新时期下大型数据中心机房给排水及消防设计要点分析

新时期下大型数据中心机房给排水及消防设计要点分析

　　节能减排设计,节能材料设计,节能型设计20世纪以来，全球的经济和科技都得到了非常惊人的发展，人类也在20世纪正式迎来了信息时代。互联网行业的蓬勃发展让各类信息采集和传播技术得到了前所未有的水平，信息技术和互联网的不断发展和普及带来的就是庞大的信息数据。2020年3月，党中央提出了要加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度。由于数据中心的给排水及消防系统的设计有其特有的需求，故笔者结合近年来负责过和参与过的大型数据中心设计，针对《数据中心设计规范》GB50174-2017（以下简称《数规》）中的要求，总结并分析了给排水和消防的设计要点。

　　大型数据中心一般包含各种类型的功能区域，主要包括：主机房、电力电池室、配电室、空调间、测试机房、运营商接入间、进线间、备品备件间等。根据《数规》，数据中心主要分为以下三类：

　　A级数据中心：电子信息系统运行中断将造成重大的经济损失或公共场所秩序严重混乱的数据中心；

　　B级数据中心：电子信息系统运行中断将造成较大的经济损失或公共场所秩序混乱的数据中心；

　　《数规》中对不同等级的数据中心都提出了不同的设计要求，在设计过程中应对不同等级的数据中心有针对性地进行设计。

　　由于大型数据机房一般不安排专人进行值守，有安排值守的机房也仅仅是在其入口处设置一些保安人员及运维人员的监控室，并配套小型的卫生间，生活给水管设计时完全避开机房区域即可，无特殊要求。

　　大型数据中心中生产给水系统的设计是需要重点关注的，A级数据中心一般按12小时的冷却水补水量设计冷却塔补水池。冷却塔补水系统设置时应充分考虑冗余原则，即任意一点产生故障，均不影响整套生产供水系统的运行。有条件的情况下，补水池应设计为可独立运行的两座水池，两座水池的连通管、生产供水泵、生产水泵后端的供水管道亦按冗余原则设计，均设置充足的备份。设计时可将水泵后端的管道成环，并设置分段阀门，阀门设置时亦应考虑该阀门损坏时是否影响供水，如有必要应在同一个位置设置两个阀门，保障系统安全。供屋顶冷却塔的两路供水环管，建议设置在不同的水管井内，将两路管道进行物理分隔。此外，笔者在设计过程中还遇到部分业主担心泵房出现整体事故，要求考虑泵房的冗余，为此设计了另一种供水方案：在传统“水池水泵冷却塔”供水系统外，另外，设置一套叠压供水设备往冷却塔补水，两套设备共用生产供水环管，平时由叠压供水设备优先供水，市政断水时启动生产供水泵组。该方案既满足了业主的要求，又可充分利用市政水压节能[1]。

　　机房空调间内的空调根据暖通专业的要求，一般会设置加湿水补水系统。设计时一般不与冷却水补水系统共用水泵，独立设置一套供水设备，如市政水水质一般，则可考虑在加湿水补水系统中设置软化水装置，减少水垢的产生。加湿水的供水管路无环状供水的要求，可根据业主的需求来设计。为了避免管道出现漏水情况对机房造成严重影响，一般会选择减少其进入机房区域的长度来进行改善。笔者推荐的处理方法是将立管就近设置在加湿器旁，并将立管进行包封，以此来减少漏水时对机房的影响。

　　《数规》中并未对雨水排水系统作出详细规定，故重现期根据建筑的重要性确定。A级数据中心重要性很高，笔者建议A级数据中心的屋面总排水量按不小于100年重现期的雨水量确定，B级和C级数据中心按重要建筑设计，屋面总排水量不小于50年重现期的雨水量确定。因为数据中心内的电气设备较多，故有条件的情况下应尽量考虑采用外排水系统，以减少事故时对机房的影响，如采用内排水系统，雨水立管应尽量设置在走道等公共部位，不得布置在机房等关键区域内。

　　对于前两种废水，建议设置地漏收集后集中排入室外污水管网，接入污水管网前应设置水封井或其他防止臭气进入室内的措施，空调区的地漏根据《数规》应采用洁净室专用地漏或自闭式地漏，排水地漏应直接安装在空调附近和加湿器附近；对于屋顶冷却塔的排污水，可在每个冷却塔处设置一个DN100污水接口，各个污水接口汇合成一根单独的污水立管排入室外污水管网；为了保障机房使用安全，对于公共区域消防时产生的废水，应在走道内设置地漏，将消防废水汇合排出，接入室外雨水管网。

　　消火栓系统设计时应注意将消火栓箱设置在显眼的位置，消火栓立管不得设置在数据机房及电池室等房间内，避免检修或者渗漏对机房产生影响。如遇到部分机房和空调区用墙体分隔，空调区进深较大，无法保证空调区最深处满足两股水柱要求的情况时，可考虑在机房和空调区的隔墙上开门，以满足消火栓的布置要求。

　　《数规》中，A级机房在有异地备份的情况下，可以使用自动喷水灭火系统，B、C级机房可以设置自动喷水灭火系统。实际设计过程中，一般运营商业主倾向于采用气体灭火系统，互联网企业业主倾向于采用经济性较高的自动喷水灭火系统，系统选择时还是需要根据各业主的具体需求来确定。如果机房内采用自动喷水灭火系统时，建议选用充气双连锁预作用系统，并在报警阀室内设置空压机，对管网进行充气，用于检测管网是否漏水，可以避免管网充水时发生漏水现象对未起火区域造成影响。双连锁系统的启动方式则是在“火灾探测器或手动火灾报警按钮的报警信号”与“充气管道上的压力开关报警信号”两者均触发时，启动预作用装置从而启动消防泵，这种启动方式较单连锁系统另外加了一道压力开关报警信号作为保险，可以防止火灾报警探测器误动作时造成管网充水情况的发生。综合来说，由于气体灭火系统的造价、安全性等问题的存在，使得在数据中心机房内采用水来灭火正逐渐地变成一种趋势，在克服数据备份问题后，未来的数据中心内自动喷水灭火系统可能会占据主导地位。

　　关于数据中心内的灭火器的选择，目前业界没有形成统一的意见，主要观点有以下两种：

　　①采用二氧化碳型灭火器。这种观点的依据为《数规》13.3.5条，灭火剂不应对电子信息设备造成污渍损害及《数据中心二氧化碳灭火器应用技术规程》T/CECS 808-2021中4.3.2条，高危险级的数据中心（A级数据中心）单具灭火器最小配置灭火级别R为3Ea，可采用MT7（7kg）型手提式二氧化碳灭火器。这种观点认为干粉灭火器会对机柜造成污损，灭火之后会在其表面留下粉末状态的覆盖物，这些覆盖物会对电子产品造成一定的污染，有些还会造成腐蚀作用，故应采用二氧化碳灭火器作为机房的灭火手段[2]。

　　②采用磷酸铵盐干粉灭火器。这种观点的依据是机房起火时，伴随有机柜外壳等固体燃烧，包括E类（带电）及A类（固体）火灾同时发生，而二氧化碳灭火器对A类火灾基本无效，仅能适用于带电的B类火灾，故不应该采用二氧化碳作为机房的灭火剂。综合以上两种观点，笔者建议在机房内同时设置以上两种类型灭火器，火势较小时可判断为电气火灾，优先采用二氧化碳型灭火器进行灭火，如二氧化碳型灭火器无法扑灭或者火势较大时，则直接采用磷酸铵盐干粉灭火器进行灭火，这样设计既能最大限度地保护机柜不受灭火剂污损，又可以兼顾灭火效果。

　　气体灭火系统一直是数据中心消防设计中的重点，目前主要采用的灭火剂为七氟丙烷和IG541（惰性气体）。当采用IG541作为灭火剂时，由于钢瓶内充压压力较高，故输送距离较远，可达到130m左右；当采用七氟丙烷作为灭火剂时，内储压式的输送距离仅能达到40m～50m，外储压式的输送距离可达到200m左右。

　　综合比较两种灭火剂，在大型数据中心中采用IG541系统更合适，七氟丙烷系统更适用于中小型数据中心。此外，对于那些仅建设一部分机房，剩余的机房留待后期需求明确后再建设的项目，在设计时推荐采用IG541系统。因为在防护区没确定的情况下，初期建设好的七氟丙烷气体灭火系统因为其匹配度不够灵活，经常会发生钢瓶灭火浓度不够，如果再加一个钢瓶，又会导致出现有毒浓度的情况，而IG541因为其无毒性，故没有这种限制，IG541在那些大小不同的防护空间内使用情况会更好[3]。

　　设计时需要与建筑专业配合，确定各层钢瓶间的位置，一般将相近体积的防护区划分到同一套管网灭火系统内，并按照8个防护区建设一套气体灭火系统的原则，在平面上确定好钢瓶间的位置。对于部分体积较小或者超过气体灭火系统输送距离的防护区，可以采用预制式气体灭火系统。预制灭火系统设计时，应注意该系统一般只适用于小型防护区，防护区面积不应超过500㎡，体积不得超过1600㎡。

　　综上所述，对于大型数据机房而言，IG541气体灭火系统在舒适性、安全性以及可靠性均较为出色，笔者推荐优先采用该系统；在中小型数据中心中，两者各有利弊，应综合权衡后确定。

　　细水雾系统主要应用在数据中心主机房中，用于替代气体灭火系统。该系统相较于气体灭火系统的优势在于：

　　目前，细水雾系统之所以没有大规模得到应用，主要是由于其相对气体灭火系统而言，造价相对较高；另外在灭火后，部分残留水雾颗粒可能凝结成水滴，影响了机柜的安全性。细水雾系统主要在金融行业的自用机房内使用较多，碍于篇幅本文不再展开。

　　我国的大型数据中心机房的给排水及消防系统的设计工作非常复杂，相比于一般建筑物而言，需要考虑到机房内电子设备的安全性，因此在进行设计和修改上都会面临诸多需要考虑的问题，加上一些机房的规模较大，机房内安装的管线数量繁多，走廊的综合管线如何合理排布也是一个值得思考的问题，希望通过本文的总结和分析，能够给今后设计师提供有效参考和帮助，以促进维护我国大型数据中心机房的稳定运行。