Engenharia de extração de fumos num centro de dados.

Incêndio & extração de fumos: a boa estratégia para as salas IT

O incêndio em meio técnico ventilado: uma abordagem específica

A EOLIOS foi mandatada para um estudo de extração de fumos de um centro de dados de alta densidade, onde os riscos ligados ao incêndio não podiam ser tratados por uma abordagem convencional. O hall analisado, representativo das outras salas do edifício, é concebido para alojar cerca de 400 baias informáticas, ou seja, uma carga térmica total de mais de 4 MW, integralmente dissipada por um sistema de refrigeração por ar insuflado na galeria técnica.

Este nível de potência, conjugado com a densidade da implantação, implica uma forte concentração de materiais combustíveis, de fontes de calor e de circulação de ar, num espaço ao mesmo tempo compartimentado e altamente técnico.

Garantir a segurança dos bombeiros: estudo da sustentabilidade

Ao contrário de um edifício aberto ao público, o edifício não tem vocação para ser ocupado permanentemente. Contudo, a regulamentação de segurança aplicável impõe garantir condições sustentáveis para as operações de combate a incêndios, nomeadamente em termos de visibilidade, de temperatura e de radiação térmica.

Esta exigência aplica-se na ausência de extração de fumos de acionamento automático: a ativação permanece voluntária, realizada no local após avaliação pelos serviços de socorro. O sistema deve, portanto, ser capaz de restabelecer condições favoráveis mesmo se o incêndio já tiver começado.

A problemática a resolver consistia em identificar as configurações críticas de um fogo localizado ou propagado, e em avaliar a capacidade do sistema de extração de fumos para evacuar o fumo sem agravar a combustão. Era preciso compreender quando e em que condições uma intervenção podia ser considerada, tendo em conta o comportamento das instalações técnicas, em particular a reciclagem de ar pelos fanwalls, o papel do plénum de insuflação e a geometria do edifício.

A simulação devia igualmente integrar 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 as temperaturas ambientes.

Em suma, o objetivo não era apenas validar o dimensionamento da extração de fumos e dos sistemas de socorro, mas sobretudo compreender a sua dinâmica real num ambiente complexo, a fim de fornecer ao cliente e às autoridades de controlo uma visão precisa e fundamentada da segurança do local.

Simulação CFD de um incêndio de data hall

Criação de um modelo realista adaptado às configurações de centros de dados

Para responder aos objetivos do estudo e fornecer uma visão realista e preditiva dos fenómenos de incêndio no data hall, a EOLIOS implementou uma abordagem baseada na simulação numérica em dinâmica dos fluidos. A ferramenta utilizada, o Fire Dynamics Simulator (FDS), é uma referência internacional em modelação de incêndios. Desenvolvido pelo National Institute of Standards and Technology (NIST), permite simular com precisão a propagação dos fumos, a evolução das temperaturas e o comportamento do ar em ambientes complexos.

A primeira etapa consistiu em construir um modelo 3D fiel à geometria real da sala, integrando todos os elementos que influenciam o escoamento: compartimentação dos corredores, implantação precisa das baias informáticas, alturas de teto, galerias técnicas, plénuns de insuflação e sistemas de retorno de ar.

Uma atenção particular foi dada à representação dos dispositivos de tratamento de ar, neste caso os fanwalls, e aos diferentes pontos de troca de ar entre volumes. As comportas de extração de fumos, as grelhas de insuflação e as entradas de ar fresco foram igualmente representadas a fim de avaliar o seu papel nos mecanismos de extração de fumos uma vez ativados.

A malha adotada para este estudo permitiu atingir uma resolução fina, com mais de cem milhões de células ativas, assegurando uma restituição fiel dos gradientes de temperatura, de fumo e de velocidade.

Identificação dos focos de incêndio potenciais

Foram definidos três cenários de incêndio para cobrir as principais configurações críticas segundo a posição do foco:

• A

  Cenário A — fogo em início de corredor.

• B

  Cenário B — fogo em fim de corredor, perto das unidades de tratamento de ar.

• C

  Cenário C — fogo em meio de corredor.

Para cada um destes casos, foram estudadas duas variantes: fogo sem propagação (uma única baia em fogo) e fogo com propagação (extensão às baias adjacentes a cada dois minutos, com modelação do acionamento dos aspersores).

Dimensionamento do fogo e papel dos aspersores

O comportamento do fogo foi representado de forma realista, a partir de dados provenientes da literatura científica sobre a inflamação das baias informáticas. A potência térmica definida corresponde a um caso representativo de um fogo ventilado em ambiente de centro de dados.

Cada simulação foi conduzida ao longo de um período de várias dezenas de minutos, a fim de observar os efeitos diferidos do fogo no ambiente e de avaliar o impacto de um acionamento da extração de fumos a meio percurso. Esta escolha de janela temporal permitiu analisar simultaneamente a fase de subida em potência do fogo e a fase de estabilização pós-aspersor, com ou sem intervenção da extração de fumos.

Por fim, para cada cenário, a EOLIOS extraiu as grandezas físicas pertinentes à altura de homem: temperatura, visibilidade, fluxo térmico radiado e velocidade de escoamento do ar. Estes dados foram analisados segundo os limiares de sustentabilidade reconhecidos pela regulamentação francesa e pelas normas internacionais, permitindo uma avaliação objetiva da viabilidade de uma intervenção humana em ambiente com fumo.

Análise das condições de combate a incêndios

Efeitos de um fogo contido (1 baia)

As simulações conduzidas no âmbito dos cenários de fogo localizado mostraram que o ambiente interior permanecia controlado. Quando apenas uma baia é atingida pelo fogo, a carga térmica mantém-se moderada e os efeitos térmicos ficam limitados à vizinhança imediata do foco. À altura de homem, as temperaturas não ultrapassam os limiares críticos de intervenção, e os fluxos térmicos radiados mantêm-se abaixo dos limites admitidos para garantir a segurança dos intervenientes.

A propagação dos fumos mantém-se igualmente contida neste tipo de configuração. Graças à eficácia da compartimentação vertical e à presença da insuflação em falso-piso, os fumos tendem a concentrar-se nas camadas altas, formando uma estratificação estável que afeta muito pouco as zonas de circulação. O sistema de ventilação mecânica, sempre ativo, contribui para limitar a difusão horizontal destes fumos sem criar sobrepressão desfavorável. Assim, a visibilidade global é satisfatória na maior parte da instalação, incluindo nos corredores adjacentes.

Este comportamento valida a estratégia de base adotada para a organização do data hall: canalização dos fluxos de ar, compartimentação das zonas de insuflação e de retorno, e separação nítida entre circuitos de evacuação e zonas de propagação potencial. Nestas condições, o socorro pode intervir rapidamente sem esperar a ativação do sistema de extração de fumos, uma vantagem maior em caso de fogo detetado numa fase precoce.

O impacto da propagação na visibilidade e nas temperaturas

Quando o fogo se propaga a várias baias, sob o efeito térmico ou por falta de deteção precoce, as condições de intervenção degradam-se significativamente. Os resultados ilustram uma subida rápida das temperaturas nos corredores em causa, ultrapassando 100 °C à altura de homem nos casos mais desfavoráveis. A propagação modifica localmente os fluxos de ar, nomeadamente na vizinhança das unidades de tratamento de ar, o que pode gerar um efeito de recirculação dos gases quentes para as zonas de retorno.

Este fenómeno de circuito fechado cria bolsas de ar sobreaquecido em certas zonas do hall, mesmo à distância do fogo, tornando difícil ou mesmo temporariamente impossível o deslocamento do socorro sem proteção reforçada. Além disso, a combustão prolongada de várias baias ricas em plásticos gerou uma importante produção de fuligem, acarretando uma queda rápida da visibilidade abaixo dos limiares exigidos. A partir do décimo minuto, certas zonas do hall tornavam-se totalmente opacas, tornando impossível uma navegação segura sem equipamento adaptado.

As galerias técnicas, ligadas aos volumes principais por caminhos de cabos ou condutas de ventilação, sofrem elas também uma subida de temperatura e uma contaminação progressiva pelos fumos, limitando as possibilidades de acesso indireto ao foco. Nestes cenários, a extração de fumos deve ser ativada para restabelecer condições de visibilidade mínimas e limitar a subida de carga térmica do edifício.

Efeito dos sistemas de extração de fumos na segurança contra incêndios

As simulações confirmam a eficácia do sistema de extração de fumos tal como concebido, desde que seja acionado manualmente no bom momento. Nos cenários testados, a ativação das comportas de extração de fumos a partir do décimo quarto minuto inicia uma dinâmica favorável de renovação de ar, evacuando os fumos estagnados e reduzindo progressivamente a temperatura nas zonas de circulação.

Este mecanismo atua com uma certa inércia, mas os seus efeitos tornam-se sensíveis nos cinco a seis minutos seguintes ao acionamento. As camadas de gases quentes são aspiradas pelos exutórios e substituídas por ar fresco introduzido a partir dos níveis baixos ou das zonas tampão, contribuindo para restabelecer volumes acessíveis ao nível do solo. Isto melhora a visibilidade mas reduz também a pressão térmica sobre as estruturas sensíveis e os materiais ainda não atingidos pelo fogo.

Associada ao sistema de aspersores, que limita a intensidade calorífica do fogo, a extração de fumos estabiliza a situação e abre uma janela de intervenção para o socorro. As simulações mostram que a combinação destes dois sistemas técnicos pode restabelecer uma atmosfera sustentável na maior parte do data hall em poucos minutos, mesmo em caso de propagação inicial, confirmando a importância de uma coordenação fina entre deteção, extinção e extração para garantir uma gestão eficaz do fogo neste tipo de ambiente técnico.

O contributo da EOLIOS: a especialidade do desempenho ao fogo

Ferramentas numéricas ao serviço do desempenho ao fogo

Perante ambientes tão específicos como as salas informáticas de forte densidade energética, as ferramentas convencionais de análise de incêndio mostram rapidamente os seus limites. Para este projeto, a EOLIOS aplicou uma modelação avançada para representar com precisão os efeitos reais de um fogo num data hall moderno. O uso do software FDS, associado a uma modelação 3D completa do local, permitiu simular cenários simultaneamente representativos e exploráveis, integrando as interações complexas entre dispositivos de insuflação, compartimentação, recirculação de ar e extração de fumos.

Para além da modelação, a EOLIOS estruturou o estudo de modo a fornecer indicadores claros: temperatura, visibilidade, radiação térmica, condições de sustentabilidade. Cada parâmetro foi analisado à altura de homem, com uma atenção particular dada aos limiares admissíveis para uma intervenção humana prolongada. Esta abordagem pragmática, centrada nas necessidades operacionais, permite avaliar não só o desempenho intrínseco das instalações mas também a sua eficácia em situação real.

Uma abordagem clara, fiável e valorizável junto das autoridades

O estudo distinguiu-se igualmente pela sua capacidade de reunir as partes interessadas do projeto em torno de uma compreensão partilhada dos desafios. Os resultados foram apresentados sob a forma de relatórios ilustrados, de extratos de vídeo das simulações e de cartografias espácio-temporais, facilitando a sua apropriação pela dona de obra, pelos exploradores, pelos gabinetes de controlo e pelos serviços de incêndio e de socorro. Esta pedagogia técnica é uma das forças da EOLIOS, combinando rigor metodológico e capacidade de tornar a informação inteligível e diretamente explorável.

Por fim, este estudo constitui uma ferramenta preciosa de diálogo com as autoridades administrativas. Demonstra que o local não só respeita as exigências regulamentares, como também foi objeto de uma diligência voluntária de antecipação e de otimização do risco de incêndio. Neste sentido, ultrapassa a simples validação de conceção para refletir resiliência, desempenho e responsabilidade técnica.