Переосмысление стратегий противопожарной защиты при использовании литий-ионных аккумуляторов в центрах обработки данных

Марк Суски пишет, что по мере того, как литий-ионные аккумуляторы преобразуют системы электропитания центров обработки данных, стратегии противопожарной защиты должны развиваться, чтобы решать уникальные проблемы безопасности.

Быстрое внедрение литий-ионных аккумуляторов в современных центрах обработки данных кардинально меняет подход к резервированию и хранению энергии. Хотя эти передовые аккумуляторы обладают значительными преимуществами по сравнению с традиционными свинцово-кислотными системами, они также создают сложные проблемы пожарной безопасности, требующие специальных стратегий защиты и соответствия меняющимся нормативным требованиям.

По мере внедрения новых технологий в центрах обработки данных требования к противопожарной защите должны пересматриваться и изменяться соответствующим образом.

За последние годы ряд значительных технологических достижений и изменений — искусственный интеллект, возросшие требования к электропитанию и охлаждению — побудили инженеров по пожарной безопасности и операторов центров обработки данных пересмотреть стратегии противопожарной защиты, которые они ранее реализовывали в крупных центрах обработки данных.

Хотя можно было бы рассмотреть различные изменения, в данной статье основное внимание будет уделено растущему использованию литий-ионных аккумуляторов и тому, как изменения в кодексах влияют на традиционные стратегии противопожарной защиты.

Рост популярности литий-ионных аккумуляторов в центрах обработки данных

Использование литий-ионных аккумуляторов в источниках бесперебойного питания (ИБП) и стоечных резервных аккумуляторных батареях в центрах обработки данных за последние годы возросло в геометрической прогрессии по нескольким причинам, включая:

Более высокая плотность энергии при меньших размерах
Более длительная продолжительность жизни
Повышенная эффективность: до 95% накопленной энергии преобразуется в полезную мощность
Более легкая и компактная конструкция, освобождающая ценное пространство

Учитывая эти преимущества, отрасль переходит от традиционных свинцово-кислотных аккумуляторов к литий-ионным. Переход осуществляется на этапе строительства новых объектов или при замене существующих свинцово-кислотных аккумуляторов в ходе модернизации.

Современные центры обработки данных обычно используют литий-ионные аккумуляторы в двух основных конфигурациях:

Традиционные помещения для ИБП: батареи располагаются в специальном помещении, хранятся на стеллажах и электрически подключаются к ИБП.
Внутристоечное применение: компактные модульные системы накопления энергии (ESS) устанавливаются непосредственно в серверные стойки или ИТ-оборудование. Такие системы широко используются в больших залах обработки данных, где пространство ограничено, а локальная система питания имеет приоритетное значение.

Каждый метод создает уникальные проблемы в обеспечении соответствия кодексу и реализации правильных стратегий защиты.

Изменение нормативной базы и требований кодекса

Использование литий-ионных аккумуляторов и потенциальные опасности, связанные с ESS, побудили Национальную ассоциацию противопожарной защиты (NFPA) разработать новый стандарт в 2019 году.

Первая редакция NFPA 855 — «Стандарт по установке стационарных систем накопления энергии» — была выпущена в 2020 году. На тот момент единственным другим кодексом, содержащим предписывающие требования к литий-ионным ESS, был Международный кодекс пожарной безопасности (IFC) 2001 года, в котором излагались требования по противопожарной защите для ESS емкостью более 20 кВт⋅ч.

Ранние версии кодексов и стандартов содержали ограниченные рекомендации и содержали пробелы в требованиях. Сотрудники, ответственные за соблюдение кодексов, и пожарные службы полагались на специалистов по пожарной безопасности для устранения этих пробелов. По мере расширения использования ESS необходимость в разъяснении кодексов и стандартов стала первостепенной. За последние несколько циклов разработки кодексов IFC и NFPA 855 были изменены для более чёткой терминологии и корректировки стратегий защиты.

Различия между IFC 2018 и IFC 2024 затронут операторов центров обработки данных. В издании 2024 года требования главы 12 расширены для большего соответствия требованиям NFPA 855 2023 года. В нём предусмотрены расширенные требования к противопожарной защите, включая более высокую плотность спринклеров, обнаружение газа, увеличение интенсивности вентиляции и обнаружение дыма с помощью проб воздуха.

В издании IFC 2024 года также больше внимания уделяется оценкам рисков, характерных для химического состава аккумуляторных батарей, и допускается более широкое использование вариантов проектирования, основанных на эксплуатационных характеристиках, с применением моделирования выделения газа и потенциальной дефлаграции.

Изменения в NFPA 855 в редакциях 2020 и 2023 годов были аналогичны изменениям в IFC. Большинство изменений расширили требования к плотности размещения спринклеров, обнаружению газа, вентиляции и взрывобезопасности. Ещё одно существенное изменение произошло в Национальном электротехническом кодексе (NFPA 70). В редакции 2017 года был добавлен новый раздел – Статья 706: Системы накопления энергии, – который включает требования к средствам отключения, расположению ESS и вентиляции.

Региональные различия в требованиях к соблюдению

Ещё больше усложняет ситуацию то, что отдельные штаты США и крупные муниципалитеты устанавливают собственные требования. Например, для крупных проектов ESS штат Калифорния требует соблюдения стандарта NFPA 855 и консультаций с пожарной службой, а также проведения проверки объекта местным пожарным управлением или пожарным инспектором штата перед запуском.

Город Нью-Йорк требует, чтобы внутренние системы пожаротушения (ESS) устанавливались только в зданиях, полностью оборудованных спринклерной системой, если не предусмотрено иное. Пожарная служба Нью-Йорка является центральным органом в процессе утверждения. Эти списки и испытания не являются обязательными, а являются неотъемлемой частью процесса получения разрешения.

Проблемы внедрения и стратегические соображения

Что это означает для операторов центров обработки данных? При проектировании новых центров обработки данных и систем бесперебойного питания крайне важно изучить все применимые нормы, стандарты и нормативные требования, а также привлечь инженеров по пожарной безопасности на ранних этапах проектирования.

Для определения опасностей, мер по их снижению и критериев проектирования противопожарной защиты будет больше использоваться комплексная оценка рисков. Изменения оказывают наиболее существенное влияние на проекты модернизации, когда традиционные свинцово-кислотные аккумуляторы заменяются литий-ионными аккумуляторами (ESS). В таких случаях может потребоваться ряд ключевых усовершенствований:

Возможно, существующую систему спринклеров придется модифицировать, чтобы она соответствовала более высоким требованиям к проектной плотности.
Возможно, потребуется добавить системы обнаружения газа.
Необходимо оценить интенсивность вентиляции и, возможно, увеличить ее.
Могут потребоваться меры по защите от взрывов и смягчению последствий.

Системы пожаротушения и вентиляции обычно проектируются и устанавливаются на этапе первоначального строительства здания, что затрудняет их модернизацию, а зачастую и требует больших затрат. Аналогичным образом, меры по снижению взрывоопасности обычно закладываются в первоначальный проект, а модернизация существующего объекта может представлять значительные технические и финансовые трудности. По этим причинам может потребоваться изучение моделирования и других вариантов, основанных на эксплуатационных характеристиках.

В связи с ростом использования литий-ионных аккумуляторов и ужесточением требований нормативных документов крайне важно на ранних этапах проекта привлекать инженеров по пожарной безопасности, обладающих специальными знаниями в области литий-ионных аккумуляторов ESS.