Rambler's Top100
Статьи ИКС № 04 2012
Павел Владимирович ИВАНОВ  Владимир МАКСИМОВ  10 апреля 2012

Новые подходы к пожаротушению в современных ЦОДах

С появлением новых ИТ-сервисов, новых технологий меняется сама концепция построения ЦОДов. Требованиям новой концепции должны соответствовать и системы газового пожаротушения – как неотъемлемая часть современной серверной или дата-центра.

   
Появление новых подходов к построению ЦОДов вызвано несколькими причинами; в первую очередь это нехватка свободных мощностей электроснабжения. В современном дата-центре приходится рационально использовать электрические мощности для нужд ИТ, а не для вспомогательной системы охлаждения, что привело к изменению концепции воздухообмена и кондиционирования.

Развитие систем охлаждения сегодня идет в сторону максимально эффективной доставки холодного воздуха к серверным стойкам и эффективного отвода тепла к охладителю. Это привело к тому, что использование обычных кондиционеров потеряло смысл, поскольку происходило смешивание потоков холодного и горячего воздуха. В настоящее время предпочтение отдается системам с разделением потоков – с организацией в помещении «холодных» и «горячих» коридоров, которые выполняют роль воздуховодов.

Наконец, от дата-центров сегодня требуется постоянная доступность. Развитие информационных услуг достигло такого уровня, что отключение ЦОДа всего на несколько минут может привести к катастрофическим последствиям для бизнеса компании.

Названные причины не просто изменили подходы к построению систем вентиляции и электроснабжения, но и потребовали изменений в других сферах технологического оснащения серверных и ЦОДов, в частности в системах обнаружения пожара и автоматического пожаротушения.

Для организации надежно работающей системы пожаротушения в современных ЦОДах необходимо учитывать большее количество параметров, нежели раньше. Мы покажем, какие именно характеристики ЦОДа влияют на построение системы автоматического газового пожаротушения (ГПТ) и на каких стадиях проектирования необходимо совместно выбирать оптимальные решения для раннего обнаружения возможного очага пожара и его тушения.

Применение фрикулинга

В целях существенной экономии электроэнергии сегодня широко применяется технология свободного охлаждения – Full Freeсooling (FFC), согласно которой помещение ЦОДа охлаждается за счет более прохладного воздуха с улицы. Система FFC представляет собой два разомкнутых отдельных контура: наружный и внутренний. Во внутреннем контуре циркулирует воздух ЦОДа, в наружный контур подается уличный воздух. Основным элементом системы является роторный регенератор, в котором происходит теплообмен между воздухом окружающей среды и воздухом в помещении ЦОДа. Задача роторного регенератора заключается в том, чтобы охладить воздух в ЦОДе от +37 до +24°C наружным воздухом c температурой до +22°C.

Такое построение системы охлаждения приводит к тому, что при расчетах установки газового пожаротушения следует учитывать не только объем помещения ЦОДа, но и объем воздуховодов и объем венткамеры внутреннего контура системы FFC (см. рисунок).

Важно отметить, что применение огнезадерживающих клапанов в данном случае неприемлемо, так как системы FFC используются на объектах, остановка которых недопустима даже в критических ситуациях. Герметичность же при тушении достигается остановкой и блокированием ротора рекуперации, но вентиляторы внутреннего контура при этом работают, а охлаждение переходит на классическую схему кондиционирования.

Использование FFC предусматривает организацию в ЦОДе «горячих» и «холодных» зон или коридоров. Такое планировочное решение влечет за собой определенные требования к размещению насадок установки ГПТ. Точнее, может возникнуть заблуждение о том, что допустима установка насадок-распылителей только у нагнетающего вентилятора, за счет которого произойдет заполнение огнетушащим газом всего защищаемого объема. Такое техническое решение подкупает простотой реализации и минимумом монтажных работ, но может привести к отказу в самый ответственный момент при срабатывании установки ГПТ: при внештатной остановке нагнетающего вентилятора тушение будет неэффективным. Не стоит возлагать функции транспортировки газа для пожаротушения на другие, не предназначенные для этого системы, это не обеспечит равномерного заполнения объема огнетушащим составом за нормативное время. Поэтому при проектировании установок ГПТ необходимо располагать насадки согласно их характеристикам и действующим нормам непосредственно в защищаемом объеме.

Система вентиляции

Неотключаемая система замкнутой вентиляции или охлаждения при выпуске газового огнетушащего вещества (ГОТВ) не противоречит действующим нормам, а лишь требует согласования данного решения в установленном порядке. Немного сложнее ситуация в случае общеобменной системы вентиляции и кондиционирования, где нет возможности установить огнезадерживающие клапаны и отключение вентиляции невозможно по технологическому процессу. В этом случае расчеты выполняются по методикам, разработанным для конкретного объекта, согласно СП5.13130.2009 п. 8.14.3.

Ряд зарубежных специалистов, проводивших натурные испытания «чистых газов», склоняются к тому, что работающая при выпуске ГОТВ система замкнутой циркуляции воздуха не ухудшает, а наоборот, улучшает эффективность тушения, даже без применения повышающих коэффициентов. С зарубежными специалистами можно согласиться, по крайней мере, в случае применения газовых составов с более высокой плотностью, чем у атмосферного воздуха.

При проектировании установок газового пожаротушения в таких помещениях следует рассматривать два случая: работающей системы замкнутой вентиляции и полной остановки воздухообмена. В обоих случаях насадки следует располагать в каждом объеме: и в зонах «горячих», и в зонах «холодных» коридоров, чтобы обеспечить максимально быстрое создание огнетушащей концентрации в случае отказа вентиляционной системы. Однако если вентиляционная система продолжает работать, не следует при выполнении гидравлического расчета отдавать предпочтения выходу газа за малый промежуток времени. Следует стараться, чтобы время выхода было максимально возможным для данного случая по нормативным документам. Например, для модульной установки время выхода ГОТВ – не более 10 с; следовательно, нужно стремиться к максимально возможному времени 9,9 с.

Используя эти особенности, можно добиться того, чтобы время циркуляции воздуха по замкнутой системе было равно или меньше времени выхода ГОТВ, за счет чего достигается равномерное смешивание ГОТВ в воздухе. Создание огнетушащей концентрации будет равномерным как в случае остановки вентиляции, так и в случае ее работы по замкнутому контуру.

В любой ситуации, когда разрабатывается установка газового пожаротушения для ЦОДа с неотключаемой замкнутой вентиляцией, необходимо учитывать весь объем ЦОДа, вентиляции и венткамеры – физически это один объем. Но при этом необходимо, чтобы и венткороба и венткамера обеспечивали необходимый предел огнестойкости, как, собственно, и сам ЦОД.

Крайне важно также обеспечить герметичность всего этого объема. Обращаясь к опыту зарубежных специалистов, отметим, что для них выполнение проекта невозможно без предварительного теста на герметичность помещения и определения реальной негерметичности и времени удержания в этом помещении нормативной огнетушащей концентрации. Хотя в российских нормативных документах и указаны допустимые уровни негерметичности, но остается открытым ряд вопросов: как точно вычислить негерметичность помещения? насколько расчетная негерметичность будет отличаться от реальной после выполнения строительных работ? Если такие вопросы возникают по отношению к помещению в статическом состоянии (в нормах рассматривается вариант без принудительной циркуляции воздуха), то чего ожидать от помещения, которое по расчетам герметично, а фактически параметры негерметичности при работе замкнутой системы вентиляции неизвестны? Следовательно, при проектировании установки ГПТ с рабочей системой замкнутой вентиляции не стоит полагаться на утверждение строителей о том, что помещение абсолютно герметично; вместо этого стоит провести аппаратный тест на герметичность. Такие тесты в России пока не очень распространены, но постоянно усложняющиеся задачи заставляют прибегать к нему (подробнее о тесте на герметичность см. статью А. Анненкова «Противопожарная защита ЦОДов: нужен ли тест на герметичность», ИКС № 1-2’2012, с. 77).

При проектировании таких сложных объектов с общим объемом циркуляции воздуха ставится еще одно условие: применение насадок одного типоразмера (СП5.13130.2009 п. 8.11.6), поскольку нельзя рассматривать каждый выделенный «горячий» и «холодный» коридоры как независимые объемы. Возможность применения насадок разного типа рассматривается в каждом конкретном случае отдельно.

Ошибки проектирования

Перед реализацией архитектурно-планировочных решений ЦОДа необходимо совместно со специалистами газового пожаротушения проработать возможные варианты размещения оборудования, в частности определить место размещения модулей газового пожаротушения, проанализировать нюансы, связанные с воздушными потоками, выполнить гидравлические расчеты, подтверждающие возможность реализации сложных трубных разводок. Основная ошибка здесь – когда планировки выполнены с учетом требований ИТ и уже реализованы, а место для размещения технологического оборудования либо не предусмотрено, либо его выделено недостаточно, а значит, невозможно установить полноценную систему пожаротушения, удовлетворяющую многочисленным требованиям и нормам. Кроме того, необходимо сразу предусмотреть помещение для хранения резервного запаса, если на объекте предусматривается модульная установка ГПТ.

Еще ряд ошибок при строительстве ЦОДов связан с отсутствием клапанов сброса избыточного давления либо с невозможностью их установить, так как на стадии проектирования про них просто забыли или выполнили не все расчеты. Это же касается и установок газоудаления после срабатывания установок ГПТ. Для больших помещений, в том числе и ЦОДОв, предпочтение следует отдавать стационарным установкам, обеспечивающим удаление ГОТВ в короткий промежуток времени без необходимости их сборки и установки, что характерно для переносных дымососов.

При разработке планировочных решений необходимо также определить, строить ли один большой зал или разделить его на ряд небольших помещений огнестойкими ограждающими конструкциями. Такие конструкции позволяют рассматривать каждый зал как самостоятельную зону пожаротушения. Эти решения помогут уменьшить затраты как на строительство, так и на дальнейшую эксплуатацию установок ГПТ.

Кроме технологической части газового пожаротушения, ряд особенностей имеет и электротехническая часть, особенно при проектировании установок пожаротушения в помещениях с постоянным замкнутым воздухообменом.

Не секрет, что при больших воздушных потоках точечные дымовые извещатели не обеспечивают эффективное обнаружение дыма на ранних стадиях, поскольку их место установки по нормативным документам может находиться в стороне от сильных воздушных потоков. В большинстве случаев потоки воздуха просто не успевают подняться до точечного извещателя, установленного на потолке. На обнаружении возгорания негативно сказывается и высокая скорость потоков воздуха, которая препятствует попаданию частиц дыма в оптическую камеру точечного извещателя. Таким образом, пассивный способ определения дыма (т.е. извещатель «ждет», пока до него дойдет дым) не подходит для определения возгорания в современном ЦОДе. В нашем случае единственным проверенным решением является активное обнаружение дыма, т.е. извещатель должен сам взять пробы воздуха и проанализировать их на задымленность.

Таким требованиям удовлетворяют аспирационные извещатели с установкой воздухозаборных трубок на пути воздушного потока, например в вытяжном венткоробе. Гибкие настройки аспирационных извещателей позволяют достоверно определить уровень задымленности помещения даже при высоких скоростях потоков воздуха. Но применение аспирационных извещателей обеспечит безотказное обнаружение только при нормально действующей установке вентиляции и кондиционирования, а что будет, если вентиляционная система отключена? Как показывает опыт, оптимальным решением в таких случаях является применение аспирационных извещателей совместно с точечными извещателями; это обеспечит раннее обнаружение дыма в любом состоянии системы вентиляции и кондиционирования.

  

В заключение хотелось бы еще раз отметить, что на данном этапе, при большом интересе компаний к новым технологиям охлаждения, для правильного выбора технического решения установок ГПТ необходимо рассматривать большее количество факторов. Кроме «голых» архитектурных планировок помещений будущего ЦОДа проектировщику системы газового пожаротушения необходима информация о предполагаемой системе вентиляции, о размещении оборудования в ЦОДе, схеме организации выделенных объемов «холодных» и «горячих» коридоров, функциональном назначении фальшполов и фальшпотолков, возможности или невозможности отключения вентиляции и системы кондиционирования. Место для размещения оборудования ГПТ и трассировку трубопроводов лучше определить на ранней стадии подготовки архитектурно-планировочных решений. Следует также по предварительным расчетам совместно определить количество и место расположения клапанов сброса избыточного давления и системы газоудаления. Крайне важно, на наш взгляд, провести тест на герметичность по завершении общестроительных работ, чтобы иметь возможность внести изменения в проектируемую установку пожаротушения.

Все перечисленные характеристики помещений ЦОДа необходимо учесть в совокупности на ранних стадиях проектирования. Опыт показывает, что чем раньше при проектировании сложного объекта уделяется внимание вспомогательным системам, в том числе системам безопасности, тем более органично они вписываются в общую инфраструктуру объекта и тем лучше выполняют свои функции. 

Поделиться:
Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!