浅析吸气式感烟火灾探测报警系统在数据中心机房中的应用

徐振生

（中铁城建集团北京工程有限公司，北京 100024）

传统的烟感火灾报警系统，火灾燃烧点的烟雾浓度需达到3%～5%，烟雾还需扩散，等到进入烟雾探测传感器内，才会发出火灾报警。吸气式感烟火灾探测报警系统，则通过探测、分析空气中的烟尘颗粒的浓度，当烟尘颗粒浓度达到设定值时，就能发出火灾报警，具有极高的灵敏度。吸气式感烟火灾探测报警系统能探测到电气设备中的电缆、电线以及其他可燃材料，因电气装置发热而产生的烟尘颗粒，发出报警，提醒运维人员查找高温点，找出火灾隐患。此时，过热高温点还未产生明显的、肉眼还观察不到的烟雾。因此，吸气式感烟火灾探测报警系统也被称为极早期火灾报警系统，广泛应用于电气设备集中的变、配电室、强电电缆井，设备数量多且昂贵、安全要求级别高的数据中心机房等重要场所。

1 工程实例概况

已竣工的中国证券期货业南方信息技术中心位于东莞市凤岗镇凤德岭村，一期工程是改建一栋建筑面积约为2.7 万m2的三层楼厂房。原建筑为家具厂房，改造为数据中心，改造后建筑物的火灾危险性等级仍为丙级，耐火等级为一级。建筑共三层，高度为17.4 m。其中一层为动力配电中心，共有2个动力制冷站，制冷站启动控制室，1个柴油发电机并机控制室，8个变配电室，8个电池室，1个安防监控室，1个动力监控室，2个弱电机房等。二、三层为模块机房，每层各有12个模块化数据中心机房，2个中央配线间。屋面上安装有冷却塔、新风机、卫星天线等设备，有1个卫星收发机房。

每个无人值守的配电室、电池室、运营商机房、中央配线间、模块机房、卫星通信机房以及强、弱电井等共安装97台吸气式感烟火灾探测报警主机，取代传统的烟感探测传感器，并与温感式探测传感器一起，作为气体灭火系统控制器的两个联动控制输入信号。一层的安防/消防控制室设置单独的极早期空气采样早期烟雾探测系统显示控制系统，通过网络联线与每个区域内的极早期探测器联网，显示探测器工作状态，接收报警、故障及其他信息。

2 系统概述

2.1 系统组成简介

吸气式感烟火灾探测报警系统由采样管网、吸气泵、云雾室、LED激光探测腔、分析处理及控制电路、显示模块、编程输出模块等组成。采样管网和吸气泵的作用是把被保护区域的空气吸入到火灾探测报警器中，以进行检测分析。云雾室的作用是短暂存储采集到的空气样本。LED激光探测腔有产生激光的LED装置和反光镜等，以对收集到的空气样本进行激光照射。处理器及控制电路的作用是把激光散射量的变化，转换成电信号，并与存储的设置参数进行分析比较。显示模块的作用是显示、输出烟尘颗粒浓度信息、报警信息等。编程模块的作用是人工输入有关参数和程序等。

2.2 吸气式烟雾探测系统的工作原理

一般情况下，在火灾发生前，都会有烟尘产生，此烟尘若能更早的被发现，就能更快地进行报警，从而能更早地进行火灾控制与人员疏散。为了能更早地发现烟尘，吸气式烟雾探测系统一改传统点式探测系统被动探测的方式，转换理念，主动对空气进行采样探测，将保护区域内的空气通过吸气泵吸进探测系统的采样管道，通过过滤器进入云雾室和探测腔，测量LED光源发出的激光束照射到空气样本上。如果空气样本中有烟雾粒子存在，光束将产生散射，通过反光镜的折射后，光接收器接收散射的光信号。光信号的强弱变化，通过光电传感器转换成电信号，再通过处理转换成数字信号，以测出空气样本中的烟雾粒子浓度。当烟雾粒子浓度达到设定值时，触发输出报警装置，即发出警报。利用激光散射技术探测空气中烟雾粒子的浓度，其灵敏度非常高，可以探测到物质阴燃（明燃前）阶段的微小烟雾粒子。

2.3 本工程中吸气式探测系统

如图1所示，东莞数据中心工程采用了以FMST为代表的第五代探测报警系统。

图1 吸气式探测系统示意图

探测器由吸气泵通过采样管对防火分区内的空气进行采样。被吸进采样管的空气被输送到主机后，由主机里面的激光枪进行分析，从而得出空气中烟雾粒子的浓度。

如果空气超过预定的烟雾粒子浓度，主机就会分警告、行动、火警1、火警2四个阶段报警。高灵敏度烟雾探测器是仪表级的悬液计，它可以在360°的范围内接收激光照射到烟雾粒子上而产生的散射光。其实际灵敏度为0.001 %obs/m，是传统探测器的2 000倍。

与其他常规吸气式烟雾探测系统不同，工程中的FMST吸气式感烟火灾探测器是利用激光探测技术和微处理器控制技术的烟雾检测装置，如图2所示，其改善了以往烟雾探测设备的性能，简化了操作并增加了探测的可靠性。通过采样管网上的采样孔，不断地采集空气样品，然后对采样空气进行过滤并传送至激光探测腔，通过光散射技术，探测到微量的烟雾，然后根据烟雾浓度和预设的环境参数产生一个适宜的输出信号，从而发出各级报警，报警信号发出后，探测器就会对所有采样管进行快速扫描，确定烟雾来自哪根采样管，并将相关报警信息，如烟雾浓度、报警时间、哪根采样管报警等具体信息显示在自带的液晶屏上。

图2 FMST吸气式感烟探测系统工作原理图

东莞数据中心工程中，模块机房内采用了冷通道遏制系统，通过对数据中心模块机房冷通道进行密闭处理，大约有90%以上的冷风可以直接送到冷通道内而进入服务器机柜，所有机柜排出的热空气被送回到空调机组回风口处理，从而使热风不再进入机柜的前面。在这种新型机房中，吸气式探测系统通过以下方式，可以方便地应用于整个系统中。

（1）将管路敷设在地板下，对地板下的设备、强弱电线路和仪器进行监控；

（2）根据机房空调送回风的气流组织，将管路敷设在空调、通风设备的回风口处，就可以及时探测到整个机房环境内的烟雾变化。

2.4 吸气式探测系统的误报率

一般情况下，灵敏度和误报率是一对矛盾体，灵敏度越高，误报率也会越高。如何来解决这个问题，力争达到零误报的目的，吸气式感烟火灾探测系统对此问题进行了深入研究，彻底解决这一矛盾，这主要基于本系统涵盖了大量火灾或干扰信号以及火灾发展的一般特点，专业的智能信号处理软件能够利用烟雾发展模型来区分真火和干扰信号，有效防止误报，但不降低灵敏度。

3 系统安装要求

3.1 探测报警主机安装

吸式感烟火灾探测报警主机没有特别要求，一般安装在被防护区内，要求安装牢固，不歪斜。位置选择于方便操作、拆卸维护，利于采样管网安装等。安装高度以方便目测显示屏为宜，壁挂安装高度一般为1.5 m。

探测器的电缆、引线要求：配线整齐，固定牢固，没有交叉；每个接线端子上连接的导线不超过2根；探测器电源接入消防电源，禁止使用电源插头；电缆芯线、导线留有20 cm余量；导线端有清晰的编号。

3.2 采样管选择

吸气式感烟火灾探测报警系统采样管及管件，如采样头、弯管、直通、三通、末端帽、支管等材料，可选用镀锌钢管、铜管、PVC/ABS塑料管等，选用PVC/ABS塑料管时应选用难燃管。采样管的外径一般为25 mm，内径一般为21 mm。

3.3 采样管长度要求

1台高灵敏度探测器的灵敏度为0.005 %obs/m，如果采样管上一共100个孔，则采样孔的灵敏度就变为0.5 %obs/m。为了保证足够的灵敏度，必须按照设计，合适开孔。一般吸气式感烟火灾探测主机的采样管的总长度不宜超过200 m，采样孔不超过100个；单管长度不超过100 m，采样孔不超过25个。采用毛细管方式布置，毛细管长度不超过4 m。

3.4 采样管管件选择要求

采样管网中不能用弯管器弯管，也不可选用直角弯头，必须选用弯半径为70 mm的弯头。

3.5 采样管网安装

（1）采样管在地板下、天花板上安装时，应采用独立的悬挂固定装置。避免和其他管线搭接，使采样管受力而断裂。采样管的直线段，每隔1.5～2 m设一个吊挂或支撑点，吊杆直径不低于10 mm。（2）超过20 m以上的采样管安装，要加装水平横梁，用于固定采样管。（3）采样管内的杂物必须清理干净。可先打好采样孔，用高压空气吹扫，清理干净管内的杂物后，再进行粘接。（4）相对密闭的配电柜、机柜等，可安装毛细管取样。（5）对于内梁高度超过600 mm的探测区域，可采用手杖式采样方式，在梁窝内的最高点设置探测孔，而且每个梁窝区域内至少设一个采样孔。（6）采样管距墙边、梁边的水平距离不小于0.5 m；采样孔周围0.5 m范围内，不应有遮挡物；采样孔距空调送风口边的水平距离不小于1 m；至多口送风顶棚的孔口的水平距离不小于0.3 m。（7）非高灵敏度吸气式感烟火灾探测系统的采样管网安装高度不宜超过16 m；高灵敏度吸气式感烟火灾探测系统的采样管网安装高度超过16 m，必须保证有2个以上的采样孔被布置在16 m以下的区域。

4 系统调试

系统调试前应按设计要求查验设备的规格、型号和数量，对每一台探测器通电，进行检查，确认正常工作后，进行系统调试。

系统通电后，对以下参数进行设定：

（1）对探测器的烟雾报警阈值及延时参数进行设定；（2）对探测器的气流报警阈值进行设定；（3）吸气泵的转数进行调整；（4）报警区域、位置编号设定；（5）需自动记录的事件设定；（6）联动输出测试；（7）设备说明书中所要求的参数设定；（8）烟雾传输时间测试：从最端采样孔引入烟雾样品，到进入探测器内的最长时间不超过120 s；（9）报警响应时间测试：从烟雾样品进入探测器到发出报警的时间不大于60 s；（10）从每根采样管的任意采样孔输入烟雾样品，探测器就有相应的报警；（11）系统故障、气流故障、指示灯自检、复位、消音及报警隔离等功能测试；（12）集中显示和控制功能测试；（13）连接于吸气式感烟火灾探测系统中的所有报警装置，如警铃、声光报警装置以及联动功能等测试；（14）与气体灭火主机联动测试：吸气式感烟火灾探测报警主机第三个报警信号能否输出到气体灭火主机，驱动气体灭火主机发出预警测试。

5 结语

机房中的火灾风险主要有以下几种：电气火灾、静电产生火灾、雷击等强电侵入导致火灾、来自机房外部。实践证明当普通感烟探测器报警时，电线、电缆已烧毁，无法再使用。同时，为了增加阻燃性，机房设备的电线、电缆的塑料绝缘层加入了卤化物和磷酸盐之类的添加剂，虽然减缓了火势蔓延，但产生过量的烟雾、腐蚀性气体和有毒气体，使运行中的元件受损。因此，需要在烟雾形成之前，就能及时发现火情，将火灾扑灭在萌芽中，避免形成浓烟和不必要的灭火剂喷洒。而普通点型感烟探测器必须被动地等待烟雾聚集到足够浓度才报警，这就限制了它在此环境中的使用。

而吸气式感烟火灾探测系统具有灵敏度高、维护简单、运行稳定、误报率低可靠安全等优点，能较早探测出电气设备、电缆、电线因故发热，而未产生可见烟雾的隐患，从而避免电气火灾的发生。但因设备较为昂贵，没有在各行各业得到广泛应用。在较为重要的计算机机房、变配电室等场所，应用较多。前些年，吸气式感烟火灾探测系统只作为单独的极早期火灾报警用。近年来，在很多场所包括大、中型数据中心、轨道交通等，都把吸气式感烟火灾探测系统的输出，作为气体灭火系统的烟感预警输入信号，取代或部分替代了传统气体灭火系统中的普通烟感探头。