傳統煙感探測系統，因此它能在報警后給值班人員100～200 min的撲救時間。而傳統煙感探測系統報警時往往是火災已經形成一定規模，或者留給值班人員補救的時間只有幾分鐘。

圖5 空氣采樣系統圖

為了保障空氣采樣系統探測火情的精確、迅速，一臺探測器上的采樣管道總長不宜超過200m，單管的長度不應超過100m。采樣孔總數不宜超過100個，單管上的采樣孔數量不宜超過25個。

由于數據機房設置架空地板層，用于供電電纜的敷設及網絡布線，此處較為隱蔽，且發生火情不宜被人察覺。所以將架空地板層考慮在空氣采樣系統保護范圍內。結合數據機房的建筑布局及面積大小，每個數據機房設置兩臺探測器，分別監控地板上和地板下兩個區域。每臺探測器使用四根管道接口。數據機房的采樣點平面布置圖見圖4。采樣管采用內徑為21mm的PVC管。采樣管在保護地板上區域時，可直接貼在吊頂，也可與吊頂離開最大100mm的距離。在保護架空地板層的時候，為了避免與架空地板層內的線纜交錯，采用立式管道采樣。除此之外，為了確保機柜內的安全，將內徑為5～6mm的可彎曲采樣管從主干采樣管上分支出來，進入被保護的機柜內部。在不增加網絡復雜性的情況下，實現對機柜內的毛細管采樣。

整個空氣采樣報警系統網絡使用RS485環形網絡結構，通過監控軟件對探測器進行觀測、編程，具有容錯功能，其中任意點斷開不影響整個網絡通訊。同時通過空氣采樣報警系統探測器自帶的繼電器與傳統火災報警系統連接，實現與現場消防設施聯動功能。探測器上的可編程繼電器，向傳統火災報警主機提供相應信號（報警、行動、故障），再由傳統火災報警系統的輸入模塊接收后，傳送至傳統火災報警主機，達到雙重監控的作用。空氣采樣系統圖見圖5。

6 小結

本工程在采用常規點式火災探測器的基礎上，在重要區域設置了空氣采樣極早期自動報警系統，同時實現了氣體滅火系統和高壓細水霧系統與火災自動報警系統的消防聯絡，對數據中心的各個區域都提供了迅速、準確、全方位的火災安全保障。

[1] 中華人民共和國公安部.GB50370-2005氣體滅火系統設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2005.