數據中心鋰離子電池室消防自動滅火系統改造設計

摘要：鋰離子電池室作為數據中心的供能關鍵組件，在整個數據中心中占據重要地位。因為鋰離子電池能量密度高、熱失控風險大，容易引發火災甚至爆炸，且因為標準更新及技術發展，數據中心的現有消防措施無法滿足數據中心安全運行要求，對鋰離子電池室消防自動滅火系統改造設計不容緩。因此，結合鋰離子電池室的火災特點，分析數據中心鋰離子電池室消防自動滅火系統改造設計中的要點，旨在為數據中心鋰離子電池室消防改造項目提供借鑒，為數據中心的安全運營提供有效保障。

關鍵詞：數據中心；鋰離子電池室；水噴淋自動滅火系統；消防自動滅火系統

中圖分類號：X913.4" " " 文獻標識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2025）06-0091-03

0 引言

近年來，國家及地方各級政府對數字化發展越來越重視，數據中心項目日益增多，數據中心作為云計算的核心基礎設施，在我國快速發展。部分新建數據中心，尤其是用于AI模型訓練的智算中心，儲能系統開始采用鋰離子電池替代鉛酸蓄電池，作為不間斷電源系統的關鍵組件。由于鋰離子電池能量密度高、熱失控風險大，容易引發火災甚至爆炸，對數據中心的安全運行提出了新的挑戰。當前數據中心鋰離子電池間一般僅配備了氣體滅火系統，難以充分滿足數據中心安全運行要求，因此研究數據中心鋰離子電池室消防自動滅火系統改造設計具有重要的現實意義。

1 數據中心鋰離子電池室的火災特點及理想滅火方案的特點

鋰離子電池室火災具有以下特點：火災初期燃燒形式為陰燃，此時溫度較低，以濃煙和可燃氣體為主，無明火，煙氣含有大量CO等有毒性氣體；火災中期明火燃燒，火場升溫加快，火焰極易向外蔓延，且由于鋰離子電池室鋰電柜布置密集，鋰電柜框架具有遮擋性，難以撲救；鋰離子電池滅火后易復燃，且煙霧擴散嚴重，易造成二次損失。

理想的火災滅火方案應具有這些特點：滅火效果好，早期能快速控制，撲滅火災，并能有效防止復燃；系統安全可靠，滅火介質綠色環保，對人員、環境無危害，并具有除煙功能；滅火損失小，可降低二次損失；具有良好的電氣絕緣性，能撲滅電氣火災；系統簡單，易維護，二次投入小，系統壽命長。

2 數據中心鋰離子電池室消防自動滅火系統改造設計

2.1" 數據中心鋰離子電池室消防改造設計分析

對于數據中心鋰離子電池室的消防改造設計，最安全的方案是將鋰離子電池拉遠部署，在室外單獨設置。但按此方案實施，需要占用額外的室外場地，樓內的鋰電柜需外移，鋰電柜的電池線纜、空調供電線纜等需走室外架空或埋地，改動過大，目前暫未有改造類項目采用此方案。

采用鉛酸電池替代原有鋰離子電池也是可選方案之一，但此方案需重新配置鉛酸電池架和鉛酸電池，鉛酸相比鋰電占地面積增大2至3倍，數據中心內部基本沒有額外空間擴大電池室，故此方案也不建議優先考慮。

綜上所述，對鋰離子電池室消防自動滅火系統進行改造是消防改造設計的最優方案。

2.2" 消防自動滅火系統改造設計比選

在實際工程的運行中，自動滅火設施是保障數據中心安全運行必不可少的防護手段，選擇合適的自動滅火系統至關重要，可以確保在火災發生時能夠及時、有效控制火勢，保護設備和人員安全。目前數據中心鋰離子電池的自動滅火系統大多采用七氟丙烷氣體滅火系統。氣體滅火系統是通過煙溫感報警系統啟動藥劑噴放來完成滅火，在火災初期階段，可以保證起火點附近服務器正常工作，火災過后可以快速恢復工作，但氣體滅火系統在使用后，滅火劑無法及時補充，當鋰離子電池室發生二次復燃時無法對其進行滅火。故建議在保留原有氣體滅火系統的同時，在鋰離子電池室增加水噴霧自動滅火系統或者水噴淋自動滅火系統作為消防自動滅火系統改造設計，以保證鋰離子電池發生復燃時，可通過自動水滅火系統對其進行二次滅火。

對于數據中心鋰離子電池室消防自動滅火系統改造設計，由于水噴霧滅火系統在冷卻的基礎上還具有窒息的優點，故優先考慮設置水噴霧自動滅火系統用于二次滅火。然而，結合實際工程案例考慮，數據中心一般不具備重新增設一套水噴霧自動滅火系統的條件（受限于泵房面積不足、水池容積不夠、泵房距鋰離子電池室過遠等因素）。

綜上所述，結合工程實際考慮，對于數據中心鋰離子電池室消防自動滅火系統改造設計以增設水噴淋自動滅火系統為主要設計方案。

2.3" 消防自動滅火系統改造中的給水設計要點

由于增設的水噴淋自動滅火系統僅用于鋰離子電池室二次滅火，原設計的氣體滅火系統仍作為火災發生時的首選滅火系統，故增設的水噴淋自動滅火系統需調整為手動開啟狀態。當一次滅火結束后，觀察鋰離子電池是否復燃，當發現鋰離子電池復燃時手動開啟水噴淋自動滅火系統進行二次滅火，以避免發生火災時氣體滅火系統與水噴淋自動滅火系統同時動作，噴頭噴水會破壞氣體滅火的滅火效果。

《數據中心鋰離子電池室設計標準》中規定，對于水噴淋自動滅火系統保護鋰離子電池室的噴水強度不應小于12L/（min·m2），水噴淋自動滅火系統噴頭的工作壓力不應小于0.1MPa[1]。由于鋰離子電池火災的高危險性，即使增設的水噴淋僅為二次滅火加強措施，噴水強度也應滿足12L/（min·m2）的要求。在實際工程設計中，建議噴頭可采用流量系數K=80的噴頭，通過縮小兩噴頭之間的間距增大噴水強度使其滿足設計需求。且為了避免水噴淋自動滅火系統誤動作對鋰離子電池室造成誤噴，建議噴頭采用閉式灑水噴頭。

在數據中心鋰離子電池室消防自動滅火系統改造設計中，原有氣體滅火系統并未廢棄，當發生火災時氣體滅火系統動作進行滅火，水噴淋自動滅火系統不動作；待氣體滅火完成后，如后續鋰離子電池不復燃，水噴淋自動滅火系統也不會動作。如鋰離子電池復燃，水噴淋自動滅火系統才會通過手動開啟進行動作，實際噴水時間比僅設置水噴淋自動滅火系統保護鋰離子電池室的噴水時間少。故在實際工程設計中，如果現狀消防水池有效容積無法滿足水噴淋自動滅火系統2.0h的持續工作水量，其設計水噴淋自動滅火系統的持續噴水時間可酌情減少，但不應低于《自動噴水滅火系統設計規范》中規定的1h。

鋰離子電池室內噴頭布置也應考慮到實際的滅火效果。結合相關測試實驗的布局和實際滅火效果，建議噴頭間距應控制在2～3m，噴頭設置在鋰電柜前方100mm處，且距鋰電柜規定不宜高于600mm。需注意層高較高時，噴頭上方需要設置集熱罩，集熱罩面積不應小于0.12m2，以保證火災發生時噴頭能及時動作。

2.4" 消防自動滅火系統改造中的排水設計要點

鋰離子電池室大多有空調冷凝水排水地漏，但由于此地漏一般為密閉地漏，且排水量過小，故建議單獨增設消防排水地漏及排水管[2-4]。消防地漏排水量應大于水噴淋設計流量，且建議按余量系數10%進行設計。

鋰離子電池室內側墻建議設置不低于100mm高的防水高度（或擋水圍堰），鋰離子電池室門口建議增加不低于50mm的擋水圍堰，以防水噴淋自動滅火系統動作時水逸散到走道或隔壁房間。

排水地漏建議采用大流量排水地漏，且當鋰離子電池室四周設置不小于50mm的防水高度時，地漏排水量可按有效存水高度50mm進行設計復核。

由于消防排水量較大，相應設計的排水管管徑也較大，在火災初期氣體滅火系統動作時，滅火劑會從消防排水地漏泄漏出去，可能會影響氣體滅火效果。故建議在排水管處設置存水彎，保證氣體滅火動作時產生的氣壓差不會破壞水封從而造成滅火劑泄漏，影響滅火效果。

2.5" 案例分析

深圳某數據中心鋰離子電池室消防改造設計由于消防泵房距數據中心樓約100m，距離過長且泵房內空間不足，增設水噴霧自動滅火系統難度較大，故選擇水噴淋自動滅火系統作為鋰離子電池二次復燃時的滅火措施。

本工程鋰離子電池室水噴淋自動滅火系統設計噴水強度為12L/（min·m2），作用面積為71.6m2，設計水量為20L/s。現狀噴淋水泵流量30L/s，揚程60m，滿足設計要求。消防用水按滿足鋰離子電池室水噴淋滅火系統2.0h持續供水能力復核：20×3.6×2=144m3＜150m3（現狀消防水池中供水噴淋自動滅火系統的有效容積），滿足設計要求。

本項目從原有水噴淋自動滅火系統的干管上引出一根DN10的支管，供蓄電池室水噴淋自動滅火系統用水，當支管進入鋰離子電池室前設置電動閥，電動閥應自帶手動開啟螺桿，以保證當電動閥電動操作失靈時，可以人工打開閥門。電動閥處設置鎖具，避免平時人員誤操作。電動閥前設置閘閥，平時閘閥常開，電動閥檢修維護時此閘閥關閉，阻斷水流。在消控室內設置電動閥開閉控制按鈕[5-6]。

滅火流程：當鋰離子電池室發生火災時，鋰離子電池室內兩路獨立探測器發出火災信號，七氟丙烷氣體滅火系統啟動，對鋰離子電池進行滅火。因鋰離子電池室前的電動閥平時設為常閉狀態，此時電磁閥前后水噴淋自動滅火系統的管道為空管。當火災發生10min后，達到七氟丙烷氣體滅火系統設定的滅火浸漬時間，災后排風開啟。觀察鋰離子電池室內火災情況，如后續鋰離子電池發生復燃，可在消控室按下電動閥控制按鈕開啟電磁閥，水噴淋自動滅火系統開始動作，對鋰離子電池室進行二次滅火[7-8]。

每個鋰離子電池室門口設置100mm的擋水圍堰； 鋰離子電池室內墻側架空地板設置100mm的擋水圍堰。在每個鋰離子電池室設置6個DN150大流量排水地漏，積水深度50mm，兩個DN150地漏用一根DN150排水。單個DN150大流量排水地漏在積水深度50mm時的排水量約為10L/s。一根DN150排水管在0.01的坡度下排水量約為20L/s。考慮發生火災時，鋰離子電池燃燒產生的廢物可能隨著消防廢水一起進入地漏及排水管道，地漏排水能力暫按70%考慮，總排水量10×6×0.7=42L/s＞20×1.1=22L/s，滿足設計要求。

2.6" 消防自動滅火系統改造的其他設計要點

消防自動滅火系統改造中設置水噴淋自動滅火系統用于二次滅火時，鋰離子電池室應增設一氧化碳或氫氣探測器，鋰離子電池室外安裝報警控制器等，本文僅對水噴淋自動滅火系統進行分析，其余措施不再詳細列舉。

3 結束語

本文結合數據中心鋰離子電池室的火災特點及理想滅火方案的特點，通過對消防改造設計方案的分析和實際工程條件的考慮，得出在保留原有氣體滅火系統的同時，增加水噴淋自動滅火系統用于二次滅火的消防自動滅火系統改造設計方案。并詳細介紹了此消防自動滅火系統改造設計方案中給水、排水設計要點，通過介紹深圳某數據中心鋰離子電池室消防改造設計的內容，為數據中心鋰離子電池室自動滅火系統消防改造類項目提供設計參考，希望促進數據中心安全運營水平的提升。

參考文獻

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