Jak zabezpieczyć serwerownię i centrum danych? Systemy gaszenia gazem vs mgła wodna

Skuteczne zabezpieczenie przeciwpożarowe serwerowni wymaga zastosowania technologii, które eliminują ryzyko tzw. szkód wtórnych, wywoływanych przez tradycyjne środki gaśnicze. W obszarze ochrony obiektów IT ważną rolę odgrywają dwa rozwiązania: Stałe Urządzenia Gaśnicze (SUG) gazowe oraz systemy wysokociśnieniowej mgły wodnej. 

Wybór zależy od specyfiki obiektu – systemy gazowe gwarantują całkowitą bezinwazyjność w pomieszczeniach hermetycznych, podczas gdy mgła wodna stanowi wysoce efektywną ekonomicznie alternatywę dla wielkokubaturowych centrów danych. W tym artykule szczegółowo przedstawimy obie technologie – jak działają, jakie mają ograniczenia i które rozwiązanie zagwarantuje najwyższe bezpieczeństwo danej infrastruktury IT.

Specyfika pożarów w obiektach IT – dlaczego zwykła woda nie jest dobrym wyborem?

Efektywne zabezpieczenie przeciwpożarowe serwerowni i centrów danych wymaga dogłębnego zrozumienia fizykochemicznej specyfiki pożarów urządzeń elektronicznych. W obiektach IT zagrożenie rzadko przybiera formę otwartego, gwałtownego płomienia w pierwszej fazie. Najczęściej mamy do czynienia z zjawiskiem inkubacji – tlących się izolacji przewodów, przegrzanych zasilaczy czy awarii komponentów na płytach głównych.

Sytuację komplikuje stała praca klimatyzacji precyzyjnej. Wymuszony, silny obieg powietrza, który ma za zadanie chłodzić szafy rackowe, w warunkach awarii działa jak miech kowalski. Błyskawicznie roznosi dym, gazy korozyjne oraz wysoką temperaturę po całej kubaturze pomieszczenia, potęgując zagrożenie dla sąsiednich, sprawnych urządzeń.

Zagrożenia związane z użyciem wody sieciowej w środowisku IT

W tego typu środowiskach zastosowanie klasycznych wodnych instalacji tryskaczowych jest niedopuszczalne z trzech najważniejszych powodów:

• zjawisko szkód wtórnych – przewodność elektryczna zwykłej wody podanej na urządzenia pod napięciem generuje potężne zwarcia. W efekcie sprzęt, który nie został bezpośrednio dotknięty ogniem, ulega całkowitemu i nieodwracalnemu zniszczeniu na skutek zalania. Często straty wynikające z samej akcji gaśniczej przewyższają te wywołane przez pierwotny pożar;
• korozja i osady – woda sieciowa zawiera minerały i zanieczyszczenia. Po jej odparowaniu na delikatnych obwodach drukowanych oraz wewnątrz układów scalonych pozostaje osad, który inicjuje procesy korozyjne, trwale eliminując sprzęt z dalszej eksploatacji;
• przerwanie ciągłości działania (Business Continuity) – usunięcie skutków zalania tradycyjną wodą wymaga całkowitego wyłączenia zasilania obiektu czy wielodniowego, kosztownego osuszania oraz wymiany infrastruktury. W biznesie B2B taki przestój (downtime) powoduje straty finansowe i wizerunkowe, które dla wielu firm okazują się niemożliwe do odrobienia.

Stałe Urządzenia Gaśnicze Gazowe (SUG Gazowe)

Współczesne, automatyczne zabezpieczenie przeciwpożarowe serwerowni bardzo często opiera się na technologii gazowej. Jest to rozwiązanie nie tylko bezszkodowe dla delikatnej elektroniki, ale również niezwykle szybkie w działaniu. System gaszenia gazem serwerowni (klasyfikowany formalnie jako Stałe Urządzenie Gaśnicze – SUG) ma na celu ugaszenie pożaru w czasie krótszym niż 10 sekund od momentu wykrycia zagrożenia, zanim ogień wyrządzi zauważalne szkody strukturalne.

Mechanizm działania i rodzaje gazów

W zależności od specyfiki chronionego obszaru oraz założeń projektowych, w instalacjach SUG stosuje się dwa rodzaje mediów gaśniczych:

• gazy obojętne (naturalne, np. Argon, Azot, Inergen) – ich działanie polega na fizycznym wyparciu tlenu z chronionego pomieszczenia. System obniża stężenie tlenu w powietrzu z poziomu około 21% do wartości poniżej 15%. W takim środowisku proces spalania zostaje natychmiast przerwany, jednak stężenie to pozostaje bezpieczne dla ludzi przebywających wewnątrz podczas ewakuacji;
• gazy chemiczne (fluorowane węglowodory, np. FK-5-1-12 / znany wcześniej jako Novec 1230, FM-200) – działają na zasadzie chemicznego inhibitora. Pobierają energię termiczną z płomienia i blokują wolne rodniki uczestniczące w reakcji łańcuchowej spalania. Są skrajnie efektywne i wymagają znacznie mniejszej przestrzeni na butle gaśnicze niż gazy obojętne.

Zalety technologii gazowej

Głównym powodem, dla którego inwestorzy wybierają systemy gaśnicze do serwerowni oparte na gazie, jest ich całkowita neutralność dla sprzętu IT. Gazy te są tzw. „czystymi środkami gaśniczymi” – nie przewodzą prądu, nie powodują szoku termicznego delikatnych układów scalonych i po zakończeniu akcji pożarowej po prostu odparowują, nie pozostawiając żadnych osadów, pyłów ani wilgoci. Ponadto gaz charakteryzuje się doskonałą zdolnością penetracji – wnika głęboko do wnętrza szaf rackowych i obudów serwerów, tłumiąc ogień u źródła.

Wymagania konstrukcyjne i ograniczenia

Aplikacja systemu gazowego wiąże się jednak z rygorystycznymi wymogami inżynieryjnymi. Aby gaszenie gazem serwerowni było skuteczne, pomieszczenie musi charakteryzować się idealną szczelnością (tzw. hermetycznością). Wszelkie przepusty kablowe i dylatacje muszą być gazoszczelne, co weryfikuje się za pomocą specjalistycznego testu pneumatycznego – Door Fan Test. Dodatkowo, gwałtowny wyrzut gazu pod wysokim ciśnieniem wytwarza dwa zjawiska, które należy skompensować na etapie projektu:

• wzrost ciśnienia w pomieszczeniu – wymaga instalacji tzw. klap odciążających, które otwierają się na ułamek sekundy, chroniąc konstrukcję ścian i drzwi przed uszkodzeniem;
• fale akustyczne – gwałtowny wypływ gazu przez standardowe dysze generuje hałas o natężeniu przekraczającym 130 dB. Taki poziom wibracji akustycznych może doprowadzić do mechanicznego uszkodzenia talerzy i głowic w pracujących dyskach twardych (HDD). Z tego powodu w nowoczesnych centrach danych obligatoryjnie stosuje się tzw. dysze ciche, które rozpraszają strumień gazu i obniżają poziom hałasu do bezpiecznych wartości.

Systemy mgły wodnej (wysokociśnieniowej)

W odpowiedzi na ograniczenia systemów gazowych, nowoczesna inżynieria bezpieczeństwa rozwinęła technologię, która redefiniuje wykorzystanie wody w sektorze IT. Mgła wodna wysokociśnieniowa jako system ppoż. w serwerowni to zaawansowane rozwiązanie, które pozwala na gaszenie pożarów urządzeń pod napięciem przy użyciu minimalnej ilości medium gaśniczego, eliminując ryzyko zalania struktury sprzętowej.

Mechanizm generowania mikrokropel

Klasyczne instalacje gaśnicze uwalniają krople wody o średnicy powyżej 1 mm, które grawitacyjnie opadają na powierzchnię, powodując zniszczenia mechaniczne i zwarcia. Systemy mgłowe pracują na skrajnie wysokich ciśnieniach (często rzędu 100-140 barów), tłocząc czynnik gaśniczy przez specjalnie zaprojektowane dysze mikroperforowane.

W efekcie strumień zostaje rozbity na mikroskopijne krople o średnicy poniżej 100 mikronów (dla porównania warto wspomnieć, że ludzki włos ma grubość ok. 70 mikronów). Tak drobna struktura fizyczna sprawia, że ciecz zachowuje się bardziej jak gaz – unosi się w powietrzu i tworzy jednorodną chmurę mgłową.

Sposób gaszenia – chłodzenie i inertyzacja

Wysokociśnieniowa mgła wodna likwiduje pożar dwutorowo, wykorzystując unikalne właściwości termodynamiczne wody:

• ekstremalne chłodzenie (odbiór ciepła) – ze względu na rozdrobnienie kropel, całkowita powierzchnia wymiany ciepła wzrasta tysiąckrotnie w stosunku do tradycyjnego strumienia wody. Gdy mgła trafia w strefę objętą pożarem, natychmiast odparowuje. Proces gwałtownej zmiany stanu skupienia (z cieczy w parę) pochłania gigantyczne ilości energii termicznej, drastycznie obniżając temperaturę w otoczeniu ognia i uniemożliwiając jego dalszą propagację;
• lokalna inertyzacja (wyparcie tlenu) – w momencie odparowania, woda zwiększa swoją objętość ponad 1600-krotnie. Powstająca mgła wodna lokalnie wypiera tlen z bezpośredniego sąsiedztwa ogniska pożaru, dusząc go w zarodku.

Zalety i wyzwania stosowania mgły wodnej

Głównym atutem wysokociśnieniowej mgły wodnej jest skuteczność w obiektach nieszczelnych i wielkokubaturowych typu Hyper-scale Data Center, gdzie stała wentylacja uniemożliwiłaby działanie systemów gazowych. Dodatkowo medium to jest w pełni bezpieczne dla ludzi, a koszty jego odtworzenia po akcji gaśniczej są bliskie zeru. 

Choć technologia posiada certyfikaty na gaszenie urządzeń pod napięciem (nawet do 35 kV), obecność wilgoci wymusza instalację systemów osuszających w celu ochrony sprawnych komponentów. Trzeba również pamiętać, że wysokie koszty początkowe generują konieczność montażu dedykowanych stacji pompowych oraz rurociągów ze stali nierdzewnej.

Gaz vs mgła wodna – porównanie

Wybór odpowiedniej technologii gaśniczej rzadko jest kwestią przypadku – najczęściej wynika z analizy ryzyka, budżetu oraz uwarunkowań architektonicznych budynku. Poniższa tabela zestawia parametry operacyjne, techniczne, a także ekonomiczne, jakie charakteryzują systemy gazowe i mgłę wodną.

Kryterium techniczne/operacyjne	Systemy gazowe (SUG)	Wysokociśnieniowa mgła wodna
Wpływ na czułą elektronikę (IT)	Neutralny. Gaz jest „czystym środkiem”, nie przewodzi prądu i nie pozostawia żadnych osadów.	Minimalny. Wymaga jednak sprawnej wentylacji i szybkiego osuszenia pomieszczenia po akcji.
Wymóg szczelności obiektu	Krytyczny. Pomieszczenie musi przejść rygorystyczny Door Fan Test. Niezbędne klapy odciążające.	Niski / Brak. System zachowuje skuteczność w pomieszczeniach nieszczelnych i otwartych.
Czas gaszenia i reakcji	Ekstremalnie szybki. Pełny wyrzut gazu następuje w czasie poniżej 10 sekund od detekcji.	Szybki. Czas reakcji zależy od konfiguracji systemu (zalewowy lub suchy-zamknięty).
Zagrożenie akustyczne (dyski HDD)	Wysokie. Wymaga obligatoryjnego stosowania specjalistycznych dysz cichych (silent nozzles).	Brak. Generowane wibracje nie wpływają na pracę mechanicznych dysków twardych.
Bezpieczeństwo dla personelu	Zależne od medium (gazy obojętne drastycznie obniżają tlen, wymagana natychmiastowa ewakuacja).	Całkowite. Woda jest neutralna dla zdrowia, brak ryzyka uduszenia człowieka.
Koszty ponownego napełnienia (Post-discharge)	Bardzo wysokie. Ponowne napełnienie baterii butli gazem chemicznym lub obojętnym to duży wydatek.	Znikome. Kosztem jest wyłącznie standardowa, przefiltrowana woda z sieci oraz energia pomp.
Zapotrzebowanie na przestrzeń	Średnie/wysokie. Konieczność wydzielenia dedykowanego pomieszczenia na baterie butli pod ciśnieniem.	Niskie. Zbiornik i kompaktowa stacja pompowa mogą być zlokalizowane w dowolnym miejscu budynku.
Zastosowanie optymalne	Małe i średnie serwerownie, archiwa, pomieszczenia UPS, obiekty o nienagannej szczelności.	Wielkokubaturowe centra danych, obiekty typu Hyper-scale, serwerownie z ciągłą wentylacją.

Systemy wczesnej detekcji 

Nawet najbardziej zaawansowane media gaśnicze – czy to gaz chemiczny, czy wysokociśnieniowa mgła wodna – nie zabezpieczą infrastruktury IT, jeśli zostaną uruchomione zbyt późno. W środowiskach o tak wysokiej dynamice przepływu powietrza, tradycyjne punktowe czujki dymu (optyczne lub termiczne) montowane na suficie są niewystarczające. 

Zanim dym pokona opór strumienia powietrza z klimatyzacji precyzyjnej i dotrze do sensora, pożar wewnątrz szafy rackowej może znajdować się już w fazie rozwiniętej. Dlatego nowoczesna ochrona ppoż. serwerowni opiera się na systemach wczesnej detekcji dymu, wśród których standardem branżowym są systemy zasysające.

Jak działa system zasysający?

System zasysający nie czeka, aż dym samoistnie dotrze do czujki. Składa się on z sieci rur perforowanych (z otworami ssącymi), które są wprowadzane bezpośrednio w miejsca o najwyższym ryzyku:

• do wnętrza szaf serwerowych,
• w pobliżu czerpni powietrza klimatyzacji precyzyjnej,
• w przestrzenie podpodłogowe (pod podłogę podniesioną) oraz nad sufity podwieszane.

Zintegrowana w centrali turbina ssąca w sposób ciągły pobiera próbki powietrza z chronionych stref i transportuje je do komory detekcyjnej. Tam, za pomocą zaawansowanego detektora laserowego, analizowany jest stopień czystości powietrza.

Fazy alarmowania a aktywacja gaszenia

Systemy zasysające charakteryzują się czułością nawet kilkaset razy większą od klasycznych czujek punktowych. Pozwala to na wykrycie pożaru w tzw. fazie inkubacji (pirolizy) – np. w momencie, gdy izolacja kabla zaczyna się przegrzewać i wydzielać niewidoczne dla ludzkiego oka mikrocząstki, zanim jeszcze pojawi się jakikolwiek płomień. Wielopoziomowa struktura alarmów pozwala na elastyczne zarządzanie kryzysem:

• Alarm 1 (alert/weryfikacja) – wykrycie pierwszych anomalii. Informacja trafia do obsługi technicznej/NOC (Network Operations Center) w celu manualnego sprawdzenia konkretnej szafy rackowej.
• Alarm 2 (działanie) – potwierdzenie wzrostu stężenia cząstek stałych. Automatyczne systemy mogą w tym momencie odciąć zasilanie niesprawnego segmentu urządzeń lub zmienić tryb pracy wentylacji.
• Alarm 3 (pożar/wyzwolenie systemów gaśniczych) – ostateczne potwierdzenie zagrożenia. Centrala ppoż. rozpoczyna procedurę odliczania do zrzutu gazu lub uruchomienia sekcji mgłowej.

Bezpieczna serwerownia – wybierz technologię dopasowaną do Twoich potrzeb

Wybór między systemem gazowym a mgłą wodną zależy od kubatury i szczelności obiektu. Gaz stanowi bezkompromisowe rozwiązanie dla mniejszych, w pełni hermetycznych serwerowni, gwarantując stuprocentową bezinwazyjność. Z kolei wysokociśnieniowa mgła wodna to najbardziej ekonomiczna i efektywna alternatywa dla wielkokubaturowych centrów danych, w których utrzymanie pełnej szczelności konstrukcyjnej jest technicznie niemożliwe. 

Niewłaściwy dobór instalacji niesie ze sobą ryzyko kosztownych przestojów i utraty danych, dlatego warto powierzyć to zadanie profesjonalistom. Odwiedź stronę Instac, skonsultuj się z naszymi inżynierami, a przeprowadzimy profesjonalny audyt Twojego obiektu i zaprojektujemy system ppoż., który optymalnie zabezpieczy daną infrastrukturę IT!