数据中心项目中自动灭火系统比较及选择研究

作者简介：

张皓磊（1983- ），男，汉族，江苏南京人，本科，高级工程师，研究方向：建筑给排水、给排水消防。

摘要：

通过对设计规范的理解以及对部分数据中心项目的分析，提出数据中心项目如何选择合适的自动灭火系统。从多种角度综合比较了三种常用的气体灭火系统，为其他数据中心项目提供思路。

关键词：数据中心项目；自动灭火系统；自动喷水灭火系统；气体灭火系统

引言

近年来，国家及地方各级政府对“数字化”发展越来越重视，数据中心项目日益增多。在2023年印发出版的《数字中国建设整体布局规划》中，首次明确指出了全面布局建设“数字中国”的构想，这是推动中国式现代化在数字时代迈出的一大步，也是构筑文化自信的强大底气所在。伴随着政策文件的出台，数据中心建设需求呈现出爆炸式增长，同时也促进了数据中心行业的高速发展。

伴随着数据中心项目建设需求的增长，提高消防系统，特别是自动灭火系统安全可靠性的呼声也水涨船高。在数据中心项目中，选择合适的自动灭火系统至关重要，以确保在火灾发生时能够及时、有效控制火势，保护设备和人员安全。[1]

数据中心项目一般由数据机房楼、后勤运维办公楼及动力中心楼组成。数据机房楼及后勤运维办公楼的走道及制冷机房等公共区域配建自动喷水灭火系统，而机房内部通常配建气体灭火系统；动力中心楼的油机并机室配建气体灭火系统，而柴油发电机房通常配建水喷雾灭火系统。这些系统能够自动检测、控制和扑灭火灾，都是数据中心项目中非常重要的消防系统。本文着重探讨自动喷水灭火系统以及气体灭火系统在数据中心项目中的选择，并从多种角度综合比较三种常用的气体灭火系统，为其他数据中心项目提供思路。

一、自动喷水灭火系统

自动喷水灭火系统主要由供水设备（包括消防水池、消防水泵、高位消防水箱等）、供水管道及组件（包括报警阀组、水流指示器、信号阀、喷淋头、末端试水装置、末端试水阀等）组成。根据设置场所的建筑特征、环境条件和火灾特点等，自动喷水灭火系统可选择开式或闭式系统，在数据中心项目中通常采用闭式系统。[2]闭式系统是湿式系统、干式系统、预作用系统和重复启闭预作用系统等灭火系统的统称。一般民用建筑项目中常见的是湿式或干式系统，而数据中心项目中除了可采用湿式或干式系统外，预作用系统也是选项之一，这也是由数据中心项目的特殊性所决定的。

数据中心的主要功能是为集中放置的精密电子设备提供运行环境，其内部的精密电子设备较多，且经济价值很高。一旦因误喷等紧急情况而产生水渍，有可能会对精密电子设备造成不可逆的损坏，带来无法估量的经济损失及广泛的影响。因此，数据中心项目中严禁误喷，推荐采用预作用系统。[3]预作用系统的工作原理：预作用系统的供水管道在正常工况时内部充满气体，当产生火情时，失火区域内的火灾探测器发出火警信号，报警控制器在接收到火警信号后发出打开预作用报警阀组指令，管网末端快速排气阀前的电动阀也同时打开，进行放气充水动作。此时水流进入系统侧管网，供水管道内气体排出，开始充水，系统转变为濕式。在同一时刻，水力警铃开始发出连续的报警铃声，压力开关动作并反馈至消防控制中心，显示供水管道已进入充水状态，消防水泵同步开启。此时喷头尚无水流喷出，管理人员可采取适当行动将初期火灾扑灭，避免喷头动作产生水渍。若火灾控制不住继续发展，则洒水喷头内部的玻璃球炸裂，洒水喷头在满足规范要求的喷水强度下均匀喷水，实施灭火。预作用报警阀组的开启应同时具备以下三种控制方式：自动控制；消防控制室（盘）远程控制；现场手动应急操作。

采用自动控制的方式开启预作用报警阀组可以通过三种途径实现：单连锁控制、双连锁控制及无连锁控制。当预作用系统用于严禁误喷的场所时，如计算机房等，应选用单连锁控制启动的方式，喷头的误动作不会形成误喷；当预作用系统用于平时严禁管道误充水或漏水的场所时，如变配电室等，应选用双连锁控制启动的方式，探测器或喷头各自单独启动只会引起报警，不能使水流进入管网。因此，当数据中心、变配电室等电气房间内采用气体灭火系统时，走道、备品备件间、制冷机房等公共区域可采用单连锁预作用系统。当业主有特殊要求，如数据中心内需采用自动喷水灭火系统时，可在数据中心、走道、备品备件间、制冷机房等区域采用双连锁预作用系统。[4]

为了满足设计规范中对预作用系统配水管道充水时间的要求，需要对准工作状态下报警阀后管道的最大允许容积进行计算，可用以下公式：V=60Q·t[式中V为准工作状态下报警阀后管道的最大允许容积（L）；Q为充水流量，即消防水泵额定流量（L/S）；t为允许充水时间（min）]。

二、气体灭火系统

气体灭火系统是一种通过压力容器存储灭火药剂，灭火时喷放为气体状态的灭火系统。通常应用在不能直接用水灭火的场所，主要适用于对电气火灾、液体火灾及固体表面火灾的扑救。

在数据中心项目中，数据机房、弱电进线间、配电室、电力电池室等电气房间内常用七氟丙烷灭火系统及IG-541灭火系统。七氟丙烷灭火系统根据压力曲线、输送距离及管网噪音的不同，又可细分成内储压系统和外储压系统。[5]

气体灭火系统的主要设计参数有以下几方面。灭火设计浓度：数据机房、弱电进线间等防护区取8%；配电室、电力电池室等防护区取9%。设计喷放时间：数据机房、弱电进线间等防护区≤8秒；配电室、电力电池室等防护区≤10秒。

灭火浸渍时间：数据机房、弱电进线间等防护区为5分钟；配电室、电力电池室等防护区为10分钟。防护区平时环境温度应为20℃，采用全淹没的灭火方式。

防护区应设置泄压装置：泄压装置可选用自动泄压阀或机械式开启泄压阀，并宜设在外墙或屋顶上。

在数据中心项目中，内储压七氟丙烷灭火系统、外储压七氟丙烷灭火系统及IG-541灭火系统的主要对比如下：

通过以上的分析对比，可得出以下结论：

在药剂选择方面，IG-541灭火系统优于七氟丙烷灭火系统。IG-541灭火系统采用的药剂主要由氮气、氩气、二氧化碳等气体按百分比混合而成。由于这些气体都广泛存在于大自然中，所以IG-541灭火系统对大气臭氧层及“温室效应”均不会产生不良影响。七氟丙烷具有轻微毒性，主要表现在当七氟丙烷受到高温作用后会分解成氟化氢，氟化氢进入人体后可能会引起头痛、头晕、恶心呕吐等不适反应。七氟丙烷属于氢氟碳化物类化合物，虽然不会对大气臭氧层产生明显影响，但具有明显的“温室效应”，会造成地球冰川消退、海平面上升、气候异常、极端天气频繁出现，从而破坏人类生存环境，威胁人类健康。近年来，为了减少全球温室气体排放，国际社会通过了相关公约，明确禁止使用七氟丙烷的混合物。

在药剂贮存压力方面，七氟丙烷灭火系统优于IG-541灭火系统。七氟丙烷灭火系统对于储存容器和释放管路的压力等级要求较低，而IG-541灭火系统对于储存容器和释放管路的压力等级要求则较高，且对制造工艺及安装人员的素质要求严格，工程造价也会相应增加。

在输送距离方面，外储压七氟丙烷灭火系统与IG-541灭火系统优于内储压七氟丙烷灭火系统。[6]由于目前数据中心项目对机柜上架率的要求越来越高，这就要求机房面积及容积需尽量贴近规范上限，而钢瓶间作为辅助功能房间，则需尽量靠近角落布置，这也变相延长了钢瓶间至各个机房的输送距离。适合较远距离输送的外储压七氟丙烷灭火系统与IG-541灭火系统应用越来越多，而输送距离相对较短的内储压七氟丙烷灭火系统则越来越不适应目前的工艺需求。[7]

在管网噪音方面，七氟丙烷灭火系统则优于IG-541灭火系统。由于IG-541灭火系统末端喷嘴的释放压力要高于七氟丙烷灭火系统，所以在喷嘴喷射时，高压力的IG-541灭火系统可能会产生较大的噪声以及速度更快的气流，造成防护区内粉尘飞扬。

在钢瓶间占地方面，由于IG-541灭火系统的设計灭火浓度较高，因此保护相同体积的防护区时所需的储瓶数量较多，占用的钢瓶间面积较大（约100m2左右），而相同条件下的七氟丙烷灭火系统占用的钢瓶间面积较小（约50m2左右）。[8]

结语

通过以上多维度的分析比较以及对以往工程案例的深入思考，从安全性、适用性、便利性、合理性的角度考虑，数据中心项目中的公共区域更适合采用预作用自动喷水灭火系统。至于气体灭火系统的选择，建议通过与业主深入沟通、综合比较后确定方案。

参考文献

[1]石慧岗.火探管式自动灭火系统在大屏幕保护中的应用[J].山西建筑，2012，38（20）：125-127.

[2]熊伟荣.几种常用的消防设施及系统的作用比较[J].江西化工，2012（01）：192-193.

[3]刘静，黄凤梅，李智勇.自动喷水灭火系统设计流量压力计算比较分析[J].山东建筑大学学报，2012，27（01）：119-121.

[4]印少伟，王志双.自动喷水灭火系统设计中枝状和格栅状管网的经济性比较[J].给水排水，2011，47（02）：90-92.

[5]杨丙杰.自动喷水灭火系统水力计算方法比较分析[J].给水排水，2010，46（12）：80-83.

[6]方汝清，刘立，张宏，等.自动喷水灭火局部应用系统与简易系统的比较和分析[J].给水排水，2010，46（09）：80-82.

[7]郝丽娟，张秀丽.轧钢车间自动灭火系统应用分析和比较[C].2010年全国能源环保生产技术会议文集，2010.

[8]张雪峰，李伟，田旭丽.自动喷水灭火系统喷头的应用及发展[J].科技咨询导报，2007（18）：23.