高压细水雾灭火系统在数据中心的实体火灾试验.pdf

82?给水排水?Vol?37?No?4?2011?同泰防灾细水雾灭火系统专栏?高压细水雾灭火系统在数据中心的实体火灾试验杨?琦1?丛北华2,3?王学良1(1 华东建筑设计研究院有限公司,上海?200002;2 同济安泰工程防灾研发中心,上海?200092;3 同济大学上海防灾救灾研究所,上海?200092)?摘要?对数据中心运用高压细水雾灭火系统进行实体火灾试验要求和主要结果进行了介绍。结合国内外运用的情况,提出了数据中心选择高压细水雾灭火系统的可行性。探讨了实体火灾试验中火灾场景的确定和设计系统选择的问题。关键词?高压细水雾?数据中心?实体火灾试验?灭火系统?为更好服务于实际工程,进一步认识高压细水雾灭火系统在数据中心机房的灭火作用和对设备的影响,本文开展了模拟实际数据中心项目的实体火灾试验,这种试验方式在国内外还不多见。通过不同类型产品的比较性试验,对数据中心机房合理运用高压细水雾灭火系统有积极的意义。1?实体试验1.1?试验目的为了充分了解高压细水雾灭火系统的灭火特点及过程,进一步验证高压细水雾灭火系统在某银行 数据中 心项目 中的应 用进行 实体火灾试验。研究比较高压细水雾灭火系统不同系统形式的灭火效果、系统响应时间及水渍损失。验证细水雾灭火系统扑救数据中心火灾的有效性及机房内非故障设备运行的安全性。1.2?试验条件1.2.1?试验场所环境试验数据中心机房空间的平面为 10 m?10 m,地面至吊顶高 3 m。房间内地面下架设 600 mm 高的全钢防静电活动地板 600 mm?600 mm?30 mm(厚)。吊顶采用铝合金吸音微金属孔板,四周墙壁采用难燃材料进行装修,如图 1a 所示。模拟计算机房的吊顶上均布 4 个排烟口,每个排烟口大小为600 m?600 m,设计排烟量为 6 000 m3/h。为了模拟计算机房正常工作时环境温湿度,设置空调 2 台。室内全封闭,温度 18 25?,最大温度变化率小于5?,相对湿度 45%65%;室内维持一定的正压,其与外部用房的压差不应小于 4.9 Pa,与室外的静压差不应小于 9.8 Pa。在试验空间的旁边设置设备间和观察间。图 1?数据中心实体火灾试验布置示意地板上放置 3 个 19 in(1 in=2?54 cm)标准机柜(42U),尺寸为 0.8 m(宽)?0.6 m(深)?2 m(高)和 1 台个人计算机。3 个机柜其中一个为着火机柜,另外两个为带电工作机柜,试验时保持正常工给水排水?Vol?37?No?4?201183?作状态;个人计算机试验时也处于工作状态。高压细水雾喷头的型式、流量系数、工作压力及布置间距满足相关规范规定。喷头、设备和火源的相对位置如图 1b 所示。1.2.2?火灾场景考虑到数据中心机房的火灾特点(早期阴燃火),试验火源选择电缆火,由 25 根 PVC 通讯电缆(线径15.75 mm,6 线束)组成,每根电缆长度为77.5 cm,其中有 2 根电缆内芯通入 2 kW 的电热丝,用于模拟电缆的过热着火,总加热功率为 4 kW(FM 试验协议对机房架空地板的试验加热功率为 3.7 kW)。试验时起火位置分别位于机柜内(着火机柜)、架空地板下和吊顶空间内,对应计算房内的最可能火灾场景。1.3?试验要求(1)进行高压细水雾灭火系统的开式系统、闭式预作用系统的试验。实体火灾试验条件应相同。(2)试验时发生火灾后,系统应及时启动灭火。火被扑灭后,系统应能自动关闭。(3)试验中测量起火时间、细水雾启动灭火的反应时间、灭火所需时间、火灾前后温度变化、湿度变化及火被扑灭后系统关闭的时间等数据。(4)灭火后须及时启动排风系统,记录将室内空气湿度降到正常水平的时间和排干试验室内残留水渍的时间。(5)灭火试验中,要求相邻计算机不应受到火焰及水渍的影响。2?试验方法2.1?消防设备布置对于开式系统,在吊顶下方按正方形布置 9 只开式高压细水雾喷头(K=0.45),喷头间距为3 m?3 m,安装内嵌在吊顶板上。静电地板下按正方形布置 9 只开式高压细水雾喷头(K=0.17),喷头间距为 3 m?3 m,安装高度距离活 动地板0.15 m。吊顶内同样按正方形布置 9 只开式高压细水雾喷头(K=0.17),喷头间距为 3 m?3 m,安装高度距离屋顶 0.15 m。对于闭式预作用系统,在吊顶下方按正方形布置 9 只闭式高压细水雾喷头(K=1.25,57?快速响应喷头),喷头间距为 3 m?3 m,安装高度距离吊顶 0.15 m。为模拟系统的报警联动过程,试验数据中心房内布置有空气采样早期探测系统和光电感烟探测器,通过火灾报警主机与高压细水雾灭火系统连接。2.2?试验设备与测量布置采用丹麦的高压细水雾泵组和喷头。泵组最大压力 16 MPa,单泵流量 112 L/min。喷头的最低工作压力均 10 MPa,闭式喷头为 57?快速响应喷头。火灾报警为空气采样感烟火灾探测系统。测试仪器有 K 型热电偶 9 只、温湿度传感器 5只、数码摄像机 1 台、机械秒表 3 只、红外热成像仪1 台、高压细水雾试验数据采集系统。试验时在电缆束表面 0.1 m、0.3 m 和 0.5 m高度处设置 3 个直径为 1 mm 的热电偶,用于测量火场温度的变化,判断火灾熄灭状况;在两个带电工作的标准机柜内各设置 1 个温湿度传感器,用于测量高压细水雾喷放前后机柜内的变化。在主机房空间和静电地板架空和吊顶空间各布置 1 个温湿度传感器,用于记录机房环境参数的变化,上述测量值结合设备工作状态,判断高压细水雾对带电设备的影响。试验时利用数码摄像机和红外热成像仪记录整个试验过程。所有测量数据通过计算机房高压细水雾试验采集系统集中存储和后期处理。2.3?试验工况在开式系统有 3 种火灾场景:计算机房活动地板下的电缆火灾,机柜和计算机带电运行;计算机房吊顶内的电缆火灾,机柜和计算机带电运行;计算机房内某机柜着火,其他机柜和计算机带电运行。在闭式预作用系统中的火灾场景为计算机房内某机柜着火,其他机柜和计算机带电运行。试验工况的可燃物均为 25 根电缆组成的电缆束,电缆束位于水平电缆桥架上,电热丝引燃。高压细水雾灭火系统由火灾报警系统联动启动,确认灭火后手动关闭。3?试验结果与分析3.1?试验结果试验的主要结果如表 1。开式系统试验的过程热像图和温度变化曲线如图 2。84?给水排水?Vol?37?No?4?2011?表 1?数据处理中心某试验基地的高压细水雾试验汇总试验条件开式系统预作用系统火源位于静电地板下火源位于数据机房机柜中火源位于吊顶内火源位于计算机房机柜中(闭式喷头)环境温度/?2931.532.631.7湿度/%80.870.163.966.8?电缆开始冒烟时间(自合上电热丝开关开始计时)/s51286电缆明火出现时间/s1561无明火出现54?空气采样/点式烟感 探 测 器 报 警 时间/s34/4063/6941/4856/60?细水雾开始喷放时间/s457453闭式喷头没有打开持续喷雾时间/s627065未喷放灭火时间/s435245明火燃烧 2 min后燃料耗尽是否复燃否否否?计算机/机柜工作状态(灭火过程中)正常正常正常?计算机/机柜工作状态(灭火后重启)正常正常正常?3.2?试验分析从表 1 中可以看出,针对计算机房的电气火灾,其火灾发生经历了从阴燃到低温明火的过程,采用感烟探测系统(空气采样系统或点式烟感探测器)可以较快确认火灾。空气采样系统可比点式烟感探测器快 4 7 s。开式系统在实体火灾试验中能充分发挥高压细水雾的早期抑火、灭火作用。在三种火源条件下均在 1 min 内成功扑灭火灾,其显著的冷却降温作用有效防止了火灾复燃。在高压细水雾持续喷放期内,带电工作的计算机一直处于正常工作状态下,喷放结束后重新启动工作正常。灭火结束后,及时打开通风排烟系统,即可将环境温、湿度恢复至初始水平。闭式的预作用高压细水雾灭火系统喷放不仅需要两路探测信号确认,同时还必须满足喷头玻璃泡处的温度达到爆破温度(57?)。以阴燃-低温明火为燃烧特征的数据中心机房火灾,不适合采用预图 2?数据机房开式高压细水雾灭火试验的过程变化作用系统扑救。4?国内外的机房运用在数据中心的建设上,我国可按?电子信息系统机房设计规范?1执行,其机房可设置洁净气体灭火系统、高压细水雾灭火系统或预作用系统。在?民用建筑电气设计规范?(JGJ 16?2008)的?电子信息设备机房?中,对机房的灭火设施也没有特别的说明。美国?数据中心电信基础设施标准?(T IA?942)指出必须按照 NFPA?75 来安装消防系统。TIA?94 还提出设置预作用系统、气体灭火系统的要求。气体消防不存在水的威胁,但存储气体的压力很高、设备占用的面积大、自身的安全性差和扑救计算机柜内的深度火灾效果较差。而高压细水雾的平均体积直径小于 100?m,可以有效地解决对电子信息设备的水给水排水?Vol?37?No?4?201185?渍和导电性敏感问题,对于火灾的烟气有一定的洗刷作用。高压细水雾灭火系统在数据中心运用的系统标准和规范上有在编的国家标准?细水雾灭火系统技术规范?,国外有美国 NFPA750 细水雾系统规范(?NFPA750StandardonWaterMistFireProtection Systems 2006 Edition?)、FM 保险公司细水雾系统规范附录 M?细水雾保护计算机房架空地板的试验协议?(?FM 5660 Standard on WaterMist Fire Protection Systems 2003 Edition?附录 M?Fire T ests forWaterMist Systems fortheProtection of Computer Room Sub?floors?)、欧洲细水雾系统设计与安装规范 CEN/T C191(CEN/TC191 Fixed firefighting systems?Water mistsystems?Design and installation,2008)、国际海事组织细 水雾 试 验 协议(IMO Res.A800(19):Revisedguidelinesforapprovalofsprinklersystems equivalent to that referred to in SOLASRegulation?2/12)等。高压细水雾灭火系统在欧洲的很多银行、保险、IT 公司的数据中心、计算机房、通讯设备机房中大量安装使用。如德意志银行、苏格兰皇家银行、伦敦的 IXEurope 数据库、欧洲的 IBM 数据中心、芬兰的Telia 移动电话交换中心等,国内宁波、温州的银行机房也有应用。国内外很多研究机构在细水雾对带电设备火灾灭火的影响上也做了研究工作。带电喷放细水雾试验表明,一部分细水雾雾滴会快速汽化,一部分细水雾雾滴长时间悬停在空中,只有极少部分细水雾滴落到电子电气设备的表面。进入内部电路板的细水雾很难形成导电的连续水流或表面水域。公安部天津消防研究所进行的交流耐压性能试验表明,在额定电压 220 kV 的条件下,细水雾喷射一分钟不会发生闪络。数据中心采用高压细水雾灭火系统是可行的。5?存在问题与建议5.1?火灾场景的确定细水雾灭火系统的设计需要试验的支撑。数据中心的高压细水雾灭火系统的试验还没有完全针对性的标准,试验往往参照架空地板、电缆夹层的试验要求,这也就决定了试验的针对性不强。在另一组德国产品的试验组,火灾的场景采用了 CEN/T S14972 细水雾标准进行,其采用油盘火来模拟,虽然油盘上放有电缆,但灭火后电缆燃烧痕迹并不多,这种场景下细水雾的灭火还造成大量的消防废水排出。从数据中心的可燃物特点来看,主要是以电缆和集成电路板为主,其引燃主要因为设备或线路的发热。这类场所的火灾通常较小且生长缓慢,对财产和设备的最大威胁是腐蚀性烟气在设备中的蔓延传播。因此,数据中心的火灾以阴燃-低温明火为燃烧特征,其火灾场景的设定采用油盘或木垛是不合适的。5.2?设计系统的选择数据中心灭火系统的选择应强调早期发现火灾、早期灭火,最大程度减少火灾损失。数据中心内的精密电气元件对烟尘十分敏感,电缆燃烧产生的烟气还含有卤化物等腐蚀性气体,一旦蔓延,极易破坏电气设备。这也要求早期灭火,不能通过温度的感应来启动喷头。从其火灾的特点看,如果采用闭式喷头,需要较长的时间聚集热烟气才能达到喷头动作的温度。这导致系统丧失宝贵的初期灭火机会,火灾损失增大。在实体火灾试验中,电缆加热场景的试验闭式喷头没有打开灭火;只有在另一场地的 0.8 m?0.8 m?0.1 m 油盆火灾中,50 mL 柴油燃烧 10 min 后再进行试验才有可能打开喷头。因此,数据中心宜选择高压细水雾开式系统,采用闭式系统(预作用或湿式)是不恰当的。当然,对于数据中心面积较大的场所,开式系统的控制面积显得尤为重要,系统既要及时在火灾作用面积内灭火又要将系统的水渍影响控制在最小范围。高压细水雾灭火系统在数据中心的实体火灾试验较一般的消防验证性试验已领先一步,它为工程项目实际运用提供了依据。作为工程中应用场所的特殊情况,系统上还有一些问题需要进一步改进。参考文献1?GB 50174?2008?电子信息系统机房设计规范?通讯处:200002 上海市四川中路 321 号 17 楼电话:[phone]E?mail:qi_yang 收稿日期:2010?07?08