摘要：锂离子电池室作为数据中心的供能关键组件，在整个数据中心中占据重要地位。因为锂离子电池能量密度高、热失控风险大，容易引发火灾甚至爆炸，且因为标准更新及技术发展，数据中心的现有消防措施无法满足数据中心安全运行要求，对锂离子电池室消防自动灭火系统改造设计不容缓。因此，结合锂离子电池室的火灾特点，分析数据中心锂离子电池室消防自动灭火系统改造设计中的要点，旨在为数据中心锂离子电池室消防改造项目提供借鉴，为数据中心的安全运营提供有效保障。

近年来，国家及地方各级政府对数字化发展越来越重视，数据中心项目日益增多，数据中心作为云计算的核心基础设施，在我国快速发展。部分新建数据中心，尤其是用于AI模型训练的智算中心，储能系统开始采用锂离子电池替代铅酸蓄电池，作为不间断电源系统的关键组件。

由于锂离子电池能量密度高、热失控风险大，容易引发火灾甚至爆炸，对数据中心的安全运行提出了新的挑战。当前数据中心锂离子电池间一般仅配备了气体灭火系统，难以充分满足数据中心安全运行要求，因此研究数据中心锂离子电池室消防自动灭火系统改造设计具有重要的现实意义。

1、数据中心锂离子电池室的火灾特点及理想灭火方案的特点

锂离子电池室火灾具有以下特点：火灾初期燃烧形式为阴燃，此时温度较低，以浓烟和可燃气体为主，无明火，烟气含有大量CO等有毒性气体；火灾中期明火燃烧，火场升温加快，火焰极易向外蔓延，且由于锂离子电池室锂电柜布置密集，锂电柜框架具有遮挡性，难以扑救；锂离子电池灭火后易复燃，且烟雾扩散严重，易造成二次损失。

理想的火灾灭火方案应具有这些特点：灭火效果好，早期能快速控制，扑灭火灾，并能有效防止复燃；系统安全可靠，灭火介质绿色环保，对人员、环境无危害，并具有除烟功能；灭火损失小，可降低二次损失；具有良好的电气绝缘性，能扑灭电气火灾；系统简单，易维护，二次投入小，系统寿命长。

2、数据中心锂离子电池室消防自动灭火系统改造设计

  2.1 数据中心锂离子电池室消防改造设计分析

对于数据中心锂离子电池室的消防改造设计，最安全的方案是将锂离子电池拉远部署，在室外单独设置。但按此方案实施，需要占用额外的室外场地，楼内的锂电柜需外移，锂电柜的电池线缆、空调供电线缆等需走室外架空或埋地，改动过大，目前暂未有改造类项目采用此方案。

采用铅酸电池替代原有锂离子电池也是可选方案之一，但此方案需重新配置铅酸电池架和铅酸电池，铅酸相比锂电占地面积增大2至3倍，数据中心内部基本没有额外空间扩大电池室，故此方案也不建议优先考虑。综上所述，对锂离子电池室消防自动灭火系统进行改造是消防改造设计的最优方案。

  2.2 消防自动灭火系统改造设计比选

在实际工程的运行中，自动灭火设施是保障数据中心安全运行必不可少的防护手段，选择合适的自动灭火系统至关重要，可以确保在火灾发生时能够及时、有效控制火势，保护设备和人员安全。目前数据中心锂离子电池的自动灭火系统大多采用七氟丙烷气体灭火系统。气体灭火系统是通过烟温感报警系统启动药剂喷放来完成灭火，在火灾初期阶段，可以保证起火点附近服务器正常工作，火灾过后可以快速恢复工作，但气体灭火系统在使用后，灭火剂无法及时补充，当锂离子电池室发生二次复燃时无法对其进行灭火。故建议在保留原有气体灭火系统的同时，在锂离子电池室增加水喷雾自动灭火系统或者水喷淋自动灭火系统作为消防自动灭火系统改造设计，以保证锂离子电池发生复燃时，可通过自动水灭火系统对其进行二次灭火。

对于数据中心锂离子电池室消防自动灭火系统改造设计，由于水喷雾灭火系统在冷却的基础上还具有窒息的优点，故优先考虑设置水喷雾自动灭火系统用于二次灭火。然而，结合实际工程案例考虑，数据中心一般不具备重新增设一套水喷雾自动灭火系统的条件（受限于泵房面积不足、水池容积不够、泵房距锂离子电池室过远等因素）。

综上所述，结合工程实际考虑，对于数据中心锂离子电池室消防自动灭火系统改造设计以增设水喷淋自动灭火系统为主要设计方案。

2.3 消防自动灭火系统改造中的给水设计要点

由于增设的水喷淋自动灭火系统仅用于锂离子电池室二次灭火，原设计的气体灭火系统仍作为火灾发生时的首选灭火系统，故增设的水喷淋自动灭火系统需调整为手动开启状态。当一次灭火结束后，观察锂离子电池是否复燃，当发现锂离子电池复燃时手动开启水喷淋自动灭火系统进行二次灭火，以避免发生火灾时气体灭火系统与水喷淋自动灭火系统同时动作，喷头喷水会破坏气体灭火的灭火效果。《数据中心锂离子电池室设计标准》中规定，对于水喷淋自动灭火系统保护锂离子电池室的喷水强度不应小于12L/（min·m²），水喷淋自动灭火系统喷头的工作压力不应小于0.1MPa[1]。由于锂离子电池火灾的高危险性，即使增设的水喷淋仅为二次灭火加强措施，喷水强度也应满足12L/（min·m²）的要求。在实际工程设计中，建议喷头可采用流量系数K=80的喷头，通过缩小两喷头之间的间距增大喷水强度使其满足设计需求。且为了避免水喷淋自动灭火系统误动作对锂离子电池室造成误喷，建议喷头采用闭式洒水喷头。

在数据中心锂离子电池室消防自动灭火系统改造设计中，原有气体灭火系统并未废弃，当发生火灾时气体灭火系统动作进行灭火，水喷淋自动灭火系统不动作；待气体灭火完成后，如后续锂离子电池不复燃，水喷淋自动灭火系统也不会动作。如锂离子电池复燃，水喷淋自动灭火系统才会通过手动开启进行动作，实际喷水时间比仅设置水喷淋自动灭火系统保护锂离子电池室的喷水时间少。故在实际工程设计中，如果现状消防水池有效容积无法满足水喷淋自动灭火系统2.0h的持续工作水量，其设计水喷淋自动灭火系统的持续喷水时间可酌情减少，但不应低于《自动喷水灭火系统设计规范》中规定的1h。

锂离子电池室内喷头布置也应考虑到实际的灭火效果。结合相关测试实验的布局和实际灭火效果，建议喷头间距应控制在2～3m，喷头设置在锂电柜前方100mm处，且距锂电柜规定不宜高于600mm。需注意层高较高时，喷头上方需要设置集热罩，集热罩面积不应小于0.12m²，以保证火灾发生时喷头能及时动作。

  2.4 消防自动灭火系统改造中的排水设计要点

锂离子电池室大多有空调冷凝水排水地漏，但由于此地漏一般为密闭地漏，且排水量过小，故建议单独增设消防排水地漏及排水管[2-4]。消防地漏排水量应大于水喷淋设计流量，且建议按余量系数10%进行设计。

锂离子电池室内侧墙建议设置不低于100mm高的防水高度（或挡水围堰），锂离子电池室门口建议增加不低于50mm的挡水围堰，以防水喷淋自动灭火系统动作时水逸散到走道或隔壁房间。

排水地漏建议采用大流量排水地漏，且当锂离子电池室四周设置不小于50mm的防水高度时，地漏排水量可按有效存水高度50mm进行设计复核。

由于消防排水量较大，相应设计的排水管管径也较大，在火灾初期气体灭火系统动作时，灭火剂会从消防排水地漏泄漏出去，可能会影响气体灭火效果。故建议在排水管处设置存水弯，保证气体灭火动作时产生的气压差不会破坏水封从而造成灭火剂泄漏，影响灭火效果。

  2.5 案例分析

深圳某数据中心锂离子电池室消防改造设计由于消防泵房距数据中心楼约100m，距离过长且泵房内空间不足，增设水喷雾自动灭火系统难度较大，故选择水喷淋自动灭火系统作为锂离子电池二次复燃时的灭火措施。

本工程锂离子电池室水喷淋自动灭火系统设计喷水强度为12L/（min·m²），作用面积为71.6m²，设计水量为20L/s。现状喷淋水泵流量30L/s，扬程60m，满足设计要求。

消防用水按满足锂离子电池室水喷淋灭火系统2.0h持续供水能力复核：20×3.6×2=144m³<150m³（现状消防水池中供水喷淋自动灭火系统的有效容积），满足设计要求。

本项目从原有水喷淋自动灭火系统的干管上引出一根DN10的支管，供蓄电池室水喷淋自动灭火系统用水，当支管进入锂离子电池室前设置电动阀，电动阀应自带手动开启螺杆，以保证当电动阀电动操作失灵时，可以人工打开阀门。电动阀处设置锁具，避免平时人员误操作。电动阀前设置闸阀，平时闸阀常开，电动阀检修维护时此闸阀关闭，阻断水流。在消控室内设置电动阀开闭控制按钮[5-6]。

灭火流程：当锂离子电池室发生火灾时，锂离子电池室内两路独立探测器发出火灾信号，七氟丙烷气体灭火系统启动，对锂离子电池进行灭火。因锂离子电池室前的电动阀平时设为常闭状态，此时电磁阀前后水喷淋自动灭火系统的管道为空管。当火灾发生10min后，达到七氟丙烷气体灭火系统设定的灭火浸渍时间，灾后排风开启。观察锂离子电池室内火灾情况，如后续锂离子电池发生复燃，可在消控室按下电动阀控制按钮开启电磁阀，水喷淋自动灭火系统开始动作，对锂离子电池室进行二次灭火[7-8]。

每个锂离子电池室门口设置100mm的挡水围堰；锂离子电池室内墙侧架空地板设置100mm的挡水围堰。在每个锂离子电池室设置6个DN150大流量排水地漏，积水深度50mm，两个DN150地漏用一根DN150排水。单个DN150大流量排水地漏在积水深度50mm时的排水量约为10 L/s。一根DN150排水管在0.01的坡度下排水量约为20 L/s。考虑发生火灾时，锂离子电池燃烧产生的废物可能随着消防废水一起进入地漏及排水管道，地漏排水能力暂按70%考虑，总排水量10×6×0.7=42L/s>20×1.1=22L/s,满足设计要求。

  2.6 消防自动灭火系统改造的其他设计要点

消防自动灭火系统改造中设置水喷淋自动灭火系统用于二次灭火时，锂离子电池室应增设一氧化碳或氢气探测器，锂离子电池室外安装报警控制器等，本文仅对水喷淋自动灭火系统进行分析，其余措施不再详细列举。

3、结束语

本文结合数据中心锂离子电池室的火灾特点及理想灭火方案的特点，通过对消防改造设计方案的分析和实际工程条件的考虑，得出在保留原有气体灭火系统的同时，增加水喷淋自动灭火系统用于二次灭火的消防自动灭火系统改造设计方案。并详细介绍了此消防自动灭火系统改造设计方案中给水、排水设计要点，通过介绍深圳某数据中心锂离子电池室消防改造设计的内容，为数据中心锂离子电池室自动灭火系统消防改造类项目提供设计参考，希望促进数据中心安全运营水平的提升。