淺談吸氣式感煙火災探測報警系統在數據機房中的應用

肖力揚（廣東省電信規劃設計院有限公司， 廣東 廣州 510630）

1 數據機房火災自動報警系統概述

隨著計算機技術和通信技術的飛速發展，數據機房的建設在我國遍地開花，其應用行業涵蓋了電信、金融、行政、物流、企業內部應用等等。隨著需求量的增大，機柜的密度越來越高，單機柜的功率在數年內由平均2kW/機柜迅速上升至現在的4～6kW/機柜甚至更高。這個變化使得數據機房在同樣的面積內所承載的通信設備以及其中的數據相比以往更為密集和重要。一旦數據機房發生火災，不僅會造成機房設備的損失，更嚴重的是會導致通信設備癱瘓，使政府、企業、個人的通信中斷和數據丟失，由此產生的經濟損失和社會影響是巨大且無法挽回的。基于此，數據機房內的火災自動報警系統在對設備和信息的保護方面有極高的要求。

由傳統的被動式火災探測設備組成的火災自動報警系統，其在數據機房內的應用有如下局限性：

1）只有煙霧聚集到一定濃度，普通點型感煙探測器才能達到報警閾值，其響應時間過長，不利于機房設備和人員的保護。在探測器報警前，過量的煙霧由于具有導電隨機性，可能會引起電路誤操作；電纜電線屆時已燒毀，并且釋出腐蝕性氣體，對電路造成損傷。

2）普通點型感煙探測器受環境氣流影響較大。由于機房設備單機柜功率的不斷升高，機房內空調設備的效能也相比以往大大提高，機房的空氣更換率達到20～40次/h或更高，從而對火災煙霧起到了稀釋作用，從而推遲了普通點型感煙探測器的報警時間。

3）普通點型探測器報警時，滅火氣體的噴放已無可避免，若能夠盡早發現火情，將火災撲滅在萌芽階段，就可以避免噴灑昂貴的滅火氣體。

4）由于通信設備需終年運行，不可停歇，而煙感類探測器按要求應定期維護、檢修，而檢修時需動用大型設備爬至吊頂去檢修，若檢修人員不慎使金屬物品掉入機柜，將使設備嚴重受損。

5）機房內有各種IT設備如電源、服務器、交換機、傳輸設備等，傳統的探測器會受到這些設備的電磁干擾，容易造成誤報或漏報，為此可能帶來不必要的損失。

2 吸氣式感煙火災探測報警系統的特點和優勢

為解決上述問題，吸氣式感煙火災探測報警系統是數據機房內火災早期報警的最佳解決方案。

吸氣式感煙火災探測報警系統是利用被保護區內布放的PVC管網，通過抽氣泵將空氣樣品抽取至偵測腔進行檢測，計算煙霧濃度值。其相對傳統火災報警系統的優勢包括以下幾點：

1）吸氣式感煙火災探測報警系統的報警閾值為四級，其設計依據是火情發展的四個階段：陰燃階段、可見煙階段、可見火光階段及劇烈燃燒階段，如圖1所示。普通點型感煙探測器在可見煙階段才能檢測到煙霧，發出警報信號，但此時火情已無法避免對數據機房內的設備造成重大損失。相比傳統火災報警系統,吸氣式感煙火災探測報警系統則可以提前4～11h發現險情，為人員提供充裕的時間進行滅火工作。

2) 吸氣式感煙火災探測報警系統具有高精度的激光探測器，靈敏度高、探測范圍廣，對被測粒子的大小及發生源均無要求，其探測分辨率和報警閾值比傳統點型感煙探測器高1000倍以上。

3）吸氣式感煙火災探測報警系統具有多種采樣方式，包括標準管道采樣、毛細管采樣、回風采樣等，可根據現場實際情況和需求靈活布置。

4）吸氣式感煙火災探測報警系統采用PVC管作為采樣管網系統，內部沒有電子器件，不會受到機房內電磁環境的干擾。

由于吸氣式感煙火災探測報警系統體現出卓越的性能，它逐漸受到相關領域規范編制者的關注。正在修訂中的國家規范《火災自動報警系統設計規范》（征求意見稿）已經增加了相關內容，明確指出“具有高空氣流量的場所、點型感煙、感溫探測器不適宜的大空間、需要進行火災早期探測的關鍵場所” 等宜采用吸氣式感煙火災探測器。數據機房屬于具有高空氣流量，且其中的設備和數據具有極高價值的場所，因此適宜選用吸氣式感煙火災探測報警系統。

3 吸氣式感煙火災探測報警系統的設計實例

下面以深圳某數據中心的建設為例，說明吸氣式感煙火災探測報警系統在機房消防建設中的具體應用。

3.1 工程概況

本工程為深圳市某電信運營商IDC建設工程，數據中心由廠房改建，總建筑面積約4.6萬m2，高度44.5m。工程首期改造首層和3層，首層用于空調主機房、高低壓配電房和發電機房等功能性用房；3層主要用作數據機房、低壓配電房和UPS房。

本文所引用實例為3層東北側的北二IDC數據機房。機房面積490m2，層高5m，無吊頂，采用全鋼架空抗靜電活動地板。機房內共有211個通信機柜，單機柜功率約6kW。該機房共配套三個空調風柜房，空調設計采用封閉冷通道內下送風、側回風方式。強弱電線纜沿電纜橋架敷設。

3.2 吸氣式感煙火災探測報警系統的設計原則

● 在被保護區內，一條管路的探測區域不宜大于500m2，單臺探測器的保護面積不宜大于2000m2。在空氣流動速度較高的場所，應考慮空氣流動的影響，適當減少單臺探測器和單個采樣點的保護面積。

● 連接到一臺探測器的采樣管不應超過4支。采樣管總長不宜超過200m，單支采樣管總長不宜超過100m，單管中的采樣點數量不宜超過25個。如果管長超過上限值，應用軟件驗算，保證采樣空氣的傳輸時間不超120s。

● 當采用毛細管采樣方法時，毛細管長度不宜超過4m。

● 當采用回風采樣方法時，每個采樣孔的最大保護面積不宜超過0.36m2。

● 每支采樣管的長度宜相等，以保證探測器內的氣流平衡。如果無法滿足，應根據每支管的長度分別在出口處增加一個末端帽，其尺寸應與管長相匹配。

● PVC采樣管的內徑宜選擇在20～22mm，本工程選用采樣管內徑為21mm。

● 同一個保護區內的采樣點間距應在1～9m之間。

● 采樣管路由設計應盡量使其長度短、彎曲次數少，以減少空氣樣品的輸送時間。

● 探測器應通過自身網絡或局域網、廣域網進行連接，實現集中監控管理，并通過網絡接口向其他網絡提供信息。

3.3 吸氣式感煙火災探測報警采樣方式

吸氣式感煙火災探測報警系統的采樣方式一般包括標準管道采樣、回風采樣、毛細管采樣，這三種采樣方式在本工程中均有應用。下面對吸氣式感煙火災探測報警的具體施工圖進行詳細說明。

1）標準管道采樣和回風采樣

圖2為機房內的標準管道采樣和回風采樣平面圖，其中標準管道采樣和回風采樣的探測主機共3臺，標識為P1～P3。

標準管道采樣方式是在保護區內安裝PVC采樣管，并沿管壁設置采樣點。空氣樣品經過采樣管輸送至探測器。采樣管可安裝于無吊頂場所的梁下、吊頂內、地板下、機柜上。本工程在梁下和冷通道內采用標準管道采樣方式，圖2所示僅為梁下部分。標準管道采樣點含采樣孔和手杖式采樣點，其中梁下采用采樣孔，梁間區域采用16mm手杖式采樣點。采樣點根據主、副梁的位置布置，其間距為2800mm。圖3為梁下標準管道采樣大樣圖。

回風采樣方式是通過對回風系統內的回風采樣，監測一個較大的區域。其方式包括回風管道采樣、回風口采樣以及空調回風格柵采樣。由于本工程的空調設計為冷通道內下送風、側回風方式，因此吸氣式感煙火災探測報警的回風采樣方式選用格柵采樣。該數據機房共配套3個空調風柜房，空調風柜房與IDC機房的隔墻上設有格柵回風口，尺寸為600mm×600mm。本工程在3個空調風柜房的隔墻上等距設置回風格柵采樣點對空調回風進行采樣。

2）機柜內毛細管采樣和冷通道內標準管道采樣

圖4所示為機柜內毛細管采樣和冷通道內標準管道采樣平面圖。毛細管采樣探測主機共4臺，標識為M1～M4。

毛細管采樣方式是一種采樣點與采樣管分離、同時不增加網絡復雜性的方式，適用于采樣管和采樣點不在一個水平面或垂直面的情況。其做法是用內徑為5～6mm的軟管從采樣管中引出，進入被保護的區域或設備內。本工程在機柜內采用毛細管采樣方式，使用6mm軟管進入機柜內部，對機柜內的空氣進行采樣，每個機柜使用一個毛細管采樣點，每條管路監控一列機柜。圖5為毛細管采樣大樣圖。

本工程機柜間走道采用封閉冷通道。機柜通道頂部與機柜平齊安裝鋼化玻璃，高度為距地2250mm。機柜通道口采用推拉門。由于冷通道內部形成了封閉空間，因此有必要在其內布置吸氣式感煙火災探測報警系統。本工程在鋼化玻璃底安裝采樣管道，并設置采樣孔，對冷通道內的空氣進行采樣。

圖4 機柜毛細管采樣和冷通道內標準管道采樣平面圖

3.4 吸氣式感煙火災探測報警系統聯網方式

吸氣式感煙火災探測器與傳統火災自動報警系統的常見連接方式為如下兩種：

1）吸氣式感煙火災探測器在現場不配置總線型智能輸入模塊，探測器相互連接成獨立的開環/閉環網絡，連接至消防控制室的顯示/編程機架。機架輸出報警及故障信號至消防控制室本地智能輸入模塊，傳送至報警主機。

2）每臺吸氣式感煙火災探測器配置總線型智能輸入模塊，模塊接收探測器的報警及故障信號，通過報警總線傳送至火災報警主機；同時探測器相互連接成獨立的開環/閉環網絡，并連接至消防控制室的顯示/編程機架。

本工程采用前一種方式，布置在現場的吸氣式感煙火災探測器由兩芯屏蔽信號線連接成閉環網絡，并連接至消防控制室的吸氣式感煙火災報警顯示/編程機架。此機架通過報警系統的智能輸入模塊向其提供四級報警信號（警覺、行動、火警1、火警2）及故障信號。如圖6所示。

圖6 吸氣式感煙火災探測報警系統圖

3.5 系統要求

報警級別不少于四級（警覺、行動、火警1、火警2），同時每級報警閾值可分別進行設定。

● 吸氣式感煙火災探測器需具有自學功能，通過不斷檢測機房內的空氣狀況，統計機房內空氣中煙霧濃度的平均數值，調整報警閾值以使其符合機房的實際情況。

● 氣泵應能根據管網中的氣流情況自動調整轉速，達到最佳采樣效果。

● 吸氣式感煙火災探測器帶不少于7個可編程繼電器，以作消防聯動控制之用。

● 吸氣式感煙火災探測器應具備自診斷功能，包括對激光腔、吸氣泵、過濾器、通信網絡、采樣管網堵塞和破裂等多種情況的監測，并可顯示故障代碼。

● 吸氣式感煙火災探測器可通過便攜式顯示/編程單元進行本地操作。

● 吸氣式感煙火災探測報警系統配套管理軟件應給予管理者操作、編程、維護、調試的權限。

4 結束語

吸氣式感煙火災探測報警系統克服了傳統點型煙溫感探測器的響應時間過長、受氣流影響大、不易維護、容易受電磁干擾等固有缺點，能為數據機房提供極早期火災報警信號，為數據和設備的保護提供了寶貴的搶救時間。

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