Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Газовое пожаротушение современного ЦОД

В рубрику "Пожарная безопасность" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Газовое пожаротушение современного ЦОД

С каждым годом скорость развития информационных технологий увеличивается в разы. Каждый месяц появляются десятки, а то и сотни новых сервисов и услуг в области ИТ. Огромное количество терабайтов необходимой информации "наступает на пятки" вновь строящимся ЦОД

Павел Иванов
Технический директор
ООО "НОНФАИР"

Изменяется и сама концепция построения ЦОД. При проектировании ЦОД системные интеграторы пытаются достичь максимальной эффективности в использовании площадей, хранения информации, систем охлаждения и т.д. Поскольку установки газового пожаротушения (ГПТ) являются неотъемлемой частью современной серверной или центра обработки данных, меняются и они.

Особенности ЦОД

Можно выделить 3 причины, которые изменили подходы к построению ЦОД.

1. Дефицит свободных мощностей электроснабжения. В современном ЦОД приходится рационально использовать электрические мощности для нужд ИТ, а не для вспомогательной системы охлаждения, что привело к изменению концепции воздухообмена и кондиционирования.

2. Постоянно online. Информационные услуги сегодня достигли такого уровня, что отключение ЦОД всего на несколько минут может привести к катастрофическим последствиям для бизнеса компании.

3. Повышение КПД системы охлаждения. Тенденция современного развития систем охлаждения сводится к максимально эффективной доставке холодного воздуха к серверным стойкам и к эффективному отводу тепла к охладителю. Использование обычных кондиционеров неэффективно, поскольку при этом происходит смешивание потоков холодного и горячего воздуха, то есть снижение эффективности охлаждения. В настоящее время предпочтение отдается системам с разделением потоков - к организации в помещении холодных и горячих коридоров, которые выполняют роль воздуховодов.

Приведенные причины изменили не только подходы к построению систем вентиляции и электроснабжения, но и к необходимости изменений других разделов технологического оснащения серверных и ЦОД, в частности установок автоматического пожаротушения и обнаружения пожара.

Для организации надежно работающей системы пожаротушения в современных ЦОД необходимо учитывать большее количество параметров, нежели раньше.

Рассмотрим, какие параметры и характеристики современного ЦОД влияют на построение системы автоматического пожаротушения и на каких стадиях проектирования следует совместно выбирать оптимальные решения для обеспечения раннего обнаружения и тушения возможного очага пожара.

Минимизация энергопотребления

Для существенной экономии электроэнергии широкое распространение получила технология свободного охлаждения - Full Free Cooling (FFC), при которой помещение ЦОД охлаждается за счет более прохладного воздуха с улицы. Система FFC представляет собой два разомкнутых отдельных контура: наружный и внутренний. Во внутреннем контуре циркулирует воздух ЦОД, а в наружный контур подается уличный воздух.

Основным элементом системы является роторный регенератор, в котором происходит теплообмен между наружным воздухом окружающей среды и воздухом в помещении ЦОД. Задача роторного регенератора заключается в том, чтобы охладить воздух в ЦОД с +37 до +24 °С наружным воздухом температурой до+22°С.

Такое построение системы охлаждения приводит к тому, что при расчетах установки ГПТ еледует учитывать не только объем помещения ЦОД, но и объем воздуховодов и венткамеры внутреннего контура системы FFC (см. рис. 1).


Надо отметить, что применение огнезадерживающих клапанов в данном случае неэффективно, поскольку системы FFC используются на объектах, для которых недопустима остановка даже в критических ситуациях. Герметичность же при тушении достигается остановкой и блокированием ротора рекуперации, но вентиляторы внутреннего контура при этом работают, а охлаждение начинает работать по классической схеме кондиционирования.

При столь серьезных инвестициях в энергоэффективность очень важно, чтобы система пожарной сигнализации и пожаротушения обеспечивала минимальный уровень энергопотребления. Вспомогательные установки, наподобие генераторов азота, призванные понижать уровень кислорода в помещении, хороши, например, для герметичных автоматизированных складов, но в российском ЦОД, где каждый киловатт на счету и где практически всегда есть проблема недостаточной герметичности помещений (о которой еще будет сказано чуть ниже), подобная система скорее всего будет работать в режиме повышенного и постоянного энергопотребления.

Когда установки генераторов азота предлагаются для защиты ЦОД в качестве единственной системы противопожарной защиты, следует знать, что они для этого непригодны не только потому, что не являются, по сути, установками пожаротушения, - это системы предотвращения возгораний с целым рядом ограничений по применению. Важнейшим из ограничений является как раз энергозависимость. И дело тут даже не в дополнительном потреблении драгоценных киловатт, а в том, что при любом сбое в питании установки объект остается вообще без какой-либо защиты.

Такие установки могут применяться в качестве дополнения к автоматическим системам ГПТ, если заказчик может позволить себе такую страховку, но ни в коем случае не в качестве основной и единственной системы противопожарной защиты. Это будет, во-первых, прямым нарушением норм пожарной безопасности, а во-вторых, неоправданной постоянной тратой средств на ее электропитание и обслуживающий персонал в помещениях, где она установлена (желательно мужчины не старше 25 лет, без кардиологических проблем, способные работать в условиях кислородного голодания).

Размещение распылителей ГОТВ

Использование FFC предусматривает организацию в ЦОД горячих и холодных зон или коридоров. Такое планировочное решение накладывает определенные требования к размещению насадков установки ГПТ. А именно, может ввести в заблуждение о возможности установки насадков-распылителей только у нагнетающего вентилятора, за счет которого произойдет заполнение огнетушащим газом всего защищаемого объема. Подобное техническое решение подкупает своей простотой реализации и минимизацией монтажных работ, но в самый ответственный момент при нештатной остановке нагнетающего вентилятора тушение будет неэффективным и установки ГПТ не потушат возгорание.

Не стоит возлагать функции транспортировки газа для пожаротушения на другие системы, не предназначенные для этого. Иначе не будет обеспечено равномерное заполнение объема огнетушащим составом за нормативное время Поэтому при проектировании установок ГПТ необходимо располагать насадки согласно их характеристикам и действующим нормам непосредственно в защищаемом объеме.

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 в случае общеобменной системы вентиляции и кондиционирования, где невозможно установить огнезадерживающие клапана и отключение вентиляции невозможно по технологическому процессу - здесь расчеты выполняются по методикам, разработанным для конкретного объекта согласно СП5.1 31 30.2009 п. 8.14.3.

Зарубежные и российские специалисты, проводившие натурные испытания "чистых газов" склоняются к мнению, что работающая при выпуске ГОТВ система замкнутой циркуляции воздуха не ухудшает, а, наоборот, улучшает эффективность тушения. По крайней мере можно согласиться со специалистами насчет применения газовых составов с плотностью выше, чем у атмосферного воздуха.

Проектирование установок ГПТ

При проектировании установок ГПТ в таких помещениях следует рассматривать два варианта:

  1. при работающей системе замкнутой вентиляции;
  2. при полной остановке воздухообмена.

В обоих насадки следует размещать в каждом объеме: и в зонах горячих, и в зонах холодных коридоров, чтобы обеспечить максимально быстрое создание огнетушащей концентрации как при работающей системе вентиляции, так и в случае отказа или остановки вентиляционной системы.

Как бы то ни было, когда разрабатывается установка ГПТ для ЦОД с неотключаемой замкнутой вентиляцией, необходимо учитывать весь объем ЦОД, вентиляции и венткамеры, поскольку физически это является одним объемом. Но также необходимо, чтобы и венткороба, и венткамера обеспечивали требуемый предел огнестойкости, собственно, как и сам ЦОД.

Герметичность ЦОД

Крайне важно обеспечить герметичность всего объема ЦОД. Обращаясь к опыту зарубежных специалистов, следует отметить, что выполнение проекта для них невозможно без проведения предварительного теста на герметичность помещения и определения реальной негерметичности и времени удержания в данном помещении нормативной огнетушащей концентрации.

Хотя в наших российских нормативных документах указаны допустимые негерметичности, остается открытым ряд вопросов:

  1. Какточно вычислить негерметичность помещения?
  2. Насколько расчетная негерметичность будет отличаться от реальной после выполнения строительных работ?

Если такие вопросы имеют место при статическом рассмотрении помещения (в нормах приводится вариант без принудительной циркуляции воздуха), то что можно ожидать от помещения, которое по расчетам герметично, а фактически параметры негерметичности неизвестны при работе замкнутой системы вентиляции? Следовательно, в случае проектирования установки ГПТ с рабочей системой замкнутой вентиляции не стоит полагаться на утверждение строителей о том, что помещение абсолютно герметично - нужно провести аппаратный тест на герметичность. На сегодня в России данный тест пока не очень распространен. Однако постоянно усложняющиеся задачи по обеспечению пожарной безопасности ЦОД требуют привлечения к этому вопросу широкого круга специалистов.

Ошибки проектирования

При проектировании сложных объектов с общим объемом циркуляции воздуха необходимо выполнить еще одно условие о применении насадков одного типоразмера (СП5.13130.2009 п. 8.11.6.), так как невозможно рассматривать каждый выделенный горячий и холодный коридор как независимый объем.

Место размещения
Перед реализацией архитектурно-планировочного решения ЦОД следует совместно со специалистами ГПТ рассмотреть возможные варианты размещения оборудования. В частности, определить место размещения модулей ГПТ, проанализировать возможные нюансы, связанные с воздушными потоками и выполнить гидравлические расчеты, подтверждающие возможность реализации сложных трубных разводок. Это является основной ошибкой, когда планировки выполнены с учетом требований ИТ и уже реализованы, а для размещения технологического оборудования место либо не предусмотрено, либо выделено недостаточно Что не позволяет выполнить полноценную установку пожаротушения, удовлетворяющую многочисленным требованиям и нормам.

Кроме того, сразу необходимо предусмотреть помещение под хранение резервного запаса модулей, если на объекте предусматривается модульная установка газового пожаротушения.

Рекомендации для проектировщика

При проектировании планировочных решений имеет смысл проанализировать все плюсы и минусы постройки одного большого дата-холла и в итоге, вполне возможно, прийти к решению поделить его на несколько меньшей площади, разделив огнестойкими ограждающими конструкциями. Данные конструкции позволяют рассматривать каждый дата-холл, как отдельную зону пожаротушения. Применение такой концепции позволит уменьшить как изначальную стоимость, так и расходы на последующую эксплуатацию установок ГПТ.
Кроме технологической части газового пожаротушения, есть специфика и в электротехнической части, особенно при проектировании установок пожаротушения в помещениях с постоянным замкнутым воздухообменом. Наличие мощных воздушных потоков зачастую приводит к невозможности применения точечных дымовых извещате-лей - для своевременного обнаружения возгорания рекомендуется использовать аспирацион-ные детекторы (извещатели)

Клапаны сброса избыточного давления
Ряд ошибок при строительстве ЦОД связан с отсутствием либо с невозможностью установить клапаны сброса избыточного давления, так как на стадии проектирования про них просто забыли, или разместили так, что сброс осуществляется на пути эвакуации, или расчеты были выполнены не в полном объеме.

При проведении тестов на герметичность можно с высокой степенью точности рассчитать параметры клапанов сброса избыточного давления, а также коэффициент реальной негерметичности помещения. Для больших помещений, в том числе и ЦОД, предпочтение следует отдавать стационарным системам дымоудаления, обеспечивающим удаление ГОТВ в короткий промежуток времени без выполнения дополнительных функций по сборке и установке, которые необходимы, например, для запуска переносных дымососов.

Раннее обнаружение пожара

Не секрет, что при больших воздушных потоках точечные дымовые извещатели не обеспечивают эффективное обнаружение дыма на ранних стадиях - по нормативным документам, место их установки может находиться в стороне от сильных воздушных потоков В большинстве случаев потоки воздуха просто не успевают подняться до точечного извещателя, который размещен на потолке.

На определение возгорания также негативно сказывается высокая скорость потоков воздуха, которая препятствует попаданию частиц дыма в оптическую камеру точечного извещателя. Поэтому пассивный способ определения дыма (извещатель "ждет", пока дым дойдет до него) не подходит для определения возгорания в современном ЦОД.

В нашем случае единственным верным решением является активное обнаружение дыма - 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 задымленное™ помещения даже при значительных 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, наиболее оптимальным решением будет применение аспирационных извещателей, которые могут на ранней стадии определить задымление даже при очень интенсивном воздухообмене.

Некоторые модели аспирационных извещателей позволяют на ранней стадии определить начало перегрева и задымления в каждой стойке. Эта чрезвычайно полезная функция позволяет выявить неисправность в серверной стойке еще до того, как она успеет создать проблемы (главная из них - экстренное/аварийное отключение). Гораздо дешевле вовремя предотвратить возгорание - ведь штатное срабатывание системы газового пожаротушения означает выпуск дорогостоящего огнетушащего состава и затраты на восстановление работоспособности системы.

Ключевые требования

На данном этапе при большом интересе компаний к новым технологиям охлаждения для правильного выбора технического решения установок ГПТ необходимо рассматривать целую совокупность факторов, а именно:

1. Кроме "голых" архитектурных планировок помещений будущего ЦОД, проектировщику ГПТ необходимо иметь информацию о предполагаемой системе вентиляции, размещении оборудования в ЦОД, схеме организации выделенных объемов холодных и горячих коридоров, функциональном назначении фальшполов и фальшпотолков, возможности или невозможности отключения вентиляции и системы кондиционирования.

2. Размещение оборудования газового пожаротушения и трассировку трубопроводов лучше определить на ранней стадии выполнения архитектурно-планировочных решений. По предварительным расчетам совместно определить количество и место расположения клапанов сброса избыточного давления и системы газоудаления.

3. Крайне важно проводить тест на герметичность помещения после завершения общестроительных работ - для гарантированной эффективности тушения, полностью соответствующей проектному решению и требуемому уровню безопасности.

4. Для разработки качественных решений в области газового пожаротушения следует учесть все вышеуказанные характеристики помещений ЦОД в совокупности на ранних стадиях проектирования. Чем раньше при проектировании сложного объекта уделяется внимание вспомогательным системам (в том числе системам безопасности), тем более органично они вписываются в общую систему объекта и превосходно выполняют свои функции.

Только когда все системы объекта выполнены с учетом описанных факторов, ЦОД будет под надежной и эффективной пожарной защитой!

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #6, 2012
Посещений: 10396


  Автор
Павел Иванов

Павел Иванов

Технический директор ООО "НОНФАИР"

Всего статей:  1

В рубрику "Пожарная безопасность" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций