Rambler's Top100
Статьи ИКС № 9 2010
Елена КУРГАШЕВА  14 сентября 2010

Аспирационные системы для раннего обнаружения возгораний в ЦОДах

Как известно, день простоя дата-центра обходится в десятки, а то и в сотни миллионов долларов. Для непрерывной работы дата-центр должен быть защищен от многих опасностей, в том числе и от пожаров. В крупных американских и европейских ЦОДах для этого активно используют аспирационные системы раннего обнаружения возгораний.

Елена Кургашева, ведущий эксперт компании «АРМО-Системы» по системам пожарной сигнализацииСпецифика пожарообнаружения в ЦОДах

Дата-центр – это высокотехнологичное сооружение, потребляющее больше электроэнергии, чем обычный офис. Важное требование к дата-центрам – поддержание определенной температуры воздуха в помещении. Этой цели служит специальная система кондиционирования, с помощью которой создаются внутренние воздушные потоки между стойками и внутри них, обеспечивающие отвод избыточного тепла и комфортную температуру для работы оборудования.

Такая сложная система кондиционирования требует специального подхода к пожарообнаружению. Дело в том, что при наличии сильных воздушных потоков обычные пожарные извещатели для обнаружения дыма или теплового излучения малоэффективны. Дым, подгоняемый воздушными потоками, может не попасть в дымовую камеру извещателя. И если он все же попадает в камеру, то к этому моменту в помещении достигнута предельная концентрация дыма, так что когда срабатывает извещатель, распространение огня уже неизбежно. Поэтому в современных дата-центрах используют активные аспирационные системы пожарной сигнализации.

В настоящее время аспирационные системы пожарной сигнализации выпускают только за рубежом; основные их производители – компании Bosch, Safe Fire Detection, Securiton, System Sensor и Xtralis (ей принадлежат марки оборудования Vesda и Icam, последняя недавно была куплена ею).

Системы данного класса, например, Vesda и Icam от Xtralis, Titanus компании Bosch Security или аспирационные извещатели System Sensor одноименной компании, уже используются во многих странах мира на объектах такого типа, в том числе и в России. 

 Историческая справка

В 1967 г. американские исследователи Алквист и Чарлсон (Ahlquist & Charlson) впервые создают прибор нефелометр для измерения прозрачности воздуха и степени его загрязнения, позволяющий контролировать содержание углекислого газа на городских улицах. Это устройство было усовершенствовано и выпущено на рынок в США. В 1970 г. австралийское содружество CSIRO использовало нефелометр в исследованиях лесных пожаров. Немногим позже в CSIRO обратился главный департамент почты APO с заказом на изучение проблемы предотвращения пожаров в почтовых службах. Целью исследования было найти наиболее подходящую технологию для защиты от пожаров телефонных станций, компьютерных комнат и кабельных туннелей. Источниками риска на этих объектах были кабели, которые разогревались от электрического тока или от горячих пластин. В этом исследовании CSIRO использовало нефелометры, с помощью которых контролировали степень задымления в вентиляционных каналах. Впоследствии данное исследование дало толчок к разработке высокочувствительного прибора, способного обнаруживать задымление на ранней стадии пожара. Выход усовершенствованной версии этого прибора на рынок стал огромным скачком в развитии систем раннего обнаружения задымления.
Следует отметить, что в требованиях некоторых международных страховых компаний уже прописывается использование систем раннего обнаружения пожара, в том числе и как средства снижения страховых выплат. А в регламентах крупнейших международных ИТ-компаний система раннего обнаружения пожара является частью системы пожарной безопасности. 

Принцип работы

Аспирационные системы – это системы раннего обнаружения пожара. Как правило, они имеют модульную архитектуру, которая позволяет адаптировать систему к конкретным условиям эксплуатации и планировке здания. Основные компоненты такой системы – трубопровод для забора воздуха из контролируемой области и сам извещатель, который можно разместить в любом месте внутри защищаемого помещения или вне его.

В качестве трубопровода обычно используют трубы ПВХ. С помощью переходников, уголков, тройников и других аксессуаров можно создавать гибкие сети трубопроводов для забора воздуха с учетом особенностей каждого отдельно взятого помещения.  При этом сам аспирационный извещатель создает вакуум в системе трубопровода, чтобы обеспечить непрерывный забор воздуха из контролируемой области через специально сделанные отверстия. Эти активно получаемые образцы воздуха проходят через камеру детекции, в которой проверяются на содержание в них частиц дыма. Кроме того, например, в системе VESDA, из пробы воздуха сначала удаляются пыль и загрязнения с помощью встроенного фильтра, а потом проба подается в камеру аспирационного извещателя. Это предотвращает загрязнение оптических поверхностей камеры.

Проба воздуха поступает в калиброванную камеру извещателя, в которой через нее проходит луч лазера. При наличии в воздухе частиц дыма наблюдается рассеивание света внутри камеры, и это немедленно обнаруживается высокочувствительной приемной системой (рис. 1). Затем сигнал обрабатывается и отображается на гистограммном дисплее, пороговых индикаторах срабатывания сигнализации и/или графическом дисплее. Чувствительность извещателя можно регулировать, а поток воздуха непрерывно контролируется на предмет обнаружения повреждений трубопровода.

Аспирационные извещатели условно делят на две категории. Первая – извещатели типа PIB (Point in the box), в которых в качестве камеры детекции используют обычные дымовые датчики повышенной чувствительности, например, ASD-Pro или LASD компании System Sensor с чувствительностью от 0,03 до 3,33%/м. Вторая группа – аспирационные извещатели типа VESDA, Icam или Titanus, которые имеют собственные встроенные камеры детекции дыма с диапазоном чувствительности от 0,005 до 20%/м у VESDA, от 0,001 до 20%/м у Icam и от 0,05 до 10%/м у Titanus. Мы рассмотрим только извещатели второй группы, поскольку именно они имеют наибольший диапазон чувствительности по сравнению с PIB, что позволяет детектировать пожар еще на стадии плавления провода и устанавливать наиболее высокий порог для запуска системы газового пожаротушения помещений дата-центров. 

Особенности и преимущества

Классические системы пожарной сигнализации не срабатывают, пока не начнется тление или не появится огонь. На этом этапе возгорания борьба с пожаром уже становится сложным делом. Важнейшее преимущество аспирационных систем заключается в том, что они обнаруживают зарождающийся огонь и обеспечивают раннее оповещение о пожаре. Интеллектуальный процессор камеры детекции дыма анализирует полученные данные и принимает решение о том, соответствуют ли они каким-либо типичным моделям пожара. При этом внешние факторы, которые могут стать причиной ложных срабатываний, подавляются.

Итак, в чем же основные преимущества аспирационных систем?

1. Надежное обнаружение возгорания для ран-него предупреждения. Высокочувствительные датчики определяют возгорание на самой ранней его стадии – в фазе пиролиза, еще до распространения видимых частиц дыма (например, когда начинает оплавляться провод или другой электронный элемент оборудования). В большинстве случаев такие системы предотвращают значительный материальный ущерб, поскольку быстро выявляют вышедший из строя элемент, который можно обесточить, не дав зарождающемуся пожару перейти в активную фазу. Кроме того, аспирационные системы позволяют не вводить в действие систему активного (как правило, газового) пожаротушения и экономят средства, необходимые для перезарядки газовых баллонов.

2. Сокращение числа ложных срабатываний. Благодаря интеллектуальной обработке сигнала с датчиков в аспирационных системах подавляются внешние факторы, например, пыль, сквозняки или электрические помехи, которые часто становятся причиной ложных тревог. Это обеспечивает более высокую чувствительность и надежность работы системы даже в помещениях с высокими потолками или экстремальными температурами, а также в условиях загрязненности или высокой влажности.

3. Быстрый монтаж и простое обслуживание. Извещатели можно установить в любом месте как снаружи, так и внутри помещения, чтобы специалистам по обслуживанию было удобнее получить к ним доступ. Аспирационные системы незаметны в помещении, а их обслуживание не требует высокой квалификации. Информация о всех неисправностях, таких как повреждение трубопровода, загрязнение фильтра и т.д., выводится на экран дисплея. Таким образом, персоналу не приходится тратить много времени на выявление неисправности системы, ее можно обслуживать по мере поступления информации.

Основное и принципиальное отличие аспирационных систем от обычных систем с пассивными датчиками дыма – активный забор проб воздуха из коммуникационных и серверных шкафов дата-центра, посредством встроенного вентилятора, работающего по принципу пылесоса. Другим важным отличием является более высокая чувствительность извещателей, что позволяет обнаруживать частицы дыма, невидимые для человеческого глаза, с концентрацией от 0,005%/м у системы VESDA, от 0,001% у Icam или от 0,05% у Titanus.

Немаловажная особенность – наличие встроенного (как у системы VESDA) и/или внешнего фильтра, где очищается всасываемый воздух. Такие фильтры позволяют эксплуатировать аспирационные системы в сильно загрязненных помещениях без постоянной очистки или замены лазерных камер, что, в свою очередь, увеличивает срок службы системы и сокращает расходы на ее обслуживание.

Области применения

В некоторых случаях применение аспирационных систем приносит ощутимый результат по сравнению с обычными пассивными извещателями. В первую очередь это предприятия и компании, где непрерывность производственных или бизнес-процессов имеет первостепенное значение, а простои недопустимы. Таковы, например, телекоммуникационные системы и серверные финансовых организаций, коммунальные объекты и медицинские стерильные помещения (операционные), энергетические и транспортные системы. Аспирационные системы полезны и тогда, когда необходимо исключить ложное срабатывание системы активного пожаротушения, приводящее к большим затратам времени и средств на восстановление объекта.

Аспирационные системы предпочтительны в помещениях, где обнаружение дыма затруднено, например, при интенсивных воздушных потоках или в высоких атриумных пространствах (торговые центры, спортивные залы, театры, музеи и т.д.). Их используют и в помещениях, где доступ для технического обслуживания невозможен или затруднен; они оптимальны для защиты пространства за подвесным потолком и под фальшполом, лифтовых шахт, производственных зон, воздуховодов, а также тюрем и других мест содержания под стражей. Еще одна сфера применения – в экстремальных условиях окружающей среды: при сильной запыленности, загазованности, влажности, очень высоких или очень низких температурах (например, на электростанциях, бумажных или мебельных фабриках, в автомастерских, шахтах). И наконец, аспирационные системы используют, если важно сохранить дизайн помещения и средства обнаружения задымления требуется скрыть.

Построение аспирационной системы в ЦОДе

Как правило, оборудование дата-центров находится в закрытых шкафах, поэтому наиболее эффективным решением для защиты этих зон является отбор проб из шкафов. В случае аспирационных систем в дата-центрах трубки с всасывающими отверстиями проводят поверх стоек с установленным оборудованием. Гибкая система трубок позволяет отбирать пробы как над шкафами, так и внутри них с помощью капилляров, обеспечивая максимально надежное обнаружение дыма в полностью закрытых шкафах, равно как и в шкафах с верхней вентиляцией (рис. 2).

  Сколько стоит зашита от пожара

Стоимость решения для пожарной защиты конкретного дата-центра зависит от объема и площади помещения, а также от числа отдельно защищаемых компонентов систем. В любом случае эта стоимость не превышает 1% от стоимости оборудования, установленного в дата-центре. Например, цена 15-канального извещателя Icam, способного защитить 15 стоек с оборудованием, составляет 10—11 тыс. евро, прибор  VESDA VLP, который может защитить до 2000 кв.м., стоит 4—5 тыс. евро, а Titanus защищает до 400 кв.м. и стоит 2000—4000 евро.
Активное всасывание воздуха и последующий его анализ на содержание частиц дыма в аспирационной камере дает возможность построить систему таким образом, чтобы потоки воздуха в помещении не влияли на обнаружение задымления. Например, с помощью датчика Icam можно защитить до 15 стоек, проложив в каждую из них отдельную трубку-капилляр, а также обеспечить адресность, определяя место возгорания с точностью до отдельного шкафа. Принцип работы датчика Icam – поочередный забор воздуха из каждой трубки и дальнейший его анализ на содержание частиц дыма в камере детекции.

У системы Titanus есть функция ROOM-IDENT, которая обеспечивает раннее обнаружение возгораний и определение их местонахождения. Один извещатель может контролировать до пяти помещений или пяти стоек при прокладке только одной трубки. Процесс определения источника возгорания системой ROOM-IDENT включает четыре этапа, а результат отображается на извещателе.

Этап 1 (обычный режим): трубопровод используется для забора и оценки образцов воздуха в нескольких помещениях.

Этап 2 (раннее обнаружение возгорания): всасывание и анализ воздуха. При наличии дыма немедленно включается тревожный сигнал для раннего реагирования.

Этап 3 (обратная циркуляция): при включении тревожного сигнала всасывающий вентилятор выключается и включается второй, нагнетательный вентилятор, выдувающий все частицы дыма из трубопровода в противоположном направлении.

Этап 4 (определение местонахождения): после продувки трубопровода направление движения воздуха снова меняется. На основании замеров времени, которое потребовалось частицам дыма, чтобы достичь модуля детекции, система определяет местонахождение возгорания.

Используя гибкую систему трубопроводов, с помощью одного датчика VESDA можно, например, контролировать пространство не только над стойками, но и за фальшпотолком и фальшполом, а также кабельные лотки, которые есть в любом дата-центре и часто являются источником пожара. Кроме того, извещатели системы VESDA встраиваются в rack-стойку, что экономит место и обеспечивает конструктивную однотипность всего оборудования в дата-центре.

Еще один ключевой момент организации надежной системы пожарообнаружения – забор воздуха непосредственно у решетки приточно-вытяжной вентиляции помещения. Появившийся дым неизбежно попадает в воздушный поток, поэтому установка системы труб с заборными отверстиями на решетке возврата воздуха системы циркуляции обеспечивает моментальное обнаружение зарождающегося пожара на самой ранней стадии.

Забор проб воздуха непосредственно рядом с решеткой вытяжной вентиляции позволяет уловить в воздухе частицы дыма даже в том случае, если создаваемые воздушные потоки миновали все остальные заборные отверстия трубок в помещении. Это связано с тем, что через вытяжную вентиляцию циркулирует весь воздух, содержащийся в помещении, а значит, ни одна частица дыма, содержащаяся в воздухе, не пройдет мимо заборного отверстия (рис. 3).

Возможность установки различных уровней пожарной опасности позволяет запрограммировать систему на соответствующие реакции на разных этапах развития пожара, например, на отключение оборудования систем кондиционирования или запуск систем активного пожаротушения. Например, можно установить несколько порогов предтревоги или самую высокую чувствительность – для определения момента плавления элементов оборудования. При превышении данного порога чувствительности сигнал предтревоги будет передан на пожарный пост, чтобы персонал идентифицировал место плавления и отключил питание оборудования, предотвратив распространение пожара. 

Можно также установить среднюю чувствительность, и при этом система будет определять момент сильного задымления помещения, когда сложно найти место или оборудование, являющееся причиной задымления. При превышении данного порога чувствительности можно запрограммировать систему на отключение кондиционеров. Самую низкую чувствительность устанавливают для уровня задымленности помещения, когда предотвратить дальнейшее распространение пожара невозможно без систем активного пожаротушения. При достижении данного порога чувствительности программируется включение системы газового пожаротушения (рис. 4).

Включение систем пожаротушения – это второй этап предотвращения распространения пожара в дата-центре, когда развитие пожара уже невозможно остановить с помощью простых действий: отключив задымившийся сервер, системы кондиционирования и т.д. Для активного тушения пожара применяются, как правило, газовые системы пожаротушения, использующие два принципа организации пожаротушения в дата-центре. Первый – это общее газовое пожаротушение, когда проводится тушение общей площади ЦОДа. Второй – стоечное газовое пожаротушение, когда тушат отдельно взятую стойку. Последний принцип применяется для стоек с оборудованием особого назначения, когда потеря данных обойдется дороже установки и эксплуатации системы пожаротушения.  Но это уже тема отдельной статьи. 

  

Своевременное обнаружение возгорания в дата-центре может предотвратить потерю оборудования и важнейших данных, а также вынужденные простои, сопряженные с финансовыми и материальными затратами для компании. Вложение средств в надежную систему пожарной сигнализации дата-центров гарантирует организации защиту от будущих расходов на восстановление электронного оборудования и потерянной в пожаре информации. Иногда эти финансовые потери несравненно больше, чем затраты на систему обнаружения возгорания на ранней стадии. 
Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!