耐火性スチール製データセンター建築：スチールと組み合わせる火災抑制システム

なぜ鉄骨構造物には専門的な消火システムが必要とされるのか

鉄骨構造物は、不燃性や構造的安定性といった点でデータセンター建設に固有の利点を提供します。しかし火災時の独特な熱的挙動により、大規模な損傷を防ぐためには専門的な消火システムが求められます。

防火データセンター建築における鉄骨構造の役割

鋼材自体は火がつかないが、十分に高温（華氏1000度以上）になると急激に強度を失い始める。そのため、現代の耐火設計されたデータセンターでは、支持構造に鋼材を積極的に使用しつつ、特殊な保護層を追加している。これには、熱にさらされると膨張して建物の重要な部分を断熱するインチュメセント（膨張性）塗料などが含まれる。この組み合わせは非常に効果的であり、緊急時に人々が安全に避難する時間を確保し、非常時においても建物全体の倒壊を防ぐことができる。国立防火協会（NFPA）などの組織が定める防火基準もこの方法を支持しており、極端な状況下でも施設の安全性と運営継続性を確保するために、両方の要素が重要であることが示されている。

高温火災時の鋼材の熱的脆弱性

保護されていない鋼製梁は 15分以内に強度の50%を失う 強い熱への暴露。この脆弱性は、安全な温度を維持するために能動的な消火システムを必要とする。データセンターにおける高効率の空気流は、検知および消火がわずか30秒遅れるだけで、逆に火災の拡大を加速させる可能性がある。

鉄骨構造物におけるデータセンター火災防護のためのNFPA 75準拠

NFPA 75は、耐火壁および予作動式スプリンクラーを用いた鉄骨構造データセンターの区画化を義務付けています。これらの基準では、鉄骨がその強度の 40%低下のしきい値 に達する前に消火システムが作動することを求めています。これは通常、火災検知から2〜4分以内です。

鉄骨構造設計における耐火材料と区画化

重要な戦略には以下が含まれます：

• セメント系吹付け耐火被覆材（SFRM） ：2〜4時間の保護を提供
• 膨張性エポキシコーティング 従来の材料よりも薄い断面で構造的完全性を維持します
• 煙密な区画化 電気火災の拡大を防ぐために酸素供給を制限します

これらの対策により、鋼構造物は高密度のサーバー配置に対応しつつ、UL 263の耐火性能評価基準を満たします。

鉄骨データセンターにおける敏感なIT環境向けの清浄剤消火システム

クリーンエージェントシステム（例：FM-200、Novec 1230）が鉄骨エンクロージャ内のIT機器を保護する仕組み

これらの清浄剤式消火システムは、燃焼の化学プロセスを遮断することで約10秒で炎を消し止めることができます。最も優れた点は、サーバーや鋼鉄製設備に汚れや残留物を残さないことです。NFPA 2001のガイドラインによると、薬剤の濃度が体積比で約7～8％に達する必要がある鋼製エンクロージャー内では特に高い効果を発揮します。例えばNovec 1230は、周囲で作業する人々にとって安全な酸素レベル（酸素濃度12％以上）を維持しつつ、火災を継続させるために必要な酸素量を低下させます。米国消防協会（NFPA）による最近の試験結果もこれを裏付けており、これらのシステムが実際の条件下でも宣伝通りに機能することを示しています。

鋼構造データセンターにおける不活性ガスとハロゲン系清浄剤の比較

アルゴンや窒素などの不活性ガスシステムは、酸素濃度を15%以下に低下させることで火災の拡大を防ぎます。ただし、これらのシステムは正しく機能するために完全に密閉された鋼鉄製空間が必要です。一方、FM-200などのハロゲン化剤は非常に効率的に熱を吸収するため、通常約10秒以内で炎を消 extinguishes めます。しかし、これらの薬剤にも問題があり、気候変動への影響が指摘されており、多くの地域では使用に関する厳しい規制が設けられています。昨年、ポーネマン研究所が発表した研究によると、特に鋼鉄製データセンター環境に限定して比較した場合、ハロゲン化消火剤を使用している施設は、不活性ガスに依存している施設と比べてダウンタイムが約37%少なかったとのことです。

予作動式およびガス消火システムを用いた室単位の火災保護

予動式システムは煙検知と二段階の水放出を組み合わせており、誤作動による放水リスクを最小限に抑えます。鉄骨施設では、初期消火にクリーンエージェントを使用し、バックアップとして予動式スプリンクラーを併用するハイブリッド設計により、NFPA 75の規制要件を満たしつつ水損害を防止できます。

自動検知機能付きラックレベル火災抑制およびクリーンエージェント

ラックに取り付けられた熱センサーが155°F（68°C）で局所的なクリーンエージェントを放出し、火災が鉄骨構造部材に達する前に封じ込めます。2024年のデータセンター火災安全ベンチマークによると、この方法は室全体への展開と比較してエージェント消費量を53%削減します。

コンパクトな鉄骨データセンター配置向けの水系火災抑制ソリューション

データセンターにおけるスプリンクラー設備：予動式システムの役割

事前作動スプリンクラー系統は、火災探知技術と制御された水の放出機構を組み合わせて作動するため、貴重なIT機器を収容する鉄骨構造物に特に適しています。これらの系統が他と異なる点は、実際に煙が検出され、かつスプリンクラーヘッドが作動するまで配管内を乾燥状態に保つことができる点です。この二段階のプロセスにより、誤作動による放水を大幅に削減でき、2023年のNFPA業界報告書によると、従来の湿式配管系統に比べて約四分の三も低減されます。区画化に強く依存する鉄骨構造のデータセンターにとって、こうしたシステムは非常に適しており、ミッションクリティカルな運用においてわずかな誤報でも重大な問題となるため、その利点は非常に大きいです。

シングルインタロックおよびダブルインタロック事前作動スプリンクラー系統の説明

ダブルインタロックシステムは、高価な資産を収容する鋼製エンクロージャーに対して追加の保護を提供し、3つの独立した条件が火災を確認するまで水の放出を遅らせます。

スペースが限られた鋼製データセンター向けの水雾式消火システム

水霧システムは微細な水滴を噴霧して火災を消 extinguish するもので、2024年のデータセンター火災防護レポートの最近の研究によると、従来のスプリンクラーに比べて約90％少ない水量で機能します。床面積が限られている鉄骨建物において特に有効であり、大型の貯水槽が設置できない場合に適しています。しかし興味深いことに、業界の調査では、運用者の約3分の2が古い機器の近くへのこれらのシステムの導入を避けているのには、放水後の信頼性についての懸念があるためです。これは新しいインフラと古いインフラが並存するデータセンターを扱う際には非常に重要な点となります。

鉄骨データセンター設計における高度な火災検知と消火の統合

現代の鉄骨構造物では、火災を迅速に検知し、正確な消火装置作動を組み合わせた防火対策が求められます。鉄骨構造特有の熱力学的特性により、材料強度研究によれば、構造体の劣化（通常は火災発生後2〜3分以内）が進行する前に反応できるシステムが必要です。 2〜3分以内 という材料の健全性に関する研究結果があります。

VESDAおよび光学センサー：鉄骨構造内での早期検知

VESDAなどのASDシステムは、0.005％といった極めて低い濃度の燃焼粒子であっても検出するために、継続的に空気サンプルを吸引します。これらの高度な探知器は、市販されている通常の煙感知器と比べて約400倍の速度で作動します。特に多波長光学センサーと組み合わせた場合に真価を発揮します。これらは可視光範囲での燃焼だけでなく、赤外線や紫外線からの隠れた信号も検出可能です。これにより、サーバールーム内の電気火災を、鉄骨構造物などの重要なインフラ部品に実際に損傷が生じる前段階で検知することが可能になります。

鉄骨構造における火災探知および消火システムの統合

最近、ほとんどの防火安全の専門家は、鉄骨構造の建物において火災探知システムを消火装置に直接接続することを強く推奨しています。昨年の研究では火災が重大な問題を引き起こす可能性のある重要施設について調査され、その結果は非常に印象的でした。個別の部品としてではなく、すべてのシステムが連携して動作する場合、対応時間は約80%短縮されるのです。つまり、煙が検知されてから清浄剤が放出されるまでの時間が大幅に速くなり、通常約30秒以内に作動します。さらに、あまり注目されていませんがもう一つの利点があります。酸素濃度が危険域（約19.5%）を下回らず維持されるため、消防隊員が駆けつけた際に有害な空気を吸い込むリスクがありません。

スケーラブルな検知ネットワークを備えたモジュラー型データセンターの防火安全

プレハブ鋼材製のデータセンターでは、ラックの追加に応じて拡張可能な検知グリッドを導入しています。一般的な 10MW施設 用途:

この階層的なアプローチにより、早期対応を実現しながらNFPA 75の規格準拠性と構造的完全性を確保します。鋼構造物の建物における同期型検知・消火システムは、従来設計と比較して火災によるダウンタイムを94%削減します。

鉄骨構造データセンターにおける防火対策のコンプライアンス、冗長性、信頼性の確保

鉄骨データセンターの消火設備に関するNFPA規格（NFPA 75、NFPA 750）

鉄骨構造の建物において、適切な防火対策は選択肢ではなく、特に電気火災や熱応力の問題など特定の危険に対処することを目的とした厳しいNFPAガイドラインを考慮すれば、必須です。NFPA 75規格では、データセンターの安全性に関して基本的に3つの主要事項を要求しています。すなわち、耐火性材料の使用、自動消火システムの設置、および炎が制御不能に広がるのを防ぐための建物内区画の設置です。水系の対策は、高圧水霧システムに特化したNFPA 750という別の規格に該当し、火災時に鉄骨構造を冷却しつつも、IT機器などの水損傷から保護するように設計されています。最近の変更点として、これらの消火システムについて毎年独立した専門家による点検を行うこと、および鉄骨外装材の構造的耐久性について定期的に評価を行うことが、ますます重視されています。

2023年の業界調査によると、NFPA 75に準拠した施設は、非準拠の施設と比較して火災関連のダウンタイムを89%削減した。NFPA 75実装ガイドで概説されているように、鋼鉄製データセンターは、保険適用のための重要な要件である、中央監視による消火設備との連動型火災検知システムを統合しなければならない。

ミッションクリティカルな鋼鉄施設における冗長性とシステム信頼性

最近のスチールフレーム構造のデータセンターには、常時脅威から保護するため、複数の防火層が内蔵されているのが一般的です。ほとんどの施設では、クリーンエージェント式消火システム用に2つの独立したガス貯蔵装置を設置し、さらに異なるゾーン間でカバレッジが重複するように煙探知器を配置しています。これにより、実際に火災が発生していないのにほこりや蒸気によって誤作動が起こるのを防いでいます。すべてを円滑に運用する上で、技術管理者は消火設備のバックアップ電源を3か月ごとに点検する必要があります。また、並列の電力供給ラインを構築することで、主電源グリッドが完全に停止しても、消防システムが引き続きオンラインで動作し、中断なく対応できるようにしています。

最先端の施設では、VESDA吸引式煙探知器を、サーバールーム向けの2段階作動式クリーンエージェント消火システムおよび補助エリアの予作用散水設備と組み合わせています。この多層的なアプローチにより、NFPA 75の規制要件を維持しつつ、火災時の鉄骨の強度低下を防ぐために不可欠な8秒未満の応答時間を実現しています。

ケーススタディ：モジュラー型鉄骨データセンターにおけるNFPA 75準拠の達成

最近のモジュラー型鉄骨データセンターのプロジェクトは、以下の3つの主要な革新によって規制準拠を実証しました：

• 200°Cで膨張するインテュメセント塗料をコーティングした耐火性鉄骨柱
• 光学式炎検出器付きラックレベルFM-200放出装置
• 熱の確認後にのみ作動するデュアルインタロック式予作用散水設備 と 煙検知

この統合により、施設は誤作動リスクを94%削減し、UL 3004認証を維持しました。設置後の赤外線サーモグラフィー調査では、最悪のシナリオテスト中でも鉄骨梁の温度が400°C以下に保たれたことが確認され、構造的安定性にとって極めて重要な閾値を満たしていることが示されました。

よくある質問

鉄骨構造の建物にはなぜ専用の消火システムが必要なのでしょうか？

鉄骨構造は可燃性ではありませんが、高温下では強度を急速に失うため、火災時における構造体の健全性を維持するために専用の消火システムが必要となります。

データセンターの鉄骨構造において、膨張性塗料（インタンデッセントコーティング）の役割は何ですか？

膨張性塗料は熱にさらされると膨張し、断熱層を形成して鉄骨構造を保護します。これにより、安全な避難の時間を確保し、緊急時に構造物の崩壊を防ぎます。

クリーンエージェント式消火システムは、鉄骨構造のデータセンターにどのようなメリットをもたらしますか？

クリーンエージェント式システムは、残留物を残さずに火災を効率的に消 extinguish するため、感応性の高いIT機器を保護し、酸素濃度を適切に保ちながら安全な環境を維持します。

不活性ガス式システムは、鉄骨構造のデータセンターにおいてどのような課題に直面していますか？

不活性ガスシステムは酸素濃度を低下させるために完全に密封された鋼鉄エリアを必要とします。しかし、火災の迅速な消火において、ハロゲン化剤よりも効果が低いです。

区画化は鉄骨建築物における防火にどのように貢献しますか？

区画化は酸素の供給を制限することで火災の拡大を抑え、特定の区域に火災を閉じ込めることで重要インフラを保護します。