世源科技工程有限公司上海分公司 数据中心事业部 上海 200433
摘要：通过对数据中心特点进行分析，尤其是数据中心火灾危险场所的介绍，并对应用于这些场所的早期烟雾报警系统进行了阐述，最后探讨了早期烟雾报警探测器在数据中心的实际应用。
关键词：数据中心；早期烟雾报警探测器；火灾报警
一、数据中心火灾特点
随着大数据时代的到来，人们已经习惯于依赖着网络生存，“衣食住行”每一样都可以通过网络完成。一旦网络中断，轻则造成生活上的不便，重则引起生命财产安全问题。在导致断网的各类因素中，火灾往往是最容易被忽略，但后果尤其严重的原因之一。数据中心是信息网络的心脏，由于通信设备价格昂贵，一旦发生火灾，不仅造成严重的经济损失，而且造成设备瘫痪，将导致政府、企业、银行、商业、工厂及个人的通信联络中断或数据丢失，甚至会造成社会秩序混乱，其损失是无法估计的。
在大数据的潮流中，笔者有幸参与多个数据中心项目设计，其主要火灾特点总结如下：
1、“贵”，数据中心是服务器和数据集中放置（存储）的建筑场所，设备和数据都非常昂贵，而且建造费用很高，一旦发生火灾，会造成严重的经济损失。
2、“安”，核心机房是数据中心的核心地带，安全等级非常高，是个相对密闭的空间，数据中心内人员进出要经过安检登记，换鞋，除尘除静电等程序，而且机房内一般无人值守，火灾难以被人发现，消防人员不易接近，消防有一定的困难。
3、“热”，为满足服务器正常运行，机房对温度有很高的要求。火灾发生后一旦关闭空调系统，服务器自身发热会迅速造成服务器宕机，从而造成重大损失。为此对烟雾探测器的可靠性有很高的要求，必须有可靠的措施防止火警的误报。
4、“流”，数据中心主机房的气流速率较高，以空调下送风且封闭冷通道的布置方式为例，气流方向是由空调送风至高架地板下静压箱，高架地板下通过送风地板进入冷通道，并通过服务器回风至空调回风口。风速一般在3-5m/s左右，由于气流的影响势必造成烟雾的稀释，对探测器的探测有很大的影响。
5、“稳”，数据中心有着高可靠的工艺要求，为此配置了大量的电气设备，同时在公共走道内存在着大量的电气线缆，可靠性增加的同时同样增加了电气火灾的风险。
二、早期烟雾报警探测器介绍
1、早期烟雾报警探测器的创新和工作原理
首先，早期烟雾报警探测系统在探测方式上，突破了一般感烟探测器感知火灾烟气、温度和火焰等参数特性的局限，主动进行空气采样，动态、快速地判断和识别出环境中各种聚合物和烟粒子。因此早期烟雾报警探测器能探测物质燃烧初期所产生的气溶胶或烟雾粒子浓度，在火灾初期消除火灾隐患，使火灾的损失降到最小，所以也被称之为极早期烟雾探测预警系统。
其次，早期烟雾报警系统的工作原理如下：
（1）其探测器利用内部的吸气泵，通过分布在保护区内的采样管网，连续采集环境中空气样品，经过滤器过滤灰尘后送至激光探测腔分析。
（2）激光探测腔采用激光散射方法探测空气样品中的粒子，结果经计算分析后判断是否发生火警，进而报警并发出控制信号，同时储存报警事件及时间。烟雾浓度值及其报警等级由显示器显示出来。
2、早期烟雾报警探测器的优势和特点
（1）防患于未“燃”：早期烟雾报警系统能够早在火灾的初级阶段（阴燃）就发现隐患的存在。这就给运维人员提供了充足的时间去排查并采取措施，避免烟雾对机房环境造成无法挽回的污染损害。
（2）提供更长的疏散时间：既然数据中心需要使用安全方面的预防措施，以确保能够在无尘的环境中进行维护工作，同时确保人员安全撤离，就需要利用极早期报警所提供的时间来疏散人群。
（3）主动的采集环境的空气：早期烟雾报警系统利用多个采样孔主动地采集空气样品，这就大大增加了发现烟雾的机会。
（4）可靠性高：早期烟雾报警系统发生误报的可能性非常小，这个特性能够最大限度地减少不必要的人员疏散和设备误动作。
（5）灵敏范围较为宽广：消防系统中包含灭火系统时，作为整个防火系统的一部分，早期烟雾报警探测器极宽的灵敏度范围0.005-20%obs/m（减光率／米，下同）意味着用户能够设定适合的报警阈值，不仅做到极早期的烟雾探测报警，同时，还可以在火灾稍后的阶段启动灭火装置。
（6）采样方式十分灵活简便：探测器的采样管（PVC管）可以布置在天花板下、回风口处、地板下、机柜内，也可以采取复合式采样，而且PVC管不存在电磁干扰问题。
3、早期火灾探测报警系统与传统感烟式火灾探测系统的对比：两者在采样方式、灵敏度、抗干扰能力、误报率、报警时间、安装方式、应用场合、价格等方面存在较大的差异，两种系统之间的性能比较如下图和下表所示。
图2.1各种火灾探测器反应时间示意图
表1传统火灾探测器与早期烟雾报警探测器之间的对比
从图2.1和表1可以看出，触发传统火灾探测器工作至少都在火灾第2阶段（产生可见烟）之后，而触发早期烟雾报警探测器只要在火灾初级阶段即可；前者的其灵敏度一般在5 obs/m左右，而后者早期烟雾报警探测器的灵敏度高达0.005% obs/m，灵敏度是传统火灾探测器的1000倍。
从试验中也得知：传统火灾探测器报警时，烟雾已经弥漫了整个被保护区，虽已报了警，但留下处理火灾的时间并不多，错过了将火灾扑灭在萌芽阶段的最佳时机。即使联动了灭火设备，也已造成财产和人员不同程度的损失。早期烟雾报警探测系统在火灾第1阶段就可探测到火灾起始时的烟雾颗粒，并分四级报警，分别为1级警觉、2级行动、3级火警1（临界火警）、4级火警2（火灾阶段）。运维人员有足够的时间来查找火源所在地，迅速控制火情发展和蔓延提供了充裕时间，从而确保数据中心服务器不会因为火警而中断生产，避免或者减少了火灾带来的损失。
三、早期报警在数据中心的应用
通过对数据中心的介绍可以得知，数据中心存在以下几种主要火灾危险：
•气流会稀释并净化烟雾从而影响烟雾的探测
•空气循环系统，气流较快，会使火势迅速蔓延；
•电缆或其它电子和电气设备发生电气故障引起火灾；
针对上述火灾危险，早期报警探测器可探测以下区域火警：
1、保护楼板或吊顶下
为保证数据中心的运行，大多数据中心机房机柜上方都敷设大量电缆及通信线，而且由于气流流速非常快，极易造成火灾，因此必须在此处设置探测器采样口，见图3.1。
图3.1楼板下采样示例
2、保护高架地板下夹层
高架地板下夹层是用于空调送风，同时也可能敷设电缆及通信线，因在地板下，平时人员无法观察到，极易造成火灾的蔓延，因此对高架地板下设置空气采样管就非常重要。
图3.2 在高架地板下采样示例
3、保护精密空调回风
在数据机房内部，火灾初级阶段产生的烟雾因为缺乏热能不上升， 而且会通过精密空调气流路线而流动。将采样管布置于精密空调回风口上方可以增加烟雾探测的准确度，见图3.3。
图3.3典型精密空调回风采样管安装示例
4、保护配电系统
数据中心一周7天、一天24小时不间断供电，供电系统决不能发生任何故障。这样长期不间断工作的配电系统由于发热，长期负荷工作，也存在着较高的火灾危险性。所以需要对控制机柜和配电设备进行机柜内和机柜上方采样以最早发现配电系统的火灾险情。
总的来说，为了更准确，快速的探测到烟雾，为运维人员控制火灾的发生提供更早的预警，保证数据中心的可靠运行，早期烟雾报警探测器在数据中心的使用还是非常有必要，在实际设计中可根据数据中心的等级，业主需求及投资额灵活配置，如图3.4早期烟雾报警探测器在机房内的配置示意图。
图3.4 早期烟雾报警探测器在机房内的配置示意图
参考文献：
[1]世源科技工程有限公司设计参考资料
[2]国标图集09X700 《智能建筑弱电工程设计与施工（上）》
[3]火灾自动报警设计规范（GB50116-2013）
[4]NFPA (2002) STANDARD FOR THE PROTECTION OF SEMICONDUCTOR FAB RICATION FACILITIES 318
[5]VESDA通讯及数据处理设施设计指南 艾克利斯公司VESDA产品资料
论文作者:涂飞龙
论文发表刊物:《基层建设》2018年第12期
论文发表时间:2018/6/13
标签：火灾论文; 烟雾论文; 探测器论文; 数据中心论文; 火警论文; 气流论文; 机房论文; 《基层建设》2018年第12期论文;