本数据机房位于上海市浦东新区外高桥保税区, 由厂房改建而成, 原建筑为多层丙类厂房, 共4层, 耐火等级为二级, 建筑面积约5 900 m², 设计4kW标准IT机柜约1 200个。按照《建筑设计防火规范》 (GB 50016-2014) 和《电子信息系统机房设计规范》 (GB 50174-2008) 的要求, 根据机房等级不同可设置气体灭火系统、细水雾灭火系统或预作用自动喷水灭火系统。本数据机房按B类机房设计, 在机房、电力电池室等区域设置气体灭火系统。

目前可用于数据中心机房的气体灭火系统主要有内储压七氟丙烷、外储压七氟丙烷、IG541等3种灭火系统。

外储压七氟丙烷系统应按《外储压七氟丙烷灭火系统技术规程》 (CECS 386∶2014) 进行设计、施工、验收和维护管理。该系统将灭火剂和氮气分别储存在灭火剂瓶和动力气瓶中, 在灭火剂释放过程中无氮气析出, 能较长时间保持液体单相流, 不再有管道内容积的限制。

IG541系统具有灭火剂价格便宜, 环保性好, 对保护对象安全无腐蚀, 对人员安全, 系统扩展改造较为便利等优点。但在数据中心应用时, IG541灭火系统也存在一些缺点:

(1) 灭火剂充装量低, 一般情况下, 瓶组数量是外储压七氟丙烷系统的2~3倍, 储瓶间面积也将大2~3倍。以本项目为例, 采用IG541系统需钢瓶约135只, 储瓶间面积约需150m²;采用外储压七氟丙烷系统需钢瓶约52只 (药剂瓶、动力瓶各26只) , 储瓶间面积约需50m²。

(2) 灭火剂储存瓶压力高, 分别为15 MPa和20 MPa, 长期存放过程中的安全性面临更大挑战。

(3) 系统最大工作压力高, 需设减压装置, 对管道壁厚有更高要求。喷头工作压力高, 灭火剂喷放时对防护区内设备、电缆桥架造成二次损坏可能性更大。

内储压七氟丙烷分为预置式和有管网系统2种。预置式要求防护区体量更小, 防护区数量越多越不经济, 设置数量越多联动启动越不可靠, 只适合配合有管网系统, 用于零星小体量防护区的保护。内储压有管网系统灭火剂输送距离短, 管道内容积受限, 在大型数据中心难以单独应用。

当防护区体量比较大, 防护区比较多, 钢瓶间距离比较远时, 一般采用IG541灭火系统或外储压七氟丙烷灭火系统。少量体量较小的零散防护区用预置式七氟丙烷系统进行防护。当钢瓶间距离部分防护区比较近, 可以采用内储压有管网系统保护这些防护区, 降低气体消防系统整体的工程投资。

一般数据机房采用“三明治”式平面布置, 即两侧空调机房将数据机房夹在中间, 一般设架空地板, 采用下送风、上回风系统。而本数据机房改造项目受限于厂房布局, 且对机架数量要求高, 故大部分机房采用了两层数据机房共用中间空调机房的设计, 设回风吊顶, 采用侧送风、上回风系统, 空调机房与数据机房之间无法安装电动防火阀, 未形成封闭空间, 故将它们作为一个防护区进行保护, 面积和体积均不超过规范要求。

本项目一共有14个防护区, 最大防护区体积约3 300m³, 最小防护区约80m³, 综合考虑系统安全性、钢瓶间设置、一期投资和后期维护成本, 最终方案定为:采用1套外储压七氟丙烷灭火系统保护体积较大的8个防护区, 用预置式七氟丙烷灭火系统保护体积较小的6个防护区。其中机房、运营商接入间灭火设计浓度采用8%, 设计喷放时间不大于8s, 灭火浸渍时间为5min;UPS室、电池室灭火设计浓度采用9%, 设计喷放时间不大于10s, 灭火浸渍时间为10min。各区域设计参数见表1、表2。

按规范允许的最大防护区体积3 600m³考虑, 灭火剂输送干管选择DN150即可。但是1~4号防护区中的机房与空调间仅由送回风通道连通, 连通面积仅占总墙面面积的15%, 即灭火剂释放后的流动扩散将受到隔墙的明显影响。而七氟丙烷灭火系统需在8~10s内完成喷放, 达到规定的灭火设计浓度, 才能保证迅速、有效扑灭初期火灾。为了解决这个问题, 本次设计采用了双路灭火剂输送干管方式, 即1~4号防护区均设计2套灭火剂瓶组、动力瓶组、集流管、选择阀和输送干管, 共用一套启动瓶组。其中1路输送干管保护防护区中面积较大的机房, 另一路输送干管保护防护区中面积较小的机房和空调间, 分别进行设计计算, 使2个区域均满足设计喷放时间和灭火设计浓度要求, 设计参数如表3所示。

通过这种双管设计, 将防护区作为2个独立的区域考虑, 喷放时能分别在设计喷放时间内达到规定的灭火设计浓度, 无需灭火剂在两个区域之间扩散也能达到设计灭火要求。即使两个区域被隔墙完全物理分割, 气体灭火系统的灭火可靠性也同样有保障。

这种设计需在气体灭火系统原理图中标明启动瓶启动管路开启选择阀的数量, 开启灭火剂瓶及动力瓶的数量, 同时需向电气专业提出控制、反馈要求。特别是1~4防护区应有2路压力开关信号 (其他4个区只有1路) , 气体喷放时, 任何一路压力开关信号动作均应联动开启放气指示灯, 任何一路压力开关10s内无动作反馈均应报故障。

本项目中有管网系统保护的机房均设置吊顶, 工作层体积与吊顶层体积比约为2∶1。虽然吊顶内没有可燃物, 发生火灾概率极低, 但吊顶与工作层之间通过大量热通道联通, 设计管网时需考虑灭火剂在吊顶内的喷洒。如图1所示, 将灭火剂管道设置在吊顶内, 在管道末端设置三通, 下垂安装DN32喷头, 直立安装DN20喷头, 可以分别向工作层和吊顶层喷放灭火剂, 达到全淹没保护的目的。

对于设置架空地板, 下送风、上回风的系统, 地板下是否设置喷头喷洒灭火剂, 设计人员有各自不同看法。有的主张地板下无可燃物可不设置, 有可燃物则要设置。笔者认为, 从安全性考虑, 无论哪种情况均要在地板层设喷头。因为对于数据机房, 采用的气体灭火系统为全淹没灭火系统, 要求在规定时间内向防护区喷放设计规定用量的灭火剂, 并使其均匀地充满整个防护区。如果地板层内不喷放灭火剂, 显然无法达到全淹没的要求, 是否能可靠灭火存在疑问。

《气体灭火系统设计规范》 (GB 50370-2005) 和《外储压七氟丙烷灭火系统技术规程》均要求防护区应设置泄压口, 且宜设置在外墙上, 七氟丙烷系统的泄压口应位于防护区净高的2/3以上。本项目中机房泄压口均设置在吊顶内, 以满足规范要求。同时对1~4防护区分别核算机房、空调间所需泄压口面积大小, 分别设置泄压口, 以满足泄压要求。以2防护区 (二层机房4+二层机房5+空调间) 为例, 核算结果见表4。

数据机房对防尘、防水、防鼠等有较高要求, 故选择泄压口时应选用平时关闭, 仅在气体喷放、防护区内压力升高到一定程度时开启的泄压口。

泄压口质量直接关系到围护结构在灭火剂喷放时的安全性, 但大部分泄压口无型式认证检验报告或委托检验报告, 3C认证中更没有将泄压口纳入认证范围。在《气体灭火系统设计规范》实施前, 大多数防护区未设置泄压口, 在全国范围内发生多起气体喷放时造成了围护结构倒塌的事件。规范实施后, 强制要求设置泄压口, 但没有产品规范对泄压口质量做进一步要求。

外储压七氟丙烷灭火系统具有灭火剂输送距离远, 钢瓶数量少, 压力低等优点, 适用于数据机房的保护。通过介绍外储压七氟丙烷灭火系统在某数据机房中设计的几个细节, 给设计人员提供参考。