ساختمان مرکز داده فولادی مقاوم در برابر آتش: سیستم‌های خاموش‌کننده آتش که با فولاد هماهنگ می‌شوند

چرا ساختمان‌های با سازه فولادی به سرکوب‌کننده‌های آتش تخصصی نیاز دارند

ساختمان‌های با سازه فولادی مزایای ذاتی زیادی برای ساخت مراکز داده دارند، از جمله غیرقابل اشتعال بودن و پایداری ساختاری. با این حال، رفتار منحصر به فرد آنها از نظر حرارتی در شرایط آتش‌سوزی، نیازمند سیستم‌های سرکوب تخصصی است تا از شکست‌های فاجعه‌بار جلوگیری شود.

نقش ساخت‌وساز فولادی در ساختمان‌های مقاوم در برابر آتش مراکز داده

فولاد به خودی نمی‌سوزد، اما وقتی دما به حد کافی بالا برود (بالای ۱۰۰۰ درجه فارنهایت)، شروع به از دست دادن استحکام می‌کند. به همین دلیل مراکز داده امروزی که برای مقاومت در برابر آتش طراحی شده‌اند، از فولاد برای سازه‌های نگهدارنده بهره می‌برند و در عین حال لایه‌های محافظ ویژه‌ای اضافه می‌کنند. این لایه‌ها شامل موادی مانند پوشش‌های متورم‌شونده هستند که در مواجهه با حرارت منبسط می‌شوند و عایقی حول اجزای حیاتی ساختمان ایجاد می‌کنند. ترکیب این روش‌ها بسیار مؤثر است، زیرا به افراد زمان کافی برای تخلیه ایمن می‌دهد و در عین حال سازه را در شرایط اضطراری پابرجا نگه می‌دارد. استانداردهای ایمنی حریق که توسط سازمان‌هایی مانند انجمن ملی حفاظت از حریق (NFPA) تعیین شده‌اند، این روش را تأیید می‌کنند و نشان می‌دهند که چگونه هر دو جنبه برای حفظ ایمنی و عملکرد تأسیسات حتی در شرایط شدید ضروری هستند.

آسیب‌پذیری‌های حرارتی فولاد در معرض آتش با دمای بالا

ترکیب‌های فولادی بدون پوشش، ۵۰٪ از استحکام خود را از دست می‌دهند در عرض ۱۵ دقیقه در معرض گرمای شدید قرار گرفتن. این آسیب‌پذیری لزوم استفاده از سیستم‌های فعال خاموش‌کننده را برای حفظ دمای ایمن ضروری می‌کند. جریان هوای با کارایی بالا در مراکز داده می‌تواند به طور متضادی گسترش آتش را تسریع کند، اگر تشخیص و خاموش‌کردن تنها ۳۰ ثانیه تأخیر داشته باشد.

رعایت استاندارد NFPA 75 برای محافظت از آتش در مراکز داده با سازه‌های فولادی

NFPA 75 الزام به تقسیم‌بندی مراکز داده با سازه فولادی با استفاده از دیوارهای مقاوم در برابر آتش و همچنین آب‌پاش‌های پیش‌اکنشی را دارد. این استانداردها موجب می‌شوند که سیستم‌های خاموش‌کننده قبل از رسیدن فولاد به آستانه کاهش ۴۰٪ استحکام ، معمولاً در عرض ۲ تا ۴ دقیقه پس از تشخیص آتش، فعال شوند.

مصالح مقاوم در برابر آتش و تقسیم‌بندی در طراحی سازه‌های فولادی

راهکارهای مهم شامل:

• پوشش‌های سیمانی ضد حریق اسپری‌شده (SFRM) : ۲ تا ۴ ساعت حفاظت فراهم می‌کند
• پوشش‌های اپوکسی متورم‌شونده : حفظ یکپارچگی ساختاری با ضخامت کمتر نسبت به مواد سنتی
• اتاق‌بندی بدون دود : محدود کردن دسترسی اکسیژن برای کنترل آتش‌سوزی‌های الکتریکی

این اقدامات تضمین می‌کنند که سازه‌های فولادی در رده‌های مقاومت در برابر آتش UL 263 قرار گیرند و در عین حال پیکربندی‌های متراکم سرور را پشتیبانی کنند.

سیستم‌های اطفای حریق با عامل تمیز برای محیط‌های حساس فناوری اطلاعات در مراکز داده فولادی

سیستم‌های عامل تمیز (مانند FM-200، Novec 1230) چگونه تجهیزات فناوری اطلاعات را در محفظه‌های فولادی محافظت می‌کنند

این سیستم‌های مهار آتش با عامل تمیزکننده قادرند در حدود ۱۰ ثانیه شعله‌ها را با قطع فرآیند شیمیایی احتراق خاموش کنند و بهتر از همه، هیچ بقایای نامرتبی روی سرورها یا تجهیزات فولادی باقی نمی‌گذارند. این سیستم‌ها به‌ویژه در داخل محفظه‌های فولادی به خوبی عمل می‌کنند که در آن غلظت عامل باید طبق دستورالعمل‌های NFPA 2001 به حدود ۷ تا ۸ درصد از نظر حجمی برسد. به عنوان مثال، Novec 1230 مقدار اکسیژن موجود برای ادامه آتش را کاهش می‌دهد بدون اینکه زیر سطح ایمن برای افرادی که در مجاورت کار می‌کنند سقوط کند، که باید بالاتر از ۱۲ درصد محتوای اکسیژن باقی بماند. آزمایش‌های اخیر انجمن ملی حفاظت از حریق (NFPA) این موضوع را تأیید می‌کنند و نشان می‌دهند که این سیستم‌ها در شرایط واقعی دقیقاً مطابق ادعاهای خود عمل می‌کنند.

گاز بی‌اثر در مقابل عوامل تمیزکننده هالوژنه در مراکز داده ساخته‌شده از فولاد

سیستم‌های گاز بی‌اثر مانند آرگون و نیتروژن با کاهش سطح اکسیژن به زیر ۱۵٪ عمل می‌کنند که از گسترش آتش جلوگیری می‌کند. با این حال، این سیستم‌ها برای عملکرد مناسب به فضاهای فولادی کاملاً درزبندی‌شده نیاز دارند. از سوی دیگر، عامل‌های هالوژنه مانند FM-200 شعله‌ها را بسیار سریع‌تر خاموش می‌کنند، معمولاً در عرض حدود ۱۰ ثانیه، زیرا به‌خوبی گرما را جذب می‌کنند. با این حال، این عامل‌ها نیز مشکلاتی دارند، زیرا به مسائل تغییرات آب‌وهوایی کمک می‌کنند و بسیاری از مکان‌ها اکنون قوانین سخت‌گیرانه‌ای در مورد استفاده از آنها دارند. طبق تحقیقات منتشرشده توسط مؤسسه پونمون در سال گذشته، تأسیساتی که از سیستم‌های خاموش‌کننده هالوژنه استفاده می‌کنند، حدود ۳۷٪ کمتر از تأسیساتی که به گازهای بی‌اثر متکی هستند، دچار توقف فعالیت شده‌اند؛ این آمار به‌طور خاص در محیط‌های مرکز داده فولادی حاصل شده است.

حفاظت از سطح اتاق در برابر آتش با استفاده از سیستم‌های پیش‌اقدام و سرکوب گازی

سیستم‌های پیش‌اقدام، تشخیص دود را با تخلیه آب دو مرحله‌ای ترکیب می‌کنند و خطرات تخلیه ناخواسته را به حداقل می‌رسانند. برای تأسیسات فولادی، طرح‌های ترکیبی که از عوامل تمیزکننده برای سرکوب اولیه و هدرهای پیش‌اقدام به عنوان پشتیبان استفاده می‌کنند، الزامات NFPA 75 را رعایت کرده و در عین حال از خسارت ناشی از آب جلوگیری می‌کنند.

سرکوب آتش در سطح قفسه با تشخیص خودکار و عوامل تمیزکننده

سنسورهای حرارتی نصب‌شده روی قفسه‌ها در دمای 155°F (68°C) باعث تخلیه محلی عامل تمیزکننده می‌شوند و آتش را قبل از رسیدن به عناصر سازه‌ای فولادی مهار می‌کنند. این روش بر اساس شاخص‌های ایمنی آتش‌نشانی مراکز داده 2024، مصرف عامل را نسبت به روش توزیع در سطح اتاق 53٪ کاهش می‌دهد.

راه‌حل‌های سرکوب آتش مبتنی بر آب برای چیدمان‌های فشرده مراکز داده فولادی

سیستم‌های اسپرینکلر در مراکز داده: نقش سیستم‌های پیش‌اقدام

سیستم افشانک‌های پیش از عملکرد با ترکیب فناوری تشخیص آتش و مکانیزم‌های کنترل شده خروج آب کار می‌کند که این امر سیستم‌ها را به‌ویژه مناسب سازه‌های فولادی حاوی تجهیزات ارزشمند فناوری اطلاعات می‌کند. چیزی که آن‌ها را متمایز می‌کند، نگه داشتن لوله‌ها در حالت خشک تا زمانی است که دود واقعی تشخیص داده شود و همچنین فعال شدن سری‌های افشانک است. این فرآیند دو مرحله‌ای باعث کاهش قابل توجه تخلیه‌های تصادفی می‌شود—حدود سه‌چهارم کمتر از سیستم‌های سنتی لوله‌های مرطوب، طبق گزارش‌های اخیر صنعت از NFPA در سال 2023. برای مراکز داده با قاب فولادی که به شدت به تقسیم‌بندی فضایی متکی هستند، این نوع سیستم واقعاً مناسب است، چون حتی آلارم‌های کاذب جزئی نیز می‌توانند در عملیات حیاتی باعث مشکلات بزرگی شوند.

توضیح سیستم‌های افشانک پیش از عملکرد با قفل تکی و دوتایی

سیستم‌های قفل دوتایی ایمنی اضافی را برای پوشش‌های فلزی حاوی دارایی‌های باارزش فراهم می‌کنند و باعث تأخیر در خروج آب تا زمانی که سه شرط مستقل آتش را تأیید کنند، می‌شوند.

سرکوب آتش با مه آبی برای مراکز داده فلزی با فضای محدود

سیستم‌های پاشش آب به صورت مه کاری با افشاندن قطرات بسیار ریز، آتش‌سوزی را خاموش می‌کنند و طبق مطالعات اخیر گزارش حفاظت از مرکز داده ۲۰۲۴، حدود ۹۰ درصد آب کمتری نسبت به سیستم‌های افشان عادی مصرف می‌کنند. این سیستم‌ها به ویژه برای ساختمان‌های فلزی که فضای کف محدودی دارند مناسب هستند، زیرا مخازن بزرگ آب جای مناسبی برای نصب ندارند. اما نکته جالب اینجاست: نظرسنجی‌های صنعتی نشان می‌دهد که تقریباً دو سوم بهره‌برداران از نصب این سیستم‌ها در نزدیکی تجهیزات قدیمی اجتناب می‌کنند، چون نگران قابلیت اطمینان تجهیزات پس از تخلیه سیستم هستند. این موضوع زمانی اهمیت بیشتری پیدا می‌کند که در مراکز داده با زیرساخت‌های جدید و قدیمی که در کنار هم قرار دارند، سروکار داشته باشیم.

ادغام تشخیص پیشرفته آتش با سیستم‌های خاموش‌کننده در طراحی مراکز داده فلزی

ساختمان‌های مدرن با سازه فولادی نیازمند راهکارهای ایمنی در برابر آتش‌سوزی هستند که تشخیص سریع و فعال‌سازی دقیق سیستم خاموش‌کننده را ترکیب کنند. دینامیک‌های حرارتی منحصربه‌فرد محیط‌های محصورشده فولادی، سیستم‌هایی را می‌طلبد که پیش از از دست رفتن استحکام سازه‌ای - معمولاً در عرض ۲ تا ۳ دقیقه پس از آتش‌گیری ، طبق مطالعات انجام‌شده بر روی یکپارچگی مواد - واکنش نشان دهند.

VESDA و سنسورهای نوری: تشخیص زودهنگام در محیط‌های فولادی

سیستم‌های ASD مانند VESDA به طور مداوم نمونه‌های هوای محیط را مکش کرده و ذرات احتراق را حتی در غلظت‌های بسیار پایین حدود 0.005٪ شناسایی می‌کنند. این دетکتورهای پیشرفته تقریباً 400 برابر سریع‌تر از آلارم‌های دود معمولی موجود در بازار عمل می‌کنند. جادوی واقعی زمانی رخ می‌دهد که این سیستم‌ها با سنسورهای نوری چندطیفی پیشرفته ترکیب شوند. این سنسورها تنها به تشخیص مواد قابل مشاهده در هنگام احتراق محدود نمی‌شوند، بلکه سیگنال‌های پنهان موجود در نور مادون قرمز و ماوراء بنفش را نیز تشخیص می‌دهند. این ویژگی تمایز بزرگی در تشخیص آتش‌سوزی‌های الکتریکی در داخل اتاق‌های سرور ایجاد می‌کند، خیلی قبل از اینکه آسیب واقعی به اجزای حیاتی زیرساخت‌ها مانند سازه‌های فولادی وارد شود.

ادغام سیستم‌های تشخیص و اطفاء حریق در سازه‌های فولادی

امروزه اکثر کارشناسان ایمنی حریق بر اتصال مستقیم سیستم‌های تشخیص به تجهیزات مهار در ساختمان‌های فلزی تأکید دارند. تحقیقات سال گذشته به بررسی تأسیسات مهمی پرداخت که در آن‌ها آتش‌سوزی می‌تواند مشکلات بزرگی ایجاد کند، و یافته‌های آن قابل توجه بود: زمانی که همه چیز به جای تفکیک به صورت یکپارچه کار کند، زمان پاسخ‌گویی حدود ۸۰ درصد کاهش می‌یابد. این بدان معناست که عامل‌های تمیز در صورت تشخیص دود، خیلی سریع‌تر رها می‌شوند، معمولاً در عرض ۳۰ ثانیه. علاوه بر این، فایده دیگری وجود دارد که کمتر کسی به آن اشاره می‌کند — سطح اکسیژن بالاتر از حد خطرناک (حدود ۱۹٫۵ درصد) باقی می‌ماند، بنابراین آتش‌نشانان هنگام ورود به محل عمل، هوای مضر نخواهند داشت.

ایمنی حریق در مراکز داده ماژولار با شبکه‌های تشخیص مقیاس‌پذیر

مراکز داده فولادی پیش‌ساخته اکنون از شبکه‌های تشخیص استفاده می‌کنند که با افزودن رک‌ها مقیاس‌پذیر هستند. یک تسهیلات 10 مگاواتی استفاده‌ها:

این رویکرد لایه‌ای تطابق با استاندارد NFPA 75 را تضمین می‌کند و در عین حال با مداخله زودهنگام، یکپارچگی ساختاری را حفظ می‌کند. معماری‌های همگام‌سازی شده تشخیص و مهار آتش در ساختمان‌های فولادی، زمان توقف ناشی از حریق را به میزان 94٪ نسبت به طراحی‌های متداول کاهش می‌دهند.

تضمین تطابق، پشتیبانی و قابلیت اطمینان در ایمنی حریق برای مراکز داده ساخته‌شده از فولاد

استانداردهای NFPA (NFPA 75، NFPA 750) برای مهار آتش در مراکز داده فولادی

در مورد ساختمان‌های فلزی، حفاظت مناسب در برابر آتش سوختن یک گزینه نیست، بلکه ضروری است، به ویژه با توجه به دستورالعمل‌های دقیق NFPA که هدفش مقابله با خطرات خاصی مانند آتش‌سوزی‌های الکتریکی و مشکلات ناشی از تنش حرارتی است. استاندارد NFPA 75 عملاً سه الزام اصلی برای ایمنی مراکز داده تعیین می‌کند: استفاده از مواد مقاوم در برابر آتش، نصب سیستم‌های خاموش‌کننده خودکار و همچنین ایجاد قسمت‌های تقسیم‌شده در ساختمان به منظور جلوگیری از گسترش کنترل‌نشده شعله. گزینه‌های مبتنی بر آب تحت استاندارد دیگری به نام NFPA 750 قرار می‌گیرند که به طور خاص به سیستم‌های پاشش آب با فشار بالا می‌پردازد و هدف آن حفظ خنکی سازه‌های فولادی در هنگام آتش‌سوزی است، در حالی که تجهیزات حساس فناوری اطلاعات را از آسیب آب محافظت می‌کند. با بررسی تغییرات اخیر، تأکید فزاینده‌ای بر این موضوع ایجاد شده که متخصصان مستقل هر سال یکبار این سیستم‌های خاموش‌کننده را بازبینی کنند و همچنین آزمون‌های منظمی برای ارزیابی عملکرد سازه‌ای پوسته‌های فولادی در طول زمان انجام شود.

مطالعه‌ای صنعتی در سال 2023 نشان داد که مراکزی که از استاندارد NFPA 75 پیروی می‌کنند، نسبت به مراکز غیرمطابق، 89٪ کاهش در توقفات ناشی از آتش‌سوزی داشته‌اند. همان‌طور که در راهنمای اجرایی NFPA 75 توضیح داده شده است، مراکز داده فولادی باید سیستم‌های تشخیص آتش را از طریق نظارت متمرکز با سیستم‌های اطفای حریق ادغام کنند—این الزام برای واجد شرایط بودن تضمین‌های بیمه‌ای حیاتی است.

پشتیبانی و قابلیت اطمینان سیستم در تأسیسات حیاتی فولادی

مراکز داده با قاب فولادی امروزه معمولاً دارای چندین لایه از سیستم‌های مهار آتش هستند که به‌صورت یکپارچه در آن‌ها تعبیه شده و در تمام ساعات شبانه‌روز در برابر هرگونه تهدید محافظت می‌کنند. اکثر تأسیسات دو واحد ذخیره‌سازی گاز جداگانه برای سیستم‌های عامل تمیز نصب می‌کنند و همچنین حسگرهای دود را طوری تنظیم می‌کنند که پوشش مناطق مختلف هم‌پوشانی داشته باشد. این امر به کاهش فعال‌سازی تصادفی سیستم‌ها در صورت وجود گرد و غبار یا بخار به جای آتش واقعی کمک می‌کند. از نظر اطمینان از عملکرد صحیح سیستم‌ها، مدیران فناوری باید هر سه ماه یک‌بار منابع پشتیبان برق را برای تجهیزات مهار آتش آزمایش کنند. همچنین آن‌ها از تغذیه‌های موازی برق استفاده می‌کنند تا در صورت قطعی کامل شبکه برق اصلی، سیستم‌های مهار حریق همچنان روشن بمانند و بدون وقفه آماده پاسخگویی باشند.

امکانات پیشرو اکنون تشخیص‌دهنده‌های دود مکشی VESDA را همراه با عوامل خاموش‌کننده دو مرحله‌ای تمیز و اسپرینکلرهای پیش‌اقدام در مناطق پشتیبانی ترکیب می‌کنند. این رویکرد لایه‌ای، مطابقت با استاندارد NFPA 75 را حفظ کرده و زمان پاسخگویی کمتر از ۸ ثانیه فراهم می‌کند که برای جلوگیری از ضعیف شدن سازه‌های فولادی در هنگام آتش‌سوزی بسیار حیاتی است.

مطالعه موردی: دستیابی به انطباق با استاندارد NFPA 75 در یک مرکز داده ماژولار فولادی

یک پروژه اخیر مرکز داده ماژولار فولادی، انطباق را از طریق سه نوآوری کلیدی نشان داد:

• ستون‌های فولادی مقاوم در برابر آتش که با رنگ متورم‌شونده‌ای پوشانده شده‌اند که در دمای ۲۰۰ درجه سانتی‌گراد منبسط می‌شود
• دستگاه‌های توزیع FM-200 در سطح رک همراه با تشخیص نوری شعله
• اسپرینکلرهای پیش‌اقدام دو قفله که تنها پس از تأیید دمای بالا فعال می‌شوند و تشخیص دود

این تأسیسات با این یکپارچه‌سازی، خطر فعال‌سازی کاذب را ۹۴٪ کاهش داد و همزمان گواهی UL 3004 را حفظ کرد. تصاویر حرارتی پس از نصب، دمای تیرهای فولادی را در حین آزمایش‌های بدترین سناریو زیر ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد نشان داد - آستانه‌ای حیاتی برای پایداری ساختاری.

‫سوالات متداول‬

چرا سیستم‌های تخصصی خاموش کننده حریق برای ساختمان‌های فلزی ضروری هستند؟

سازه‌های فولادی، هرچند غیرقابل اشتعال هستند، اما در دمای بالا به سرعت مقاومت خود را از دست می‌دهند؛ بنابراین نیازمند سیستم‌های خاموش کننده تخصصی هستند تا در هنگام آتش‌سوزی از پایداری سازه اطمینان حاصل شود.

نقش پوشش‌های متورم‌شونده در مراکز داده فولادی چیست؟

پوشش‌های متورم‌شونده در معرض حرارت منبسط می‌شوند و لایه‌ای عایق ایجاد می‌کنند که سازه‌های فولادی را محافظت می‌کند، زمان کافی برای تخلیه ایمن فراهم می‌کند و از فروپاشی سازه در شرایط اضطراری جلوگیری می‌کند.

سیستم‌های خاموش کننده با عامل تمیز چگونه به مراکز داده فولادی کمک می‌کنند؟

سیستم‌های عامل تمیز آتش را به‌طور مؤثر خاموش می‌کنند و هیچ باقیمانده‌ای برجای نمی‌گذارند، تجهیزات حساس فناوری اطلاعات را محافظت می‌کنند و محیطی ایمن با سطح کافی اکسیژن را حفظ می‌کنند.

سیستم‌های گاز بی‌اثر در مراکز داده با سازه فولادی با چه چالش‌هایی روبرو هستند؟

سیستم‌های گاز بی‌اثر نیازمند مناطق فولادی کاملاً درزبندی‌شده هستند تا سطح اکسیژن را کاهش دهند؛ با این حال، این سیستم‌ها در خاموش کردن سریع آتش‌سوزی‌ها کمتر از عوامل هالوژنه مؤثر هستند.

تقسیم‌بندی فضایی چگونه در حفاظت از حریق در ساختمان‌های فولادی کمک می‌کند؟

تقسیم‌بندی فضایی با محدود کردن جریان اکسیژن، گسترش آتش را محدود می‌کند و بدین ترتیب آتش‌سوزی‌های احتمالی را در محدوده‌های مشخصی نگه می‌دارد و زیرساخت‌های حیاتی را محافظت می‌کند.