Автор: Дмитрий БЕРДНИКОВ, эксперт по пожарной безопасности STEP LOGIC
Помещения с работающими аккумуляторами: проблемы категорирования
Рис. Модель коммерческого ЦОД на 20 МВт (разрез). Категория как идентификатор объекта Категорирование помещений, зданий, сооружений, наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности – тема, с которой в той или иной степени при разработке проектной документации сталкивается каждый инженер-проектировщик. Хотя, вопрос может коснуться и людей, далеких от проектирования, например, собственников зданий. Распространенность темы и вовлеченность в неё специалистов с различными полями профессиональной деятельности объясняется просто: категория по пожарной и взрывопожарной опасности, несмотря на значительную трансформацию норм, долгие годы являлась и является сегодня существенным признаком идентификации объекта и частью фундамента для формирования требований пожарной безопасности. Важность своевременного и корректного определения категории Категория обозначает опасность технологических процессов, происходящих в здании. Для того, чтобы вывести заветную букву (А, Б, В1, В2 и т.д.), необходимо эти процессы понять, учесть и расчетным путем оценить их опасность. Важно определить категорию правильно, ведь от неё будут зависеть объемно-планировочные решения здания, его конструктивные особенности, устройство инженерных систем, в том числе перечень и характеристики систем противопожарной защиты. Не менее важна своевременность определения категории – при проектировании это влияет на трудозатраты и сроки. Например, если сначала разработать архитектурные и конструктивные решения для производственного объекта, которые будут «подходить» под категорию Г, а после расчета выяснится, что здание относится к категории В, то это может привести к дополнительным трудозатратам и потере времени на корректировку проекта. Либо после расчета категории возникнет необходимость устройства автоматических систем пожаротушения, расположение их элементов потребует увязки с другими инженерными системами здания, и, возможно, проектированию газодымоудаления, то есть к новым затратам и увеличению сроков. Здесь комментарии излишни. Категория помещений с аккумуляторами Для инженеров, выполняющих расчеты категории по взрывопожарной и пожарной опасности, спорной остается тема определения категории помещений, в которых располагаются аккумуляторы. АКБ разных типов при разных режимах работы имеют разную степень пожарной опасности. Теме рисков при использовании аккумуляторов в различных устройствах от телефонов до электромобилей посвящено немало статей. В большей степени они касаются литийионных АКБ ввиду отсутствия эффективных решений по ликвидации пожара. Например, о проблематике тушения литиевых аккумуляторов в прошлом выпуске (ТЗ № 4-2024) журнала вышла статья моих коллег из STEP LOGIC Олега Крикунова и Дмитрия Белова «Как снизить пожароопасность систем с литийионными батареями». АКБ в ЦОД Стоит выделить еще один тип объектов с высокой концентрацией аккумуляторов – центры хранения и обработки данных (ЦОД). На таких объектах АКБ присутствуют в большом количестве. Центр обработки данных – здание-компьютер, его ключевые характеристики: энергоэффективность, надежность, отказоустойчивость и безопасность. Комплекс проектных решений для ЦОД должен обеспечивать надёжное и безотказное функционирование в режиме 24х7. Надёжность большинства современных дата-центров не ниже Tier III по классификации Uptime Institute. Это подразумевает, что при единичной аварии или отказе элемента работа центра не должна останавливаться. Одна из важнейших составляющих для выполнения данного условия – система обеспечения бесперебойного энергоснабжения, основные элементы которой – аккумуляторы. При отключении основного источника энергоснабжения она обеспечивает бесшовный переход на резервный источник питания (зачастую – дизель-генераторные установки). Для ЦОД федерального уровня мощностью 0,2 – 50 МВт число аккумуляторов в системе бесперебойного энергоснабжения может исчисляться тысячами, что заставляет обратить на них более пристальное внимание. Тема категорирования таких помещений особенно актуальна. Далее речь пойдет о том, какие типы аккумуляторов устанавливаются в центрах обработки данных, почему они могут стать источником пожара или взрыва, а также в чем состоит сложность категорирования помещений с наличием аккумуляторов. Свинцово-кислотные аккумуляторы Большинство центров обработки данных на территории России в составе системы бесперебойного энергоснабжения имеют свинцово-кислотные аккумуляторы с рекомбинацией газа. От предшественников они отличаются меньшими потерями воды и, соответственно, меньшей интенсивностью выделения водорода. Свинцово-кислотные АКБ в ЦОД представляют пожарную опасность при работе в двух режимах: флотирующем (буферном) и режиме перезаряда. Флотирующий режим -– это режим эксплуатации батареи в условиях постоянного подзаряда при постоянном напряжении. Режим перезаряда – это продолжение заряда полностью заряженного аккумулятора, когда согласно закону Фарадея происходит электролиз воды, т. е. выделяются водород и кислород. В режиме перезаряда интенсивность выделения водорода в разы выше, чем при буферном режиме работы. В зависимости от количества и характеристик АКБ, размеров помещения и параметров вентиляции может иметь место не только вероятность взрыва, но и величина избыточного давления более 5 кПа, которая позволяет отнести помещение к категории А со всеми вытекающими последствиями. Игнорировать данный факт недопустимо. Понижение концентрации водорода в воздухе должно быть обеспечено устройством вентиляции. Тем не менее, определенное понимание о пожарной опасности свинцово-кислотных аккумуляторов и категорировании помещений, в которых они устанавливаются, есть. Для этого необходимы достоверные данные об интенсивности выделения в объем помещения водорода при разных режимах работы. Литиевые аккумуляторы Хотя литиевые аккумуляторы более современные и технологичные, чем свинцово-кислотные, при проектировании и строительстве крупных ЦОД «с нуля» мы не встречаем случаев их применения. Заказчики избегают их по ряду причин: это и стоимость, и неопределенность реального срока эксплуатации, и обоснованность применения в контексте пожарной безопасности. Пока известны лишь случаи применения «лития» в относительно небольших масштабах. Например, в ЦОД малой мощности на арендованных площадях, серверных и т.д. ввиду ограниченности площади. Созданию условий для возникновения пожара предшествует неправильная сборка, транспортировка с повреждением, или нарушение условий эксплуатации. Это приводит к такому явлению как тепловой разгон – главному источнику пожарной опасности. При пожаре с участием литиевых аккумуляторов опасен их электролит. В случае «пробития» ячейки (корпуса) аккумулятора в результате теплового разгона химические реакции с выделением тепла и воспламенением электролита грозят повреждением соседних АКБ, цепной реакцией и их тепловым разгоном. Особенностью такого пожара, кроме других факторов, является его токсичность. Практика показывает, что наиболее безопасными с точки зрения последствий теплового разгона считаются литий-железо-фосфатные аккумуляторы. Не все литиевые аккумуляторы из-за химического состава одинаково чувствительны к такому явлению, однако результатом теплового разгона АКБ может стать воспламенение или даже взрыв. Взрывопожароопасность литиевых аккумуляторов в полной мере не изучена. Алгоритм по категорированию помещений с их использованием отсутствует. Например, в расчете категории при определении избыточного давления взрыва паро- или газовоздушной смеси при аварии в производственном помещении методикой проведения расчета учитывается время срабатывания устройств, отключающих подачу в оборудование топлива или газа. В ходе исследований было доказано, что в зависимости от параметров накапливания атомарного водорода может снижаться температура начала экзотермической реакции теплового разгона. Зависимость категории помещения от данного параметра неизвестна. Как может повлиять мониторинг параметров работы АКБ-системы бесперебойного энергоснабжения и управление данными процессами на категорирование помещения, также неизвестно. Некой аналогии учету, к примеру, устройств, отключающих подачу топлива для систем мониторинга и управления работой СБЭ, в методике проведения расчета категории также нет. Но, в первую очередь, отсутствует алгоритм определения наиболее опасных процессов при тепловом разгоне и химических реакциях, которые должны быть учтены для разных видов литиевых аккумуляторов. Возникла необходимость оценки этих процессов, накопления данных по результатам исследований и систематизации их использования. Это создаст возможности как для корректного определения категории помещения по взрывопожарной и пожарной опасности, так и для определения типов и характеристик систем пожаротушения. На данный момент теоретическая вероятность легитимного применения литиевых аккумуляторов на объектах с точки зрения пожарной безопасности доступна лишь при разработке специальных технических условий.
Необходимость испытаний АКБ Прогресс не стоит на месте, масштабы применения литиевых аккумуляторов растут. Статистика использования со временем появится, это придаст уверенности заказчикам, и объемы применения литиевых аккумуляторов увеличатся, в том числе, в крупных ЦОД. Однако обеспечение пожарной безопасности желательно выстраивать не на основе статистических данных, а опираясь на исследования, испытания, нормативное регулирование и сертификацию. Можно сказать, что пожарная безопасность влияет не только на категорирование помещений и зданий, но и на определенные шаги развития IT-инфраструктуры. Учесть все режимы работы различных типов аккумуляторов и последствия теплового разгона в расчете категории по взрывопожарной и пожарной опасности невозможно, а результаты испытаний и исследований в данном направлении встречаются нечасто, в основном их проводят по инициативе производителей. Для отрасли актуально введение обязательных испытаний с выдачей заключений о взрывопожароопасности аккумуляторов, особенно если речь об установке большого количества АКБ в центрах обработки данных. Кроме определения категории по взрывопожарной и пожарной опасности помещения, в котором устанавливаются аккумуляторы, предстоит определить тип и характеристики системы пожаротушения, которая будет эффективна при тушении пожара данного класса. Корректные исходные данные, полученные по результатам испытаний, рекомендации и регулирование данного вопроса в нормативной плоскости помогли бы инженерам-проектировщикам выстроить правильный подход в оценке пожарной опасности и принять верные технические решения для проектируемых объектов. При этом отсутствие требований в области пожарной безопасности не являлось бы стоп-фактором для реализации более современных, но в то же время безопасных решений.
Внимание! Копирование материалов, размещенных на данном сайте допускается только со ссылкой на ресурс http://www.tzmagazine.ru