吸气式烟雾探测火灾报警系统在数据中心工程设计中的应用研究 工程硕士论文.doc
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1、分类号密 级 UDC硕士专业学位论文吸气式烟雾探测火灾报警系统在数据中心工程设计中的应用研究Application Research for Fire Alarm System of Smoke Detection based on Air Absorbability Applied to Data Center Engineering Design刘 洋 送审稿指 导 教 师 韩宁 教授 曹葆生 副教授 申请学位级别 工程硕士 研 究 方 向 电气工程 论文提交日期 2008 年10 月 论文答辩日期 2008 年12 月 学位授予日期 2009 年7 月 答辩委员会主席:评阅人:北 京 林
2、 业 大 学I摘要独 创 性 声 明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得北京林业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签 名:日 期: 关于论文使用授权的说明本人完全了解北京林业大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留送交论文的复印件,允许论文被查阅和借阅;学校可以公布论文的全部或部分内容,可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵守
3、此规定)签 名: 导师签名: 、 日期: 摘要摘要随着计算机技术的日益完善、应用广泛,信息数据在国民经济各个领域发挥着举足轻重的作用,作为这些信息数据的存储、交换、处理的场所,数据中心(数据机房)作为信息时代一种新型建筑应用形式在我国大量涌现,这一类业态具有价值高、设施精密、不允许间断服务的特点,对机房重地的安全性之一火灾探测系统提出更高级需求,并要求电气设计使用新技术、新产品适应这种需求。本课题在同类技术对比实验的基础上通过一种比现有火灾报警设备更加先进、更加灵敏、更加适合机房特殊环境的新一代火灾报警控制器吸气式烟雾探测火灾报警系统的设计方法讨论,解决数据中心火灾防范问题,保证数据中心设施、
4、业务的持续运转,并在火灾和烟雾破坏预防中发挥重要作用,以期通过典型项目的成功实施与模拟测试推动这种新型高技术含量的消防自动化系统在我国民用建筑防火工程领域的应用。关键词:数据中心 吸气式烟雾探测 遮光率 覆盖面积AbstractApplication Research for Fire Alarm System of Smoke Detection based on Air Absorbability Applied to Data Center Engineering DesignLiu YangDirected by Prof. Han Ning & Assoc. Prof. Cao Ba
5、oshengAlong with perfection increasingly and extensive use of computer technology, information data plays an important role in all aspects of national economy. As the site for storaging, exchanging and processing of foresaid information data, data center (data room) large comes to the fore as a new
6、kind of building application types, and this type of industry possesses the features of high value, precision facility, unallowable interrupt service, so higher requirements for fire hazard detecting system is put forward, and requests electrical design could adapt this kind of demand through using
7、new technology and new products.The purpose of the study is to research and solve the fire preventing, and guarantee continuous service for facilities and business of data center, and play an important role in fire preventing and smoke destruction preventing, through using air-breathing smoke detect
8、 fire hazard system, that kind of system is more sophisticated, sensitive and better than the existing fire alarm equipment, and the new system could adapt better to special environment of data room. This paper expects that the successful accomplishment of typical project could promot the use of new
9、 hign technological system in fire protection scope of civil architecture.Key words: Data center; Air-breathing smoke detection; Shading ratio; Coverage area目录目录摘要IABSTRACT目录前言11课题的基础研究2 1.1研究的必要性21.1.1火灾的危害21.1.2烟雾污染的危害31.1.3吸气式烟雾探测火灾报警系统的国内外应用现状41.2火灾形成的电气原因分析41.3数据中心火灾防范特点72传统的火灾烟雾探测系统9 2.1传统火灾烟雾
10、探测器工作原理9 2.2传统点式烟雾探测器应用的局限性113吸气式烟雾探测火灾报警系统143.1系统构成143.2遮光率163.3电线燃烧实验173.4 VESDA烟雾探测器在数据中心的使用特点173.5 VESDA组网(VESDAnet)214性能对比实验234.1测试目的234.2测试场所234.3探测器及采样孔的布置244.4依照标准274.5测试方法274.6测试过程274.7测试结果284.8测试结论295吸气式烟雾探测火灾报警系统设计方法305.1超越传统设计的技术305.2覆盖面积315.3灵敏度336基于探测性能优化的典型设计及其性能评估346.1 概述346.2 项目背景情况
11、简介346.3 探测系统选择及测试目的356.4 系统设计366.4.1几何结构图形及通风状况366.4.2 VESDA系统在控制大厅的设计方案366.4.3性能的模拟预测396.4.4性能预测结论44结论45参考文献46个人简介47第一导师简介48第二导师简介49致谢50III个人简介前言吸气式烟雾探测火灾报警系统最早由澳大利亚Xtralis Pty Ltd.公司提出,经过十几年的发展已经成为全世界空气采样烟雾探测领域的领导者,该公司生产的专利产品VESDA已在世界范围内安装了二十多万套。它能够轻松超越各种烟雾探测难题,应用环境从洁净到肮脏、从低温到高温、从小型区域到高大开放空间、从航空运输
12、到轨道交通、从古代建筑到现代建筑为用户提供可靠的极早期烟雾探测报警,保护生命和财产安全,远离火灾困扰。但是吸气式烟雾探测火灾报警系统在我国的应用发展速度较慢,到目前为止国内的火灾报警系统仍以传统的点式烟雾探测设备为主,还没有自主产权的相关产品及相关国家规范,对吸气式烟雾探测火灾报警系统的应用范围及相关设计要求还有待市场的认可与了解。随着我国经济的高速发展,基础建设也呈现加速发展趋势,特别是以08年奥运会为契机,国内特殊建筑如数据中心(本课题所指的数据中心除大型的数据中心建筑外还包括数据机房、资料室、数据库等)、体育场馆、交通枢纽、大型仓储及其他具有高大开放空间的建筑工程大量开工,为吸气式烟雾探
13、测火灾报警系统的应用提供了广阔空间。日前上海市消防局针对物流仓储行业出台了新的消防规范,明确要求“仓库内应设置空气采样烟雾报警等早期火灾报警系统。”,北京市规划委员会及北京市公安局也联合颁布了吸气式烟雾探测火灾报警系统设计施工及验收规范,尽管两个标准都为地方法规,但是已经说明该系统已经在特殊行业的防火领域得到了认可。因此吸气式烟雾探测火灾报警系统在不同领域的应用方法及实例,对该系统的发展及工程设计人员有较高的借鉴价值。1课题的基础研究1.1研究的必要性1.1.1火灾的危害随着社会的发展和进步,以及现代科技及信息产业的飞速发展,人们对书籍、资料和数据(印刷版本、电子版本、电脑数据库等)的兴趣和需
14、求越来越强烈,已经成为我们日常工作和生活的重要组成部分,为我们提供了知识和乐趣、资料和数据以及信息等服务,我们对其的依赖也变得日趋强烈。与过去的情况相比,数据中心(资料库、机房、数据库)的设施越来越先进,功能越来越完备,造价也变得越来越昂贵,所以这些场所内部设施的一次很小的火灾都会造成非常严重的损失。这就为该类建筑或设施的火灾防范提出了更高的要求,因为这些损失其中不但包括建筑物及设施本身的损失,而且由此引发的包括珍贵的文史图书、资料和数据的损毁以及信息服务中断所带来的损失将是不可估量的。我们试想,大到一个城市的通讯或银行的数据系统,小到公司、学校的数据机房一旦发生火灾造成损毁,会给我们的工作生
15、活造成多大的不便及损失。这些数据的重要性以及其在各个行业链当中的重要作用,就像美国的银行的次贷业务,一旦发生发问题,导致的不仅仅是几家金融巨头的相继倒闭,更是使美国金融业遭遇百年一遇的危机,并向全球蔓延,这些都是我们这个时代的人正在亲身经历的。因此,数据中心(资料库、机房、数据库)的安全,特别是火灾防范,已经成为保障此类场所中有形、无形资产安全,并确保服务正常进行的首要问题。尤其象数据中心,这种对机构履行职能的能力起到至关重要作用的部门,是决定一个机构是否有能力达到其预期职能必不可少的关键性部分,这部分内的设施必须保证无论外部条件如何,都能持续运转。例如,银行业的数据中心就是一个范例,它必须每
16、天24小时、每周7天都保持运转,而一次短暂的服务中断或数据丢失就可能严重影响它的业务连续运行,并造成经济损失,尤其在业务营业高峰期损失更大。国外的数据显示:72%的关键性设施每年都会经历9个小时的停工;(Steven R. Christensen 与Lawrence L. Schkade,1997)90%的企业在2年内因重大失误而破产;(Standish Group Research, 1998)金融行业的服务发生中断,1小时的平均成本估计为650万美元。(Computer world, 1997)一些公司在遭受灾难之后没有制定并测评业务恢复计划,两年后这些公司中仅有10%仍在运营。因此在重要
17、行业的网络数据中心,必须设置各种适用的安全防范报警设备。当今的计算机技术使机房设备体积变得越来越小,所需空间更小,但数字化硬件的散热量不但没有降低,反而提高了。如此高的热负荷需要通过机房的空调系统进行全面冷却,以消除机箱内产生的热量,冷却系统故障会使设备过热,产生火灾隐患。但是,传统形式的火灾报警设备已经远远不能达到数据中心这一类物品价值高、设施精密、某些部门还不允许间断服务的场合的高等级防护需求。本课题研究的目的在于通过采用一种比现有火灾报警设备更加先进、更加灵敏,能够较好的适应机房特殊环境的新一代火灾报警控制器-吸气式烟雾探测火灾报警系统,研究、解决数据中心火灾防范问题,保证数据中心设施业
18、务的持续运转,并在火灾和烟雾破坏预防中发挥重要作用,希望通过本课题的研究能够推广这种采用高技术含量的消防自动化系统在我国建筑防火领域的应用。1.1.2 烟雾污染的危害与传统火灾探测器比较本课题发现,极早期烟雾探测能更早的预报火灾隐患,但对于数据中心的对计算机设施而言,他还具备保护设备的功能。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,根据美国联邦通讯委员会的统计,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HCL等气体,它们会腐蚀IT设备。下面的曲线图说明了计算机房内粒子的增多对设备造成的破坏,即使是只有16mg/cm2的粒子
19、,也会给电子元件带来缓慢的和长期性的腐蚀,而30mg/cm2的粒子所造成的腐蚀则是活跃且短期内就能产生作用的。因此,设备受到损伤,这将影响设备的性能。目前电气设计领域只有部分重要的数据中心项目在设计之初考虑到这个因素,但大多设备受烟雾侵袭后可能发生的故障烟雾可能造成的设备损坏 可能的故障烟雾粒子ug/cm2图1-1 烟雾破坏可能造成的设备故障Fig. 1-1 Device failure probability after smoke exposure数中小型数据中心或数据机房均忽略了此问题。如图1-1所示为烟雾破坏可能造成的设备故障,此图是1999年布宜诺斯艾利斯第二届国际消防研讨会 电信设
20、施中所作的统计。1.1.3吸气式烟雾探测火灾报警系统的国内外应用现状吸气式烟雾探测火灾报警系统最早由澳大利亚Xtralis Pty Ltd.公司提出,经过十几年的发展已经成为全世界空气采样烟雾探测领域的领导者,该公司生产的专利产品VESDA已在世界范围内安装了二十多万套。它能够轻松超越各种烟雾探测难题,应用环境从洁净到肮脏、从低温到高温、从小型区域到高大开放空间、从航空运输到轨道交通、从古代建筑到现代建筑为用户提供可靠的极早期烟雾探测报警,保护生命和财产安全,远离火灾困扰。但是吸气式烟雾探测火灾报警系统在我国的应用发展速度较慢,到目前为止国内的火灾报警系统仍以传统的点式烟雾探测设备为主,还没有
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