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数据中心自动消防系统浅析(一)
  • 本文旨在研究数据中心自动消防系统设计,通过分析数据中心火灾特点及其危害分析,综述自动化消防技术和关键技术研究,进而提出数据中心自动化消防系统的设计方案,并对其实现和测试进行探讨。
  •       数据中心是现代企业信息化建设的核心,具有重要的经济价值和社会意义。同时,随着数据中心规模的不断扩大和技术的不断更新,其安全风险也在不断增加。数据中心火灾是其中最为严峻的安全隐患之一,自动化消防系统作为一种集成了计算机技术、通讯技术、控制技术和传感器技术的综合性防火设施,可以实现实时监测、远程报警、自动灭火等功能,为数据中心提供了重要的安全保障。本文旨在研究数据中心自动消防系统设计,通过分析数据中心火灾特点及其危害分析,综述自动化消防技术和关键技术研究,进而提出数据中心自动化消防系统的设计方案,并对其实现和测试进行探讨。
      
      一、前言
      
      1.1背景
      
      由于现代科技和技术的不断进步,信息工程技术也在蓬勃发展,数据中心自动消防系统正是要点之一。然而,目前社会上的数据中心机房内设备集中,电力负载大,通风条件差,空气干燥,易产生静电,易燃易爆电池、电缆较多,火灾风险较高,每年都会由于火灾导致大量的财物和经济损失。所以,相关的灭火管理工作变得尤为重要。在数据中心消防工作中,应该以预防为主,结合人防和技防,全面推进数据中心消防工作,以适应智能建筑的发展。只有这样,我们才能保证数据中心的运行安全。
      
      1.2国内外研究综述
      
      在过去的100多年中,火灾自动报警这项科技经过了多个阶段,取得了巨大的进步。
      
      从19世纪40时代开始,火灾自动报警控制系统就以一系列单纯的分立器件组成,而在本世纪40时代,感温探测器开始成为主流,使得火灾自动报警系统的发展进入了一个新的阶段。
      
      1847年,美籍缅因大学的教授Farmer等人研发出了当今世界上第一个用作城镇的大型火灾报警发射设备,并在1852年顺利安装在波士顿。1874年,英国人也设计了当今世界上第一套水喷淋装置,而1890年,英国科学家又研发出了一种具有更强感温功能的火灾探测器,使得火灾防控技术取得了重大突破。1896年,多种定温火灾探测设备的研发取得了重大突破,并得到了广泛的应用。
      
      自八十年代以来,总线控制火灾自动报警系统迅速发展,与以往相比,它的性能有了明显提升,布线作业大大减少,装配测试变得更为方便,大大降低了装配和维护花费,主要的优势在于实施简便,能够精确定位报告区域,因此获得了普遍的使用。就像给房子编号那样,为各个探测点分配了独特的地址编码,以便更好地进行监测。
      
      通过研究,中科院合肥智能机器人研究院研制出了我国第一套总线制火灾报警控制系统(船用),它能够实时采集各个探测点的数据,并及时发出火警和故障信息,从而有效地保障船舶安全。
      
      随着科技的飞速发展,智能系统已经超越了常规的火灾监测报警功能,它与建筑内的防盗报警控制系统、监控系统、消息交换系统、公共安全系统等结合在一起,构成了一个智能化的大厦和一个安全的数据中心。
      
      1.3理论分析
      
      关于数据中心火灾特点及其危害分析,目前已有很多相关研究。例如,有些学者对数据中心火灾的成因、发展过程、危害以及防范措施进行了详细的介绍;还有的则从火灾形成的三要素入手,阐述了数据中心火灾的形成机理和预防措施。此外,还有许多学者针对数据中心火灾的监测与预警、建筑结构设计、安全管理等方面进行了探讨和研究。
      
      大多数火灾发生和造成严重后果的主要原因就是无法及时有效地扑灭火灾,疏散人群,而归根结底便是由于消防系统设计不当,因此,必须重视消防系统设计,严格遵守有关规范,采用先进、科学的消防安全技术,以最大程度防止和减少建筑火灾的发生。
      
      综上所述,本文将结合相关研究成果,借鉴已有的理论基础和实践经验,以期为数据中心自动化消防系统的设计提供更加深入和全面的分析和思考。
      
      二、总体设计理念
      
      2.1设计理念
      
      根据数据中心的用途、可能造成的经济或社会影响,将其划分等级,以便更好地评估其可能带来的潜在损失。针对不同的安全等级设计符合规范,安全与合理性的自动消防系统设计。而结合本身电气工程及其自动化专业,将火灾自动报警系统及消防联动系统作为主要研究目标与内容。
      
      本文主要研究内容为自动报警系统、气体灭火系统、喷水、喷雾、雨淋灭火系统与防排烟系统。而消防供水系统,应急照明及疏散指示系统等消防领域重点项目同样需在研究时所考虑。
      
      2.2数据中心自动消防系统组成
      
      (1)火灾自动报警及联动系统
      
      火灾自动报警及联动系统是一种用于监测火灾并自动发出警报的安全系统。它由火灾探测器、报警控制器、声光报警器和其他附属设备组成。当火灾探测器检测到数据中心发生火灾时,它会向报警控制器发送信号,报警控制器会立即启动声光报警器,并向相关人员发送警报信息。此外,火灾自动报警及联动系统还可以与其他安全设备联动,如自动喷水灭火系统、排烟系统等,以最大程度地保护人员和财产安全。
      
      (2)火灾事故广播系统
      
      火灾事故广播系统是一种用于发出警报、指示和信息的设备,用于在数据中心火灾事故发生时向人们发出警报并提供逃生指南,以保障人们的安全。它能够确保及时发出报警,并保证消防指挥系统的正常运行。
      
      (3)消防供水系统
      
      消防供水系统是指为火灾灭火提供水源、水压和水量的系统。消防供水系统包括水源、水泵、水箱、管道、喷头等组成部分。其中,数据中心的水源可以是市政自来水、水井、水塔等,水泵用于提供必要的水压和水量,水箱用于储存水源,管道用于输送水源,喷头用于将水源喷洒到火灾现场进行灭火。消防供水系统的设计和施工需要符合相关的消防安全标准,以确保系统的可靠性和安全性。
      
      (4)自动喷水、喷雾、雨淋灭火系统
      
      自动喷水系统是一种最常见的灭火设备。它包括水管、喷头、水泵、水箱和控制系统等组成部分。在火灾发生时,控制系统会自动启动水泵,将水从水箱中抽出,通过水管输送到喷头,然后喷出水流灭火。
      
      喷雾系统和自动喷水系统类似,不同之处在于喷头可以将水喷成雾状,能够更好地覆盖火源,从而更加有效地灭火。雨淋灭火系统则是一种在火灾发生时,通过喷头将水喷洒在整个建筑物或场地上的灭火设备。它主要用于灭火区域较大、火势较大的场所。与自动喷水、喷雾系统不同的是,雨淋灭火系统需要在火灾发生前手动启动。
      
      总之,自动喷水、喷雾、雨淋灭火系统都是一种非常重要的灭火设备,能够在数据中心火灾发生时起到关键的作用,保护人员和财产的安全,但并不适用于机房内,因为服务器怕水。
      
      (5)气体灭火系统
      
      气体灭火系统顾名思义是利用气体灭火的一种系统,该系统的应用由气体性质决定。一般情况下可根据气体灭火剂的物理性质分为液化与非液化两种。通常使用混合气体、七氟丙烷、二氧化碳或惰性气体等。该系统符合我国节能减排要求且不会对机房内重要设备造成损害,可代替液体灭火系统在数据中心的机房内使用。
      
      (6)应急照明及疏散系统
      
      应急照明是指在数据中心内有突发事件发生时,为了保障人员安全撤离而设计的一种照明系统。它能够在火灾等突发事件发生时,提供足够的照明,使人们能够快速、安全地疏散。而疏散指示系统是指在紧急情况下为了指引人员从数据中心安全疏散而设计的一种系统。它包括了安全出口标识、疏散指示灯、紧急广播等多种设备,能够在发生紧急情况时,快速、准确地指引人员疏散,避免人员伤亡。疏散指示系统一般会与应急照明系统相结合,共同发挥作用。应急照明系统的设计应包括照明度、转换时间和疏散指示标志的设置。
      
      三、数据中心自动消防系统设计方案
      
      3.1数据中心消防等级划分方案
      
      根据数据中心的用途、可能导致的损失或影响,可将其划分为A、B、C三个级别:
      
      符合下列情况之一的数据中心应为A级:
      
      (1)如果电子信息系统突然中断,将会导致严重的损失。
      
      (2)如果电子信息系统中断,公共场所的秩序将会受到严重的破坏。
      
      符合下列情况之一的数据中心应为B级:
      
      (1)如果电子信息系统突然中断,将会导致巨大的损失。
      
      (2)如果电子信息系统中断,公共场所将会面临混乱。
      
      其余数据中心应被分类为C级
      
      消防安全设计的一般规定:
      
      在工程设计数据中心防火和灭火系统时,要遵循《建筑设计防火规范》GB50016、《气体灭火系统设计规范》GB50370、《细水雾灭火系统技术规范》GB50898和《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084的规定,并严格按照表1的技术要求进行操作。
      
      为了保证数据中心的安全,建议在主机房安装气体灭火系统,但不推荐使用细水雾灭火或自动喷水灭火系统。
      
      应当建立一套完善的火灾自动报警管理系统,并严格遵守《火灾自动报警管理系统设计工作标准》GB50116的规定。
      
      3.2系统工作方案流程
      
      数据中心自动消防系统之关键在于各个系统的互相响应与工作衔接,也是设计理念的体现,而本工程设计的工作流程如图1。

         
      
      四、数据中心自动消防系统设计
      
      4.1数据中心火灾自动报警系统设计
      
      4.1.1火灾自动报警系统的组成及电源
      
      数据中心的火灾自动报警系统由多种部件构成,包括检测器、火灾警报设备和火灾报警设备。这些部件能够通过自动或手动方式发出警报信号,以防止火灾发生。它们能够帮助人们及时发现并采取有效的防范措施。为了确保火灾报警控制系统的安全运行,应该选择消防专用电源,并且标记清晰。
      
      此外,应急报警控制器开关电源应该垂直与消防电源相连,严禁使用插头。主电源的保护开关应该采取漏电保护开关,而CRT监视器和消防通讯设施的开关电源应该由UPS器件提供。
      
      如果消防控制室采取双路供电系统,则应在末端配电箱设立自动切换器件,以确保控制系统的安全运行。
      
      4.1.2数据中心火灾探测器
      
      火灾探测器是数据中心火灾自动报警系统和灭火系统中不可或缺的重要组成部分,它可以像“感觉器官”一样,实时监测现场火情,并及时发现被保护区域的火灾信号,从而有效地防止火灾的发生。安装在现场的火灾探测器可以实时监测火情,它将烟雾、光线和温度等火灾信号转换成电信号,并将其传输到自动消防系统,以便及时发现火灾并进行反馈。
      
      当前,火灾探测器的种类繁多,可以通过多种不同的方式进行分类。
      
      按照着火特点的差异,可以分为五个类别:感烟、感温、感光、复合和易燃空气。每个型号都有其独特的原理,可以满足各种的应用需求。
      
      根据操作后是否能复位,可分为:
      
      (1)当火灾报警信号不再存在时,可复位式火灾检测器即可从报警状况回复到监测状况,而无需更换组成部分。
      
      复位方式有三种:一类是通过电子控制,一类是通过机械控制,还有一类是通过光学限制。
      
      ①能够自动重置,并将恢复到监控状态。
      
      ②通过远程操作,可以将其恢复到最初的监控状态。
      
      ③进行自动调整,可以恢复到最佳监控位置。
      
      (2)即使火灾报警信号的条件不再存在,也无法将其从报警设备还原到监控状况,只有通过更换组件才能还原到监控状态。
      
      4.1.3消防控制室
      
      为了确保安全,数据中心消防控制室的门应该朝向疏散方向开启,并且必须符合甲级和乙级防火标准。消防控制室内的送风和回风管道必须安装防火阀,并且严禁任何与消防控制室不相干的电器线路和管子穿过。
      
      如果消防控制室位于数据中心的首层,应在门上方设置标志牌或灯光装置,而地下控制室的门上也必须设置灯光装置。标志灯的电源应该连接到消防电源上,以确保安全。
      
      4.1.4点型火灾探测器的设置
      
      在一般情况下,检测器应该在数据中心通透性吊顶的上面安放,并且周边不应为任何阻挡物;检测器与墙面、梁边的水准相距应该不低于0.5m;检测器与空调送风口边的水准相距应该不低于1.5m;检测器与多孔送风顶棚孔口的水准相距应该不低于0.5m;如果房间内被柜子、设施或间隔断等隔开,检测器的上面水准相距顶棚或梁边的水准相距应该不低于房间内净高的5%,这样才能保证检测器的安置效果。图2为举例用点型感温火灾探测器。
      
      应在每个被隔断的区域至少安置一个检测器,在长度低于3m的内廊道顶上安置检测器时,应该采用居中布局的方式。感温探测器的装配间隔不应高于10m,而感烟探测器的装配间隔则不应高于15m。详见表2所示。
      
      4.1.5吸气式感烟探测系统
      
      为了确保系统的安全运行,数据中心的消防专用电源必需有明确的标识,主开关电源和直流备用电源必需有效地联接,报警控制器供电引进线必需垂直与消防电源相连,严禁利用插头;火灾报警系统主开关电源的防护开关电源必需采取漏电保护开关,超出20m的采样管必需增加标准固定支架和吊架,取样孔至空调送风口边沿的最低高度不得低于1m,以确保系统的安全运行。图3为吸气式感烟探测器图示。
      
      在长度低于3m的内走道顶棚上设计取样孔时,应确保其长度不大于12m,且取样孔至端墙的长度不得大于其长度的50%;此外,应选取相距传感器最远的取样孔,以导入烟气样本,并在系统发起反应时,记录下的最高烟气传输时间不得大于120s。详见表3所示。
      
      4.1.6手动火灾报警按钮、消火栓按钮的设置
      
      数据中心每个消防分区都应该配备两个手动火灾报警按钮,这些按钮应该安装在楼梯口、走廊、疏散方向、大厅等显眼的地方,其高度应该为1.4m。此外,从某个防火分区内的任意地点到最近的手动报警器、消火栓的步行距离应该为25m。
      
      4.1.7数据中心区域显示器的布置
      
      本设计创新性的在数据中心每一层楼的走廊或电梯前厅都设有显示盘,用于展示来自报警器的火警和事故消息,以便监控各个防火区域或大楼的状况。
      
      安置区域报警控制器、层显示屏时,应确保它们的安放坚固、稳定,不能倾倒。如果它们安置在轻质墙上,应采用加强保护措施。如果它们安置在墙上,底部应相距地板1.3-1.5m。
      
      4.2数据中心消防联动控制系统设计
      
      4.2.1联动控制系统指标
      
      数据中心报警联动控制系统功能主要有下列指标:
      
      (1)通过报警联动控制系统,烟雾探测器和温度探测器可以自动发出警报。
      
      (2)当烟气检测器、高温传感器和紧急开关按键被激活时,报警信号将被传输到数据中心的消防控制室。
      
      在监控柜内布线时,应将各种电压和各种类型的线路端子进行区分,并在其上标明醒目的标记,以确保布线的完成。
      
      消防设备控制器盘面应设置有消防器材监控信息和动态部位的显示信息,以便消防人员能够快速识别和操作消防器材。如果消防水泵和防排烟风机使用总线编码模块进行控制,还应在消防控制室设有自动进行控制装置,以确保设备的安全运行。
      
      系统应该采取专用电源,并且应该有明确的标识。为了确保安全,联动控制器应该具有牢固且可靠的接地。
      
      4.2.2火灾应急广播与报警装置、扬声器、声光报警的设置
      
      数据中心内的扬声器应该设定在公共场合,如廊道和大厅。各个扬声器的额定运行输出功率不应低于3W,并且应能够确保在防火分区内的任意部份到最近某个扬声器的间距不超过25m。廊道内最后的扬声器到廊道尽头的间距也应该不超过12.5m。在噪声水平超过60dB的场合,扬声器的最远点的声压级应该超过背景噪音15dB。
      
      如果机房内设有专门扬声器,应该考虑到噪声水平的影响,并采取适当的措施来保证安全。应急广播系统的输出功率不应低于1.0W,而且应该配备火灾报警装置,以便及时发现火灾并采取有效的应对措施。
      
      4.2.3消防专用电话系统设计
      
      设置消防专用电话系统至关重要,它能够确保及时发出报警,并保证数据中心的消防指挥系统正常运行。消防专用电话系统由一个主机、一个插座、一个分机和一个编码模块组成,它能够有效地防止火灾的发生。
      
      应设置消防专用电话分机的区域:
      
      (1)包括机房、水泵房、备用发电机房、配电室、一般通气和空调室、排烟室、灭火电梯以及一些与消防联动管理相关的设施,这些设施需要定期值班;
      
      (2)灭火系统操作室或其他可进行操作的地方;
      
      (3)消防站、消防值班室、总调度室。
      
      在设有手动火灾报警和消防栓的地方,应该安装电话塞孔。在安装时,电话塞孔的底部应该距离地面1.3-1.5mm。
      
      为了确保特级防护对象,每隔20m应设有一台消防专用电话分机或通话塞孔,以便更有效地进行通信。
      
      在数据中心消防控制室、值勤室或消防站等处,应设立可以进行报告的外线手机,以确保安全。灭火专用电话应具备良好的通话功能,简洁清晰。此外,消防控制室、值班室内还应设有可以进行应急报警的外线电话,以确保安全。
      
      4.3数据中心自动喷水、喷雾、雨淋灭火系统设计
      
      4.3.1数据中心水流指示器的布置
      
      当水流量超出预定值时,水流指示器会发送警告,提醒消防控制室及时采取行动。一般来说,水流指示器会装设在数据中心喷水灭火系统的分区管道上,当喷嘴打开时,它会向数据中心的消防控制室发出警报,提醒他们喷嘴所属的情况区域,有时候也会装设在水箱的出水管上,如果系统启动,水槽中的水会被动用,水流指示器会发出警报,提醒消防控制室及时采取行动,启用水泵供水灭火。
      
      在整个数据中心的控制系统中,消防管网的进水口都应布置一个水流指示器。(未完待续)
      
      编辑:Harris
      


      

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