Engenharia de extração de fumos num centro de dados
Ingénierie du désenfumage dans un data center
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Antecedentes do projeto de extração de fumos num centro de dados
Compreende as especificidades regulamentares e técnicas de uma sala de dados de alta densidade
No âmbito da construção de um novo centro de dados, um importante interveniente do sector solicitou àEOLIOS a realização de um estudo de extração de fumos, com o objetivo de avaliar as condições de segurança dos intervenientes em caso deincêndio numa sala de computadores.
Este centro de dados, concebido para albergar várias centenas de racks de computadores de alta densidade, apresenta questões críticas de segurança contra incêndios. O projeto insere-se num contexto regulamentar exigente, onde devem coexistir a proteção das pessoas e a continuidade de serviço das infra-estruturas digitais. Embora o local não esteja classificado como ERP, a segurança dos intervenientes, nomeadamente dos bombeiros, continua a ser uma questão fundamental.
O estudo encomendado à EOLIOS tinha dois objectivos:
- Validar a capacidade do sistema de extração de fumos para restabelecer as condições de segurança para os serviços de emergência em caso de incêndio numa sala cheia de armários de computadores.
- Identificar as zonas de inacessibilidade temporária, tendo em conta a localização do incêndio, as condições de propagação e o comportamento do sistema de extração de fumos.
Problemas de incêndio e estratégias de extração de fumo em salas de TI
Incêndio em ambientes técnicos ventilados: uma abordagem específica
O estudo de extração de fumos confiado à EOLIOS insere-se no âmbito de um projeto de centro de dados com uma elevada densidade informática, onde os riscos associados aoincêndio não podem ser tratados através de uma abordagem convencional. A sala analisada, representativa das restantes salas do edifício, foi concebida para albergar cerca de 400 postos de computadores, o que representa uma carga térmica total superior a 4 MW, que é dissipada por um sistema de arrefecimento de ar forçado na galeria técnica.
Este nível de potência, combinado com a densidade do layout, implica uma elevada concentração de materiais combustíveis, fontes de calor e circulação dear, num espaço ao mesmo tempo compartimentado e altamente técnico.
Objetivo do estudo: garantir a tenacidade dos serviços de emergência
Ao contrário de um estabelecimento aberto ao público, o edifício não se destina a ser ocupado de forma permanente. No entanto, as normas de segurança aplicáveis exigem que sejam garantidas as condições para que os bombeiros possam intervir, nomeadamente em termos de visibilidade, temperatura e radiação térmica.
Esta exigência aplica-se na ausência de um sistema de extração de fumos de acionamento automático: a ativação continua a ser voluntária, sendo efectuada no local após avaliação pelos serviços de emergência. O sistema deve, portanto, ser capaz de restabelecer condições favoráveis mesmo que oincêndio já tenha começado.
O problema a resolver consistia em identificar as configurações críticas de um incêndio localizado ou propagado e avaliar a capacidade do sistema de extração de fumos para evacuar o fumo sem agravar a combustão. Era necessário perceber quando e em que condições se poderia prever uma intervenção, tendo em conta o comportamento das instalações técnicas, nomeadamente a reciclagem do ar através dos ventiladores, o papel do plenum de alimentação e a geometria do edifício.
A simulação teve também de ter em conta o efeito dos aspersores, que, embora eficazes para limitar a propagação do fogo, podem não ser suficientes para garantir uma visibilidade suficiente ou para baixar rapidamente a temperatura ambiente.
Em suma, tratava-se não só de validar o dimensionamento do sistema de extração de fumos e dos meios de emergência, mas sobretudo de compreender a dinâmica real num ambiente complexo, a fim de fornecer ao dono da obra e às autoridades de tutela uma visão precisa e fundamentada da segurança do local.
Simulação CFD de um incêndio numa sala de dados
Criação de um modelo realista adaptado às configurações dos centros de dados
Para cumprir os objectivos do estudo e fornecer uma visão realista e preditiva dos fenómenosde incêndio na sala de dados, o EOLIOS implementou uma abordagem baseada na simulação numérica em dinâmica de fluidos. A ferramenta utilizada para esta missão, o Fire Dynamics Simulator (FDS), é uma referência internacional no domínio da modelação de incêndios. Desenvolvido pelo National Institute of Standards and Technology (NIST), permite a simulação precisa da propagação do fumo, da evolução da temperatura e do comportamento do ar em ambientes complexos.
A primeira fase do trabalho consistiu em construir um modelo 3D fiel à geometria real da sala, integrando todos os elementos que influenciam os fluxos. A modelação teve em conta a compartimentação dos corredores, o posicionamento preciso dos compartimentos de computadores, a altura do teto, as galerias técnicas, os plenums de fornecimento de ar e os sistemas de retorno de ar.
Foi dada especial atenção à representação dos dispositivos de tratamento de ar, neste caso fanwalls, e aos vários pontos de fluxo de ar entre volumes. Foram também representados no modelo os registos de extração de fumo, as grelhas de insuflação de ar e as entradas de ar fresco, de modo a avaliar o seu papel nos mecanismos de extração de fumo quando activados.
A malha escolhida para este estudo permitiu-nos obter uma resolução fina, com mais de cem milhões de células activas, garantindo uma reprodução fiel dos gradientes de temperatura, fumo e velocidade.
Identificar potenciais fontes de incêndio
Foram definidos três cenários de incêndio para cobrir as principais configurações críticas, dependendo da posição do foco.
- Cenário A: incêndio no início de um caminho de acesso
- Cenário B: incêndio no fim do corredor, perto das unidades de tratamento de ar
- Cenário C: fogo no meio do corredor
Para cada um destes casos, foram estudadas duas variantes:
- Incêndio não propagado: um único compartimento em chamas
- Incêndio com propagação: extensão aos compartimentos adjacentes a cada dois minutos e modelação da ativação dos aspersores
Dimensionamento de incêndios e o papel dos sistemas de aspersão
O comportamento do fogo foi representado de forma realista, com base em dados da literatura científica sobre aignição de armários de computador. A potência térmica definida corresponde a um caso representativo de um incêndio ventilado num ambiente do tipo centro de dados.
Cada simulação foi realizada durante várias dezenas de minutos, a fim de observar os efeitos retardados doincêndio no ambiente e avaliar o impacto da extração de fumos desencadeada a meio do percurso. Esta escolha de tempo permitiu analisar tanto a fase de desenvolvimento do incêndio como a fase de estabilização após a extinção, com ou sem intervenção da extração de fumos.
Finalmente, para cada cenário, o EOLIOS extraiu as grandezas físicas pertinentes à altura do homem, ou seja, a temperatura, a visibilidade, o fluxo de calor radiante e a velocidade do fluxo de ar. Estes dados foram analisados de acordo com os limiares de tenacidade reconhecidos pela regulamentação francesa e pelas normas internacionais, permitindo uma avaliação objetiva da viabilidade da intervenção humana num ambiente cheio de fumo.
Análise das condições de combate a incêndios
Efeitos observados em caso de incêndio confinado (1 baía)
As simulações efectuadas no âmbito dos cenários de incêndio localizado mostraram que o ambiente interior estava sob controlo. Quando apenas um bastidor de computador é afetado peloincêndio, a carga térmica permanece moderada e os efeitos térmicos limitam-se à vizinhança imediata do incêndio. À altura do homem, as temperaturas não ultrapassam os limiares críticos para uma intervenção com resistência ao fogo e os fluxos de calor radiado permanecem abaixo dos valores-limite geralmente aceites para garantir a segurança das pessoas envolvidas.
A propagação do fumo é igualmente contida neste tipo de configuração. Graças à eficácia da compartimentação vertical e à presença de pavimentos suspensos, o fumo tende a concentrar-se nas camadas superiores, formando uma estratificação estável que tem muito pouco impacto nas zonas de circulação. O sistema de ventilação mecânica, sempre ativo, permite limitar a propagação horizontal destes fumos sem criar sobrepressões desfavoráveis. Por conseguinte, a visibilidade é geralmente satisfatória na maior parte do volume, incluindo nos corredores vizinhos.
Este comportamento valida a estratégia de base adoptada para aorganização do pavilhão de dados, ou seja, a canalização dos fluxos de ar, a compartimentação das zonas de alimentação e de retorno e a separação clara entre os circuitos de evacuação e as zonas de propagação potencial. Nestas condições, os serviços de emergência podem intervir rapidamente sem esperar pela ativação do sistema de extração de fumos, o que constitui uma vantagem importante em caso deincêndio detectado numa fase inicial.
Isotemperatura sem propagação
Impacto da propagação nas temperaturas e na visibilidade
Quando ofogo se propaga a vários compartimentos, quer devido ao efeito térmico, quer devido à falta de deteção rápida, as condiçõesde resposta deterioram-se significativamente. Os resultados mostram um aumento rápido das temperaturas nos corredores em causa, atingindo mais de 100°C à altura do homem nos piores casos. A propagação do incêndio modifica localmente os fluxos aeroeléctricos, em particular na proximidade das unidades de tratamento de ar, o que pode gerar um efeito de recirculação dos gases quentes para as zonas de recuperação.
Temperatura Iso 100°C
Este fenómeno cria bolsas dear sobreaquecido em certas zonas do pavilhão, mesmo à distância do incêndio, dificultando ou mesmo impossibilitando temporariamente a circulação dos serviços de emergência sem uma proteção reforçada. Além disso, a combustão prolongada de vários compartimentos, ricos em plásticos, gerou uma produção significativa de fuligem, levando a uma rápida diminuição da visibilidade abaixo dos limiares exigidos. A partir do décimo minuto, algumas zonas do pavilhão tornaram-se completamente opacas, impossibilitando a navegação em segurança sem equipamento adequado.
As galerias de serviço, ligadas às zonas principais através de condutas de cabos ou de ventilação, sofrem igualmente uma subida de temperatura e uma contaminação progressiva pelo fumo, limitando as possibilidades de acesso indireto ao incêndio. Nestes cenários, a extração de fumos deve ser activada para restabelecer as condições mínimas de visibilidade e limitar a acumulação térmica do edifício.
Plano de temperatura sem propagação
Plano de temperatura
Efeito dos sistemas de extração de fumo na segurança contra incêndios
As simulações confirmam aeficácia do sistema de extração de fumos tal como foi concebido, desde que seja ativado manualmente no momento certo. Nos cenários testados, a ativação das comportas de extração de fumos a partir do décimo quarto minuto inicia uma dinâmica favorável de renovação do ar, evacuando os fumos estagnados e reduzindo progressivamente a temperatura nas zonas de circulação.
Este mecanismo actua com uma certa inércia, mas os seus efeitos tornam-se visíveis cinco a seis minutos após o seu acionamento. As camadas de gases quentes são aspiradas através das aberturas e substituídas porar fresco introduzido a partir de níveis inferiores ou de zonas tampão, o que ajuda a restabelecer os volumes acessíveis ao nível do solo. Isto não só melhora a visibilidade como também reduz a pressão térmica sobre as estruturas e materiais sensíveis ainda não afectados pelo incêndio.
Plano de visibilidade
Combinada com o sistema de aspersão, que limita aintensidade térmica do incêndio, a extração de fumos estabiliza a situação e abre uma janela de oportunidade para os serviços de emergência. As simulações mostram que a combinação destes dois sistemas técnicos permite restabelecer uma atmosfera suportável na maior parte do pavilhão de dados após alguns minutos, mesmo em caso de propagação inicial.
Isto confirma a importância de uma boa coordenação entre a deteção, a extinção e a extração para assegurar uma gestão eficaz dos incêndios neste tipo deambiente técnico.
Contribuição da EOLIOS: experiência em segurança contra incêndios para centros de dados
Ferramentas digitais para o desempenho do fogo
Após a análise meteorológica, foram identificados dois ventos dominantes. Os dois ventos dominantes foram simulados. Os resultados destes estudos evidenciaram vários fenómenos aeroeléctricos com impacto nas temperaturas e nofornecimento de ar aos sistemas. Foram identificados fenómenos de looping entre os sistemas, que conduzem a um aumento das temperaturas de entrada do arrefecedor de ar. As calorias evacuadas são reconduzidas pelos mesmos sistemas ou pelos sistemas circundantes.
Estes fenómenos foram identificados principalmente nos primeiros refrigeradores de ar expostos ao vento. O vento favorece o recuo das plumas térmicas, o que amplifica os fenómenos de looping. No resto do telhado, o fenómeno é menor e mais localizado. Neste caso, deve-se principalmente a uma falta de fornecimento de ar, levando à sucção dos sistemas no topo.
A densidade dos sistemas no telhado é também propícia a estes fenómenos. A potência por m2 é particularmente elevada neste centro de dados, contribuindo para um aumento global da temperatura. Além disso, o aumento do número de sistemas no telhado também limita a circulação do ar e favorece o aparecimento de zonas de baixa velocidade propícias à estagnação de calorias. Estas zonas de estagnação foram identificadas, nomeadamente, em torno dos transformadores. As temperaturas à volta destes sistemas rondam os 50°C.
Para reduzir o looping, foi efectuado um estudo para acrescentar uma tampa aos sistemas. A adição de um revestimento opaco elimina a aspiração dos sistemas na parte superior, que está carregada de calor. As temperaturas registadas com esta nova conceção foram reduzidas em quase 2°C. Consequentemente, a perda de potência de refrigeração também foi reduzida, melhorando aeficiência global dos sistemas de refrigeração.
Estudo dos ventos dominantes: estratégia para reduzir o looping entre os refrigeradores de ar
Quando confrontadas com ambientes tão específicos como as salas de computadores de alta densidade energética, as ferramentas convencionaisde análise de incêndios mostram rapidamente as suas limitações. No âmbito deste trabalho, a EOLIOS conseguiu implementar uma modelação avançada para representar com precisão os efeitos reais de um incêndio numa sala de dados moderna. A utilização do software FDS, juntamente com a modelação 3D completa do local, permitiu a simulação de cenários representativos e utilizáveis, incorporando as interações complexas entre os sistemas de fornecimento de ar, a compartimentação, a recirculação do ar e a extração de fumos.
Para além da modelização, a EOLIOS estruturou oestudo de modo a fornecer indicadores claros: temperatura, visibilidade, radiação térmica, condições de resistência, etc. Cada parâmetro foi analisado à altura do homem, com especial atenção aos limiares admissíveis para uma intervenção humana prolongada. Esta abordagem pragmática, centrada nas necessidades operacionais, permite-nos avaliar não só o desempenho intrínseco das instalações, mas também a sua eficáciaem situações reais.
Uma abordagem clara e fiável que pode ser utilizada com as autoridades
Oestudo também se destacou pela sua capacidade de unir as partes interessadas do projeto em torno de um entendimento comum das questões. Os resultados foram apresentados sob a forma de relatórios ilustrados,extractos de vídeo das simulações e mapas espácio-temporais, tornando-os facilmente compreensíveis para o proprietário do projeto, os operadores, os gabinetes de controlo e os serviços de incêndio e salvamento. Esta abordagem técnica é um dos pontos fortes doEOLIOS, que combina o rigor metodológico com a capacidade de tornara informação inteligível e diretamente utilizável.
Por último, este estudo constitui um instrumento precioso para o diálogo com as autoridades administrativas. Mostra que o local não só está em conformidade com as exigências regulamentares, mas que foi objeto de uma abordagem voluntária deantecipação eotimização do risco de incêndio. Neste sentido, ultrapassa o quadro de uma simples validação de projeto e inscreve-se numa lógica de resiliência, de desempenho e de responsabilidade técnica. É precisamente este tipo deabordagem quea EOLIOS pretende promover junto dos seus clientes no sector dos centros de dados e noutros sectores.
Descobre mais sobre este assunto:
Resumo em vídeo do estudo
Resumo do estudo
Oestudo de extração de fumos realizado pela EOLIOS para um centro de dados de alta densidade tinha como objetivo garantir a segurança das pessoas envolvidas em caso deincêndio e validar o desempenho dos sistemas de proteção. Utilizando a modelação CFD (FDS) e um modelo 3D detalhado, foram simulados vários cenários, incorporando os efeitos dos sprinklers, da extração de fumos e das caraterísticas técnicas do local.
Os resultados mostram que, para um incêndio localizado numa baía, as condições permanecem geralmente suportáveis(temperatura, visibilidade, radiação). Por outro lado, em caso de propagação, a visibilidade diminui rapidamente, as temperaturas sobem acima dos limiares críticos e certas zonas tornam-se inacessíveis.
A ativação controlada da extração de fumo, especialmente em conjunto com os sprinklers, pode restaurar as condições favoráveis após alguns minutos e abrir uma janela de oportunidade para os serviços de emergência.
Para além das simulações, o estudo produziu indicadores claros (tenabilidade, fluxos de calor, estratificação do fumo) e materiais didácticos (vídeos, mapas), facilitando o diálogo com o proprietário do projeto, os operadores e as autoridades.
Esta abordagem ilustra a capacidade da EOLIOS de combinar o rigor científico e a formação técnica, oferecendo uma visão operacional do risco de incêndio. Ultrapassa a simples validação regulamentar para ter em conta a resiliência, o desempenho e a responsabilidade.
Resumo em vídeo da missão
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