数据中心气体灭火系统设计探讨

荣全稳，周丹萍，陈晞慜

（华信咨询设计研究院有限公司，浙江 杭州 310052）

水消防系统（消火栓系统、自动喷水灭火系统、水喷雾和细水雾灭火系统等）是在普通建筑场所中使用较多的灭火系统。但对于一些较为特殊的建筑物，如存储有贵重的档案资料的房间、数据中心的机房、藏有珍品的博物馆等，往往需要根据建筑物的特殊性，在满足国家防火规范和行业规范要求的基础上，进行防火系统的相关设计。设计实践中，常选择合适的气体灭火系统对其进行保护。随着互联网技术的快速发展，数据中心建设的规模发展迅速，灭火效率高、对环境无影响的各类气体灭火技术是目前国内通信机房灭火系统的主流选择。不同型式的气体灭火系统对于火灾的防护有着极其重要的作用，但是在维护结构、人员配置以及相关设备投资上也给建设方提出了更多要求。这也就明确地指明了相关设计人员在选定方案时，要充分考虑各方面问题，以满足相关需求。

1 气体灭火系统分类

目前，气体灭火系统有多种分类方法。（1）根据适用方式，可以将其分为全淹没灭火系统与局部应用灭火系统。这2个灭火系统最大的区别在于喷射气体的区域有所不同，全淹没灭火系统会向防护区进行喷射，而局部应用灭火系统只对保护的对象进行喷射。（2）根据系统的结构的不同，气体灭火系统可分为预制无管网式气体灭火系统与管网式气体灭火系统。这2个系统的主要差别在于防护的区域大小，预制无管网式气体灭火系统适用于较小、无特殊要求的防护区域（一个防护区面积不宜＞500m2且容积不宜＞1600m3）；而管网式气体灭火系统是由多个干管和支管组成的，可以同时对2个及以上（但不超过8个）的防护区提供相应的保护系统，使用1个灭火储存装置来保护对应区域的灭火系统（单个防护区面积不宜＞800m2且容积不宜＞3600m3）。（3）按照使用的灭火剂进行分类，主要包括三氟甲烷灭火系统、七氟丙烷灭火系统、IG541混合气体灭火系统、热气溶胶灭火系统等。通信机房内应用较多的是七氟丙烷灭火系统和IG541混合气体灭火系统。

2 系统比选

数据中心建筑物常按民用建筑或丙类厂房进行设计，耐火等级不低于二级。数据中心火灾多为E类火灾，其特点是散热较为困难、烟气量大、用电量大、火灾蔓延迅速、易燃节点多、扑救困难、火灾损失大等。因此，选择合适的自动灭火系统，及时有效地扑灭初期火灾尤为重要。数据中心的通信机房区域设置有重要的通信生产设备，不宜用水灭火系统扑救，且房间内常有少量人员值班，设有专用的恒温恒湿空调，因此考虑设计洁净的气体灭火系统对其通信机房、配电室区域进行保护，系统常采用全淹没式。从经济、适用、可靠、安全等角度出发，对不同型式气体灭火系统比选，要点归纳如表1所示。

设计实践中，常优先根据防护区的分布情况、输送距离等条件选择合适的气体灭火系统。此外，平面布局中，可利用的瓶组间位置及面积大小，对方案的选定也有较大的影响。可利用的瓶组间面积较小时，一般选择七氟丙烷气体灭火系统，但必须严格控制管网的输送距离。特别是距离瓶组间最远的防护区所需药剂量又较小时，管网设计计算难度较大，常因该区管网的管道内容积大于流经该管网的七氟丙烷储存量体积的80%而不得不变更设计方案。一般发现管网计算无法通过时，已处于设计后期，此时很难再改用别的气体灭火系统，设计人员常采用变更为预制无管网气体灭火系统等方式予以解决，但这无疑增加了系统造价及系统管理难度。建筑平面跨度大，瓶组间距离防护区较远时，常采用IG541混合气体灭火系统。该系统设计时应预留足够面积的瓶组间，以免瓶组、选择阀等装置的布置过于紧凑，不满足规范对操作距离的要求而影响系统的消防验收。七氟丙烷灭火系统装置如图1所示。

表1 不同型式气体灭火系统比选要点

图1 七氟丙烷灭火系统装置

3 系统组成

对于管网式气体灭火系统而言，它往往是由灭火剂瓶组以及瓶子头部的容器阀作为主体，加上启动瓶、电磁阀以及区域选择电磁阀、压力开关和喷头等部件组成。此外，还会根据不同的场景需要设计相应的火灾警报器、释放指示灯、感烟探测器、感温探测器、手动报警以及自动控制等多个不同的装置。

通常情况下，对于气体灭火系统而言，上述设备自成一种体系，气体灭火系统通过相关的网络设置与控制系统连接，随时可以向消防控制中心发出相应的反馈信号。

4 联动控制要求

国家规范对于气体灭火系统的联动控制装置提出了明确的设计要求。管网式气体灭火系统的启动方式主要分为3类，分别为自动控制、手动控制以及机械应急操作。

（1）自动控制。自动控制器往往直接与火灾探测器相连，在进行自动控制时，有以下要求：①气体灭火系统在收到相应的信号之后，火灾声光报警器启动，提醒防护区内相关人员，以便其尽快撤离，并向消防报警主机发出报警信号。②气体灭火系统在接收到触发信号之后，对相关联的设备进行联动控制，并向消防联动控制器发送触发信号。③在进行自动控制时，要能够自助关闭防护区域的送（排）风机以及送（排）风阀门，通风和空气调节的系统也要能够及时关停。

（2）手动控制。在气体灭火系统的控制器上要设置手动控制的装置。当手动控制装置按下之后可以执行上述自动控制的相关工作内容，但按下手动控制停止按钮时，气体灭火系统的控制器也要能够及时停止正在执行的相关操作。手动控制的设置目的是为了应对自动控制不能正常运行的情况。

（3）机械应急操作。在瓶组间的内部或者防护区域疏散的出口处同时也需要设立一个机械应急操作的装置，只有当自动控制和手动控制均失灵时，才需要采用应急操作。此时，可通过操作设在钢瓶间的气体钢瓶容器阀上的紧急机械启动器或区域选择阀上的紧急机械启动器，来开启整个气体灭火系统。

5 报警设备设置

在布置报警设备时，需要根据国家标准来设计。具体要求如下：（1）火灾警报灯一定要设置在气体保护区的门内上方，若有火灾发生可以直接提醒防护区域内的人员及时撤离；（2）气体保护区门外也一定要设置气体释放指示灯及气体灭火声光报警器，气体所释放的声信号要与防护区内设置的声光警报器有明显区别，以提醒相关人员在进行气体灭火中，不要随意进入；（3）当消防警报解除之后，应及时保持防护区域的通风。注意，气体释放灯通常需要通过手动解除的方式来解除。

6 系统供电及布线

气体灭火系统相关控制器采用的主电源可以就近取用现场消防配电箱，而备用电源，则需要控制器内设置备用蓄电池。

对于整个系统的布线而言，需要将所有的线缆敷设在一个金属制的封闭线槽或者是金属管之内，线槽和管外应外涂防火涂料。系统采用的电源线AV220V，需要采用单独穿管的方法；而其他总线、DC24V电源线等则可以采用共管的方法。

7 结束语

数据中心气体灭火系统在进行土建施工图设计时，给排水、电气等专业需要为整套系统提供完整的设计说明、系统图及平面图等以指导相关的工程建设。给排水专业需要对气体灭火系统的设置区域、适用的系统型式、相应的控制方式等进行细致的设计，并提资给电气及暖通专业设计人员；给排水专业对防护区泄压口进行设计，并提资给建筑、结构专业以便预留孔洞；电气专业则需根据暖通专业提资条件对风机进行配电并实现相关阀门的联动或连锁控制。