ЦОДы выбирают между эффективностью и пожароопасностью

Внедрение технологий искусственного интеллекта в различные бизнес-процессы постегивает цифровую трансформацию экономики, и, как следствие, увеличивает потребность в эффективной обработке информации, за которую отвечают центры обработки данных. В ближайшие 5–7 лет рынок дата-центров в России продолжит расти в среднем на 20-30 % в год, что требует ввода дополнительных энергомощностей и поиска дополнительных источников энергии. В связи с этим владельцы ЦОД внедряют литий-ионные аккумуляторы: они долговечны и помогают сократить эксплуатационные расходы.

Новый запрос рынка ЦОД

Фокусирование отрасли на повышении энергоэффективности неизбежно приведет к эволюции современных ЦОД, и задача доработки требований в части обеспечения пожарной безопасности выходит на первый план.

Литий-ионные аккумуляторы (ЛИА) становятся все востребованнее в дата-центрах благодаря ряду преимуществ:

1. Длительный срок службы —10 лет. В зависимости от катода, жизненный цикл аккумулятора может достигать 2000-6000 циклов, благодаря этому они служат не 3-5 лет, как свинцово-кислотные, а свыше 10 лет без замены, гарантируя долговечное резервное питание для критически важных систем.
2. Высокая эффективность разрядки (более высокая скорость заряда).
3. Высокая плотность энергии, малая занимаемая площадь: габариты меньше до 70%, вес — до 60% по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами.
4. Снижение стоимости эксплуатации. Не нужна зарядная комната и содержание специально обученных сотрудников для обслуживания аккумуляторов.
5. Способность работать при более высоких температурах и, как следствие, снижение затрат на охлаждение.

В последние годы литий-ионные аккумуляторы стали доступнее благодаря росту объемов производства и снижению цен, что делает их все более востребованными для систем бесперебойного электроснабжения.

Пожароопасность ЛИА

Недостаток использования ЛИА — их пожароопасность и отсутствие средств пожаротушения литий-ионных батарей, что является общемировой проблемой.

Основные причины возгорания:

• перезаряд из-за выхода из стоя платы управления;
• проблемы с зарядными устройствами (короткое замыкание зарядного устройства);
• внешний нагрев;
• производственные дефекты (попадание металлических частиц (примесей) в литиевый элемент или некачественный сепаратор;
• недостатки конструкции (например, внутреннее расположение элементов в батареи не обеспечивает достаточный поток воздуха для управления температурным режимом).

Потушить горящий литиевый аккумулятор не представляется возможным из-за того, что при разложении катода внутри выделяется кислород, реагирующий с литием.

Существующие системы пожаротушения способны уменьшить последствия развития теплового разгона, но не способны остановить химическую реакцию.

На рынке представлены специальные средства пожаротушения ЛИА — жидкие составы, например, LiSafe от ООО «ЭГИДА ПТВ»; специальные порошковые модели, однако многие из них пока находятся на стадии активного тестирования или испытаний. Кроме того, на сегодняшний день отсутствует способ доставки средства пожаротушения внутрь аккумуляторной батареи.  Поэтому основной задачей по предотвращению развития пожара на сегодняшний день остается изоляция горящей батареи от других близко расположенных горючих материалов и контроль полного выгорания батареи.

В соответствии с СП 541.1325800.2024, тип применяемых аккумуляторных батарей (АКБ) определяют в проекте и в зависимости от выбранного типа АКБ предусматривают мероприятия по обеспечению противопожарной и экологической безопасности.

Нормативная база: новые требования и пробелы

При создании системы пожарной безопасности ЦОД проектировщику необходимо учесть множество факторов. Основными являются объемно-планировочные решения здания. Кроме того, важны системы противопожарной защиты и их интеграция с инженерным оборудованием.

В обновленном СП 541.1325800.2024 «Здания и сооружения центров обработки данных. Правила проектирования» определены новые требования, в том числе:

• требования к конструктивному исполнению ограждающих конструкций встроенных и пристроенных ЦОД;
• требования к выделению технических помещений;
• требования для встроенных и пристроенных дизель-генераторных установок (ДГУ);
• требования по оснащению автоматическими установками пожаротушения.

Вместе с тем есть ряд важных вопросов, связанных с применением литиевых АКБ, которые нормативная база не охватывает:

1. Требования по размещению АКБ. Установки бесперебойного питания с АКБ лучше рассредоточить таким образом, чтобы возгорание и тушение одной из них не влияло на работу другой и все энергоснабжение дата-центра. Обеспечить выполнение данного условия можно в том числе с помощью моделирования пожара. Программа дает возможность быстро и удобно создавать, редактировать и анализировать сложные модели развития пожара и представляет собой графический интерфейс пользователя для FDS или российский продукт, использующий отечественные вычислительные ядра, например, «Сигма ПБ».
2. Контроль состояния батареи и отключение при достижении критических значений. Напряжение и температура — это параметры батареи, которые могут рассказать о ее состоянии все. Каждая литиевая АКБ имеет встроенную систему управления BMS (Battery Management System), которая осуществляет непрерывный контроль температуры и напряжения. Своевременное отключение дает батарее шанс остыть самостоятельно.
3. Локальное охлаждение батареи во время критических ситуаций, связанных с перегревом, позволит предотвратить пожар или сильно уменьшить масштаб бедствия.
4. Оценка пожарного риска — важное звено в системе обеспечения пожарной безопасности ЦОД. Для проведения расчетов требуются параметры пожарной опасности ЛИА, которые возможно определить методами моделирования и анализа (термодинамическое моделирование, анализ продуктов пиролиза и горения, моделирование тепломассообменных процессов).

Кроме того, целесообразно сравнить прогнозируемые показатели пожарной опасности ЛИА при пожаре с натурными испытаниями.

ЦОД будущего

По прогнозам аналитиков, в будущем ЦОД  станут умнее, с минимальным участием человека в операциях, возможны полностью роботизированные серверные с автоматическими «роботами-руками» для замены вышедших из строя компонентов.

Интеллектуальная система противопожарной защиты, исключающая возможность повреждения оборудования при пожаре, должна стать частью дата-центра будущего.