火探管式气体灭火装置面向通信机房与机柜的适用性探讨

纪 彬，李东风

（中国电信股份有限公司连云港分公司，江苏 连云港 222000）

0 引 言

随着通信技术与业务的发展，通信电源专业覆盖面越来越广泛，尤其在数据中心基础设施建设与维护工作中，“风火水电环”几乎成了一个密不可分的有机整体，三大运营商电源专业人员大部分在自然过渡承接，其中，“风水电环”是电源专业传统的领地，唯独“火”这一块，即关于消防专业理论与实践方面，并未引起大部分电源专业同仁的重视，从业务发展与人员转型的角度看，理应给予更多的研究与关注。

1 问题背景

火探管（又称探火管FIREDETECT）灭火装置（图1）以其结构简单，小型化，集探火、灭火为一体，尤其是它离保护区很近，可瞬间有效地扑灭火源，能把火源扑灭在最初阶段，损失降到最低等特点，近年来在传统通信机房中甚至中小型数据中心机房中逐步有所应用。但是，笔者注意到：从火探管灭火装置自身结构、原理、有效性、局限性等角度分析，火探管面向不同机房、不同设备的适用性值得研究；即便某些场景适用，参照现行的施工工艺规范，还有哪些地方是需要优化改进的，值得思考；特别是将火探管布防至数据中心IT设备机柜内的做法（图2），更加值得商榷[1]。

图1 火探管灭火装置

图2 火探管装置应用于IMDC

2 问题分析

2.1 火探管灭火装置结构与原理简介

火探管自动灭火装置分为直接式和间接式两种，如图3所示，火探管是一种柔性可弯曲的软管，作为火灾的探测报警部件,同时还可以兼作灭火剂的输送及释放管道。柔性的火探管可以很方便地布置到每一个潜在的着火点，在柜体里一般呈S型走向，当局部着火点温度达到160～170 ℃左右时，直接式火探管爆破，喷出灭火剂（如二氧化碳，七氟丙烷，或1230），达到灭火的目的[2]。间接式火探管仅起探测的作用，探测到火灾信号后，联动喷嘴和释放管喷出灭火剂。常用七氟丙烷和二氧化碳为灭火剂，直接式保护空间一般不超过3 m3，间接式保护空间不超过60 m3。部分火探管灭火装置规格与参数见表1。

表1 部分火探管灭火装置规格与参数

图3 火探管灭火装置结构与原理

2.2 火探管面向IT机柜布防的有效性分析

灭火有4种基本方法，即冷却法、窒息法、隔离法、抑制法。二氧化碳灭火机理是降低燃烧物温度和减少燃烧区域氧气含量；七氟丙烷的灭火机理是降低燃烧物温度并参与到燃烧反应过程，中断燃烧链。这是所有灭火装置在设计与应用过程必然要遵循的基本原理[3]。

我们注意到：现行与火探管灭火装置相关的主要国家标准与相关规范中，关于火探管使用场景的描述，大多提到了“较小封闭空间”“局部全淹没”等概念，尤其对于单防护区的最大容积以及防护区的密闭性能均给出了明确的参数要求和说明。比如：CECS345—2013之3.1.4 条规定：“直接式七氟丙烷火探管灭火装置保护的防护区最大单体容积不应大于6 m3；直接式二氧化碳火探管灭火装置保护的防护区最大单体容积不应大于3 m3。 间接式火探管灭火装置保护的防护区最大单体容积不应大于60 m3。 防护区应有实际的底面，且不能关闭的开口面积不应大于总内表面积的1%。” 3.1.7条规定“直接式火探管灭火装置保护对象应有实际围封结构，围封结构应有实际的底面，且任一面距保护对象的最大距离不应大于1.0 m，围封结构不能关闭开口的面积不应大于总内表面积的5%，保护对象的计算体积取实际围封结构的体积。”等等[4]。

可以看出：CECS345—2013之3.1.4条中提到的防护区开口大小是火探管灭火装置能否可靠灭火的重要影响因素，这里开口大小的数据依据了现行国家标准GB 50374—2004《干粉灭火系统设计规范》的相关规定并经相关试验得到验证的。因为二氧化碳、七氟丙烷和干粉灭火剂均比空气重，喷放到防护区后会下沉，为防止灭火剂泄漏，防护区必须有实际的底面，如实际工程中防护区底面有开口，需要采取相关措施对开口进行封堵。

此外，CECS345—2013之3.1.6条还规定： “保护对象周围的空气流动速度不宜大于2 m/s。必要时，应采取挡风措施”事实上，无论是传统通信机房内常见的传输、数据、无线设备，还是数据中心机房的IT服务器，所配置的散热风扇出风口气流速度远远不止2 m/s ，如表2所示。 当发生火灾时，170℃左右火探管才能爆破喷射，在这样的温度条件下，设备自带的散热风扇早就全速运行，机柜内探火管内喷射出的灭火剂将有很大一部分会被直接吹到机柜外，无论是从物理窒息的角度，还是化学抑制的角度，灭火效果必将大打折扣[5]。

表2 常见IT设备散热风扇参数

从数据中心来看，为了满足IT设备正常工作的环境温度，机柜门板通常都有开孔率要求，比如YD/T 2319—2011《数据设备用网络机柜技术要求和检验方法》中对于常见的前进风后出风机柜，要求“前门开孔率应不小于60%，孔径应在4.5～8 mm，开孔区域面积比应不小于80%，后门开孔率应不小于50%，孔径应在4.5～8 mm，开孔区域面积比应不小于70%” 又如GB 50174-2017《数据中心设计规范》中，对构成送回风口的地板建议采用格栅风口、百叶风口、散流器、蜂窝风口等，其中最小的蜂窝风口开孔率一般为22%，而百叶风口开孔率一般大于70%。从这些基本要求对比，我们不难发现：无论是面向独立的IT机柜内部、还是将封闭冷通道内部作为防护区，都是无法构成封闭空间的，围封结构不能关闭开口的面积远远大于总内表面积的5%。也就是说根本不满足CECS345—2013之3.1.7条规定的火探管灭火装置使用条件。 IT设备时刻需要保持通风散热，而火探管却要求保持“封闭空间”，这不得不说是一对矛盾，而且是很难调和的矛盾。将火探管灭火装置应用到这样的场景下，个人认为很值得商榷。

从实践角度看，一些火探管灭火装置生产商能够提供的灭火演示视频都是基于全封闭机柜或无强制对流需求的机柜开展的，如图4、图5所示。网络上虽有针对IT机柜灭火原理的视频演示，但那是基于3D 动画想当然的模拟（图6、图7），不足以证明其灭火的真实性与有效性。笔者曾与多家生产商联系，目前还没有一家能提供火探管灭火装置在通信机房中尤其是面向IT设备机柜应用中真实的灭火案例。

图4 面向密闭机柜灭火演示1

图5 面向密闭机柜灭火演示2

图6 面向IT机柜灭火3D动画模拟 1

图7 面向IT机柜灭火3D动画模拟2

2.3 火探管装置面向IT机柜布防的施工局限性分析

分析CECS345—2013中关于火探管装置安装工艺的相关要求：3.1.7 “火探管与保护对象之间不应有遮挡物”。3.1.8 “1套直接式火探管灭火装置保护的防护区或保护对象不宜大于6个；1个防护区设置的间接式火探管灭火装置不应超过4 套，并应能同时启动，其动作响应时差不应大于2 s。”3.1.10 “火探管宜布置在保护对象的正上方，且距离不应大于600 mm。当火探管布置在保护对象的侧方或下方时，其距离不应大于160 mm。火探管的弯曲半径不宜小于其外径的15倍，火探管之间的距离不应大于1.0 m。”

对标3.1.7,布放到IT机柜内部的火探管，由于机柜内各种线缆的影响，要确保被保护对象间没有遮挡物是有一定难度的。

对标3.1.8，对火探管防护对象个数的限制，一种比较合理的解释是出于确保火探管最末端压力的考虑，但是如果串联的被保护两个对象同时发生火灾，理论上处于后端被保护对象基本上是无法获得足够的灭火剂量的，效果必将打折。因此，针对多个IT机柜内部火探管串联的方式，串联的两个或多个机柜内部同时起火，火探管灭火表现将会捉襟见肘，不得不承认这是一个小局限。

对标3.1.10，19英寸标准机柜物理宽度一般有600 mm和800 mm两种，常见高度为1.6～2.4 m,深度为450～1 000 mm，在这样的空间里布置火探管，至少需要一个“S”弯路由才可以满足使用要求，在具体施工中，先不论美观与否，火探管在机柜内部无论怎么盘绕，或多或少对设备安装与维护带来不利影响。如果施工不规范，或将直接影响设备维护与扩容，如图8、图9、图10、图11。

图8 火探管不规范施工1

图9 火探管不规范施工2

图10 火探管不规范施工3

图11 火探管需防误喷

此外，对于多机柜级联，则需要在机柜侧面或顶部开孔，这样的操作对于在用的通信设备客观上存在一定的风险。开孔后的防护也非常重要，防护不到位，毛刺刮伤和孔边磨损均可能导致火探管内灭火剂误喷，长远看，对机架固定与防震也提出了更高的要求。

关于火探管的安装工艺，CECS345—2013中是有具体要求的，比如：“火探管连接部件应采用专用连接件；火探管应按设计要求敷设，并应采用专用管夹固定，固定措施应保证火探管牢固、工作可靠；当被保护对象为电线电缆时，宜将火探管随电线电缆敷设，并应用专用的管夹固定，释放管的三通分流参数应均衡；火探管穿过墙壁或设备壳体时，应采用专用保护件或连接件，防止火探管磨损；火探管不应布置在温度大于80℃的物体表面；火探管压力表的安装位置应便于观察。”等等。但是这些仅仅是工艺细节要求，并不构成火探管面向IT机柜的适用性证据。

3 建 议

综上所述，火探管面向IT机柜布防是不合适的。但是，并非面向所有机柜乃至机房都不适用，如何判断其适用性呢？必须事先权衡3点：（1）被保护空间密闭性是否满足要求。（2）被保护区域或设备是否有强制对流通风散热需求。（3）安装风险性及对后期维护操作的不利影响。对于常见的通信机房与机柜类型，我们总结提出火探管灭火装置的适用性建议如表3所示。

表3 火探管式灭火装置面向通信机房与机柜的适用性建议

4 结 论

对于通信机房与设备而言，消防起到了保驾护航的作用，必不可少。但是，比较尴尬的是：机房一旦启用，设备投产运行，消防设施的可靠性与有效性也是最难以通过真实演练的方式来验证的。因此，关于消防方案的前期设计，科学分析与论证尤其必要。该花的钱必须得花，但是也不能盲目投资，不能只考虑节约成本不考虑使用效果，有时候看似省钱了，客观上造成了资源浪费，主观上还有形式主义之嫌。