HPC集群机房消防系统设计原则

HPC集群机房消防系统设计应该秉承系统消防理念、性能化设计理念、以人为本的设计理念、绿色消防的设计理念和积极主动的消防理念。

6.2.1.1　系统消防理念

任何一个系统的功能都是通过其构成要素的相互作用而形成的。HPC集群机房作为一个系统工程，要正常发挥其作用，必须将各子系统协调好，才能发挥其应有的作用。消防系统作为机房安全保护子系统，一方面，机房的整体功能需要该子系统的支持。另一方面，消防安全保护支持功能也需要机房的其他子系统的协调支持。例如，机房的通风系统、空调系统与消防系统的感烟感温系统、排烟系统是紧密相关联的，如果配置不当，势必影响消防功能的保护作用或机房的通风、温度调节。随着HPC集群机房的一体化、智能化，无论在国内还是国外的机房设计实践中，消防子系统逐渐更加深度嵌入整个机房系统，与机房的其他子系统实时动态联动。由此不难看出，消防系统的设计必须更加深入地配合机房整体系统设计，从机房整体功能的一个组成部分出发。

2004　年在中国香港召开的火灾科学及消防工程学术研讨会（Fire Conference 2004）上，整体消防理念被作为大会的主题提出。整体消防概念是指使用消防管理系统作为软件去控制被动式建筑结构设计和主动消防工程系统硬件。这个理念提倡改变过去通常将被动式建筑结构设计和主动式消防工程系统分开处理的做法，将消防本身视为一个系统，通过建立内在的互动机制（消防管理系统），使其内部的各子系统相互联系和相互运作配合，从而发挥消防系统的安全保护作用。整体消防理念实际上是系统消防理念的实践细化，它指明了如何将消防系统各个部分有效结合起来的途径.这个理念在机房消防设计实践中早有应用，只是现在被人们所重视，进而得到强化。总之，系统消防的理念正会成为机房消防设计的基本理念。

6.2.1.2　性能化设计理念

性能化设计是基于解决超高、超大、功能复杂建筑防火设计问题而发展起来的一种先进的消防设计理念，是当前建筑防火领域中最先进的技术，也是世界各国防火技术较前沿、较活跃的研究领域。性能化设计理念，使得消防系统的功能设计具有更大的创造性和灵活性，优化了建筑功能、防火安全和经济投资的三方统一，广泛应用于世界各国的国家重大建设工程中，为解决这些项目的防火设计难题提供了有利的技术支持。

传统的消防设计基于处方式消防设计理念，它要求设计严格按照国家的各种防火规范进行设计。国家的处方式消防规范是在总结经验的基础上建立的一套“大而统” 技术要求，对大多数消防安全保护而言，使建筑设计人员有法可依，有章可循，消防设计增强建筑物的防火安全，避免和减轻火灾危害。但是，随着社会的不断发展，信息化、城市化的步伐不断加快，建筑技术也取得了长足发展，如数据机房、信息指挥中心等许多新型、大型、复杂的现代化建筑迅速大量涌现。在处理此类建筑的防火设计问题时，传统的处方式设计已显得力不从心，采用性能化防火设计方法来解决此类建筑的防火问题已成为必然要求。

性能化设计理念与系统消防设计理念实质上是如出一辙，因为性能化设计的基础就是将保护对象作为一个有其内在特征来分析的。性能化消防设计建立在消防安全工程学的基础上，运用消防安全工程学的原理与方法，根据建筑物的结构、用途和内部可燃物等方面的具体情况，建立火灾场景，按照设定的火灾功率进行定量的计算，进而做出一种或几种尝试性防火设计方案，在一定范围内组织有关人员对建筑的火灾危险性和危害性进行定量的预测和评估，从而得出最优化的防火设计方案，最后还必须完成设计报告，待审查或实施时使用。在实际工作中，性能化防火设计和性能化防火分析是紧密地结合在一起的。

性能化设计理念要求设计从传统的执法概念、教条概念演绎为对事物更深入的了解。通过性能化，人们对事物的各个层面理解越来越透、越来越多，解决问题的方法也就越来越多。从大的意义上来说，消防有很多“性能”的方面，比如因地制宜，因势利导等。消防工作必须根据它的实际情况，采取它所能承受的力量，比如性能化设计理念能够使消防安全设计从强调财产保护转变为更强调生命安全保障，从单纯的考虑直接财产的保护转变为综合考虑分析火灾可能带来的严重后果，从被动的消防保护到主动的消防保护。

性能化设计理念不仅要改变设计方法，而且需要性能化规范和技术法规体系的支持，还需要国家规范向性能化理念转变。例如，《电子信息系统机房设计规茫》（GB 50174-2008）就朝着这个方向转变，HPC集群机房的分类指标不再是简单的机房面积，而是给设计人员更大的空间，让设计人员经过性能化分析后确定机房的类型，进而做出决定机房的设计配置。总之，性能化设计和性能化规范已成为消防设计领域中的国际发展趋势。

6.2.1.3　以人为本的设计理念

以人为本的设计理念包含两个层面。

（1）消防保护的对象首先是人的安全，其次才是财产安全。

（2）在消防系统中，人仍然是主体，人的生理因素、心理因素、行为因素会直接影响消防系统的运作。

对于第一个层面，在系统消防设计理念和性能化消防设计理念上，都能看到对生命安全保护的突出定位。在HPC集群机房的气体灭火系统设计实践中，设计人员越来越重视如何处理好灭火效果、保护财产安全和人的生命安全的关系。也正是如此，有人提出在HPC集群机房里不宜设计气体灭火，而是采用水喷淋系统灭火，其理由之一就是气体灭火容易对人造成伤害，而水喷淋尽管会损坏机房设备财产，但能有效地扑灭火、保护人员安全。以人为本的第二个层面是，从人的行为因素考虑消防系统的设计。例如，人对火灾的生理反作用可以作为是否会产生事故危险的一项标准；人的生理要求会决定人的行为方式，当然人的行为不仅是由生理因素决定的，同时还有心理因素，还取决于所处的环境。这方面的工作包括：人对高热的忍耐程度；不同类型人群对灾难的反应；人群疏散密度与速度的关系；烟气对安全疏散的影响；毒性气体对人体的伤害，等等。例如，消防的报警系统设计就考虑了人对误报的心理反应和相应的行为因素，使报警系统能真正起到报警作用，而不是重演“狼来了”的故事。(www.xing528.com)

6.2.1.4　绿色消防的设计理念

绿色设计理念源于人们对于现代技术文化所引起的环境及生态破坏的反思，体现了设计师的道德和社会责任心的回归。在很长一段时间内，工业设计在为人类创造了现代生活方式和生活环境的同时，也加速了资源、能源的消耗，并对地球的生态平衡造成了巨大的破坏。例如，原来大量使用的高效灭火剂哈龙就对环境造成破坏。

绿色设计着眼于人与自然的生态平衡关系，在设计过程的每一个决策中都充分考虑到环境效益，尽量减少对环境的破坏。对消防系统设计而言，绿色设计的核心是“3R”，即Reduce、Recycle和Reuse，不仅要尽可能减少物质和能源的消耗、减少有害物质的排放，而且要使选用的材料和设备部件能够方便地分类回收并再生循环或重新利用。绿色设计不仅是一种技术层面的考虑，更重要的是一种观念上的变革。

HPC集群机房不仅使用大量的设备、材料，而且还是耗能大户。因此，在机房设计实践中，绿色环保越来越受到人们的重视，机房消防设计的环保意识也逐渐增强。例如，在选择气体灭火剂时，设计师不仅应考虑灭火剂的灭火能力，还应考虑灭火剂对人的安全、健康的影响，对环境的影响；选择水喷淋时，应考虑如何节水。总之，在HPC集群机房的消防设计中，选择环保的消防产品，应用新型先进的环保技术，提高消防效率，减少对环境的破坏影响也将成为机房设计的重要理念。

6.2.1.5　积极主动的消防理念

HPC集群机房内设备复杂繁多，是资产（设备硬件资产和数据信息软件资产）密集之地，必须保证无论外部条件如何变化，机房都能保证电子信息设备正常运转。对于A级或B级机房，一旦发生火灾，将会造成重大的经济损失或社会秩序的混乱。例如，2006年全球最大的网络搜索引擎服务商的机房配电室爆炸引起火灾，尽管多个备份中心保留了数据，但是也引发了商家和用户们的不满，以及对该数据中心安全的担忧。这些间接损失不小于火灾造成的直接财物损失。因此，HPC集群机房的消防首先要“以预防为主，防消结合”，把火灾的火源消灭在燃起来之前。

火灾自动报警系统就是机房消防中极其重要的一环。从目前许多机房火灾报警系统的设计上，可以看到越来越多的积极主动设计理念的实践，如空气采样式烟雾探测系统（早期吸气式烟雾报警系统）。

传统的火灾报警系统是在机房内设置点式的感烟、感温探测器的组合，由感烟探测器探测烟雾报警、感温探测器报警联动启动灭火系统。感烟探测器是被动地等待烟雾，而且其性能会受到强气流的影响，其灵敏度不足以在火灾的初期探测到烟雾，而感温探测器报警时火势已经很大，设备损失难以避免。

另外，对计算机设施连续运行威胁最大的是烟雾对电气设备的破坏，而非火灾的破坏。事实上，根据美国联邦通信委员会的统计，此类设施的损坏有95%都不属于热损坏。产生于PVC材料和数字电路板的烟雾副产品有氯化氢（HCL）等气体，它们会腐蚀IT设备。计算机房内粒子的增多会对设备造成破坏，设备受到损伤将影响设备的性能。

空气采样式烟雾探测系统是主动地从环境空气中连续采样，其灵敏度是传统烟雾探测器的几百倍，其空气采样管可以方便地安装于天花板、地板下、机柜、回风口，而且不受灰尘、气流和电气干扰等因素的影响，误报发生率非常低。因此，可以在发生火灾前几小时就检测到整个被保护区内材料过热的早期征兆，从而提供充足的时间采取措施（比如断开发热的电路）。可见，空气采样式烟雾探测的主要作用是预防火灾，是防火患于未燃。

空气采样式烟雾探测系统还具备一个非常实用的特性，就是它的灵敏度设置非常灵活，既可以提供给早期预警，又能在后续的阶段启动火灾程序，能够满足现行的设计规范。如果在早期预警后就采取措施避免火灾，则更令人欣慰了。

此外，一种小型火灾自动探火灭火系统可以将火扑灭在产生火灾之前，它可将火探管铺设到最靠近可能产生火患之处，在火源刚刚燃烧之时就将火自动扑灭，将火灾消灭在火患萌芽之际；适用于一些独立的设备（如辅助房间的配电柜）。

由此不难看出，积极主动的消防理念在HPC集群机房消防安全中的重要性。也正是由于积极主动的消防设计理念，机房的消防系统将会被设计成高度自动化、智能化和精细化、高效运转的系统，保证了机房的消防安全。