某項(xiàng)目氣體滅火系統(tǒng)的選擇SelectionofGas Fire Extinguishing System in A Project

姜　卓，溫潤剛（中國中元國際工程有限公司，北京00089；邁進(jìn)工程設(shè)計(jì)咨詢（北京）有限公司，北京000）

某項(xiàng)目氣體滅火系統(tǒng)的選擇
SelectionofGas Fire Extinguishing System in A Project

姜卓1，溫潤剛2
（1中國中元國際工程有限公司，北京100089；2邁進(jìn)工程設(shè)計(jì)咨詢（北京）有限公司，北京100021）

氣體滅火的系統(tǒng)形式分為組合分配式和單元獨(dú)立式，所選用的滅火劑有七氟丙烷、二氧化碳、IG541等多種形式。近年來隨著房地產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，氣體系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。如何根據(jù)具體項(xiàng)目特點(diǎn)，選擇合適的系統(tǒng)形式及滅火劑成為設(shè)計(jì)者需要考慮的首要問題。該文針對某大型數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目氣體滅火系統(tǒng)的選擇設(shè)計(jì)作了專項(xiàng)研究。

七氟丙烷；二氧化碳；IG541；單元獨(dú)立式；組合分配式

1　工程概況

某項(xiàng)目的地下一層及一、二層設(shè)有數(shù)據(jù)中心主機(jī)房和UPS室，總面積約為3150m2及2328m2。按現(xiàn)行《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2006［1］要求，數(shù)據(jù)機(jī)房及UPS室內(nèi)需設(shè)置氣體滅火系統(tǒng)。

2　氣體滅火系統(tǒng)介紹

氣體滅火系統(tǒng)是以化學(xué)氣體為滅火劑，與探測報(bào)警系統(tǒng)相配合形成的自動(dòng)滅火系統(tǒng)。對于撲滅液體火災(zāi)、氣體火災(zāi)、電氣火災(zāi)以及固體表面火災(zāi)最為適宜。該系統(tǒng)滅火效率高，速度快，滅火后對物體不損壞，無污染，不留痕跡，開窗通風(fēng)后馬上可以恢復(fù)使用。

氣體滅火系統(tǒng)分為單元獨(dú)立式和組合分配式。由于本項(xiàng)目的數(shù)據(jù)中心機(jī)房和UPS室面積較大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)行《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50370-2005［2］中對一個(gè)防護(hù)區(qū)面積不大于800m2，同時(shí)容積不大于3600m3的要求，因此需要分為多個(gè)防護(hù)區(qū)分別進(jìn)行保護(hù)。為節(jié)約投資及占地，宜采用組合分配式系統(tǒng)，由一套氣體滅火系統(tǒng)對多個(gè)防護(hù)區(qū)同時(shí)提供保護(hù)。

組合分配式氣體滅火系統(tǒng)由并聯(lián)貯氣瓶、啟動(dòng)瓶、氣路單向閥、選擇閥、啟動(dòng)管路組成，以實(shí)現(xiàn)控制和供氣的系統(tǒng)。當(dāng)某一保護(hù)區(qū)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，該區(qū)域的報(bào)警系統(tǒng)探測到報(bào)警信號，并傳輸至報(bào)警控制盤，由報(bào)警控制盤啟動(dòng)該區(qū)域的啟動(dòng)瓶，然后再依次打開選擇閥、氣體單向閥、貯氣瓶，使滅火劑沿集流管及已打開的選擇閥，輸送到起火區(qū)域。通過啟動(dòng)管路上的單向閥和輸送管路上的選擇閥以保證啟動(dòng)設(shè)定數(shù)量的貯氣瓶，并流向設(shè)定的保護(hù)區(qū)。系統(tǒng)示意圖如圖1。

圖1　組合分配式氣體滅火系統(tǒng)工作流程示意圖

目前常用的氣體滅火系統(tǒng)有：高低壓二氧化碳滅火系統(tǒng)、七氟丙烷（FM200）滅火系統(tǒng)、IG541氣體滅火系統(tǒng)等。以下對幾種滅火系統(tǒng)分別進(jìn)行介紹。

2.1二氧化碳滅火系統(tǒng)

2.1.1滅火原理

二氧化碳為不燃燒、不助燃?xì)怏w，它在高壓或低溫狀態(tài)下被液化貯存于貯瓶中，噴放時(shí)，二氧化碳液體氣化，吸收大量熱量，可以降低起火保護(hù)區(qū)內(nèi)的溫度，同時(shí)二氧化碳?xì)怏w體積急劇膨脹，高濃度氣體稀釋被防護(hù)區(qū)內(nèi)的氧含量，起到窒息滅火的作用。

2.1.2系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

（1）設(shè)備安全性好

二氧化碳?xì)怏w易液化、易罐裝儲(chǔ)存，在制造技術(shù)上的難度小，價(jià)格較為便宜。其液化溫度受壓力影響較大，0℃時(shí)液化壓力為3.48MPa，-20℃時(shí)液化壓力為1.97MPa，液化時(shí)常采用輔助冷卻。滅火時(shí)不污染火場環(huán)境，對保護(hù)區(qū)內(nèi)的貴重設(shè)備不產(chǎn)生腐蝕和破壞作用，不僅可以撲救A、B、C類火災(zāi)，在高濃度下還能撲救固態(tài)深位火災(zāi)。

（2）傳輸距離長

二氧化碳滅火系統(tǒng)可采用組合分配式系統(tǒng)同時(shí)保護(hù)多個(gè)防護(hù)區(qū)域，按滅火劑儲(chǔ)存壓力可分為高壓系統(tǒng)和低壓系統(tǒng)，其管網(wǎng)起點(diǎn)計(jì)算壓力（絕對壓力）分別為5.17MPa和2.07MPa。而噴頭入口壓力（絕對壓力）要求為不小于1.4MPa和1.0MPa。足夠的壓差可以保證二氧化碳能夠傳輸較長的距離。

2.1.3系統(tǒng)缺點(diǎn)

（1）滅火濃度較高

對于數(shù)據(jù)機(jī)房和UPS室，二氧化碳滅火時(shí)要求的滅火濃度應(yīng)為47%和40%，而設(shè)計(jì)濃度不低于滅火濃度的1.7倍，即需要達(dá)到80%和68%，為便于儲(chǔ)存、運(yùn)輸，二氧化碳?xì)怏w必須液化，通常采用高壓液化儲(chǔ)存或低溫儲(chǔ)存。

（2）高壓系統(tǒng)缺點(diǎn)

高壓系統(tǒng)采用高壓儲(chǔ)存，壓力過高，對儲(chǔ)存環(huán)境的溫度要求比較嚴(yán)格，在夏季，要特別注意其因儲(chǔ)存環(huán)境溫度升高，鋼瓶有爆炸危險(xiǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)要求儲(chǔ)瓶間不可被陽光直接照射。為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)，高壓系統(tǒng)需要高壓氮?dú)怛?qū)動(dòng)，投資費(fèi)用高，附屬配件多，系統(tǒng)發(fā)生故障的機(jī)率增加。此外由于高壓儲(chǔ)存，年泄漏率達(dá)到5%左右，每年需要系統(tǒng)補(bǔ)壓，維護(hù)復(fù)雜。

（3）低壓系統(tǒng)缺點(diǎn)

低壓系統(tǒng)采用低壓貯存，需要將二氧化碳?xì)怏w溫度降低到-18℃至-20℃才能實(shí)現(xiàn)液化，外設(shè)制冷設(shè)備，相對高壓鋼瓶來說造價(jià)增加。此外低壓系統(tǒng)的安全性能低，一方面是由于低壓系統(tǒng)中二氧化碳從液態(tài)氣化的過程中容易形成“干冰”，而干冰又能直接升華成氣體，在升華的過程中，氣體體積成千上萬倍的劇烈膨脹，同時(shí)吸收大量的熱量，使環(huán)境溫度急劇降低，對輸送管道帶來嚴(yán)重的破壞，使管道發(fā)生冷脆而斷裂，對人員和保護(hù)區(qū)不安全。另一方面，由于氣體在膨脹過程中還能產(chǎn)生靜電，有可能起火。

（4）人員安全性差

二氧化碳雖沒有毒性，但它無法供給呼吸。當(dāng)空氣中二氧化碳含量達(dá)1%的時(shí)候，對人體就有害處；達(dá)到4%～5%時(shí)，會(huì)使人感到氣喘、頭痛、眩暈；達(dá)到10%時(shí)，會(huì)不省人事，呼吸停止，導(dǎo)致死亡。而二氧化碳的滅火濃度遠(yuǎn)高于此限值，有可能引起未能及時(shí)從防護(hù)區(qū)撤離的人員發(fā)生窒息死亡，所以在經(jīng)常有人停留或工作的場所，不可設(shè)計(jì)使用二氧化碳?xì)怏w滅火系統(tǒng)。

（5）環(huán)境影響

近年來環(huán)境保護(hù)問題得到廣泛關(guān)注，從《國家十二五戰(zhàn)略規(guī)劃》，再到近期《中美聯(lián)合關(guān)于二氧化碳排放的聯(lián)合聲明》——“綠色、低碳、減排”已經(jīng)成為社會(huì)各界生產(chǎn)、建設(shè)中考慮的重要因素。在這種背景下，二氧化碳為溫室氣體，在選用氣體系統(tǒng)滅火劑中系統(tǒng)應(yīng)謹(jǐn)慎應(yīng)用。

2.1.4適用性

該工程數(shù)據(jù)機(jī)房等防護(hù)區(qū)內(nèi)經(jīng)常會(huì)有人逗留，而該系統(tǒng)在滅火過程中有可能會(huì)產(chǎn)生干冰氣化現(xiàn)象，環(huán)境溫度的極劇下降，會(huì)對正在運(yùn)行的機(jī)器設(shè)備造成損壞，所以從人員安全性和設(shè)備安全性兩方面考慮，該系統(tǒng)不適用于此項(xiàng)目。

2.2七氟丙烷（FM200）氣體滅火系統(tǒng)

七氟丙烷是一種無色、無味的氣體，其臭氧耗損潛能值（ODP）為零，是國際認(rèn)可的潔凈氣體滅火劑中潔凈性最好，具有低毒、電絕緣性能好、滅火效率高的特點(diǎn)。

2.2.1滅火機(jī)理

與鹵代烷滅火劑的滅火機(jī)理相似，七氟丙烷系統(tǒng)屬于化學(xué)滅火的范疇。它是通過滅火劑的熱分解產(chǎn)生含氟的自由基，與燃燒反應(yīng)過程中產(chǎn)生支鏈反應(yīng)的H-、OH-、O2-活性自由基發(fā)生氣相作用，抑制燃燒過程中的化學(xué)反應(yīng)，從而來達(dá)到滅火目的。

2.2.2系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

（1）人員安全性

七氟丙烷的未觀察到不良反應(yīng)的最高濃度值為9%，應(yīng)用于數(shù)據(jù)機(jī)房及UPS室的七氟丙烷的滅火設(shè)計(jì)濃度為8%和9%，防護(hù)區(qū)實(shí)際應(yīng)用濃度均低于10%，對人體基本無害。

（2）設(shè)備安全性

七氟丙烷不具有導(dǎo)電性和腐蝕性，用它撲救帶電的電氣設(shè)備不會(huì)損壞設(shè)備，且防護(hù)區(qū)滅火后，開啟通風(fēng)裝置可將滅火氣體全部排除，沒有顆粒或油污殘余物附著于設(shè)備表面，更不會(huì)損壞或沾污受保護(hù)的設(shè)備裝置。

2.2.3系統(tǒng)缺點(diǎn)

（1）環(huán)境影響

七氟丙烷雖然消耗大氣臭氧層的潛能值ODP為零，對大氣的臭氧層沒有破壞作用，但卻有很大的溫室效應(yīng)，其潛能值GWP高達(dá)2050。在境外工程及國內(nèi)綠色建筑項(xiàng)目中均限制使用，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮此因素。

（2）傳輸距離

七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)自身的設(shè)計(jì)要求七氟丙烷氣體的儲(chǔ)存壓力較低，僅為2.5MPa/4.2MPa，同時(shí)要求噴嘴的工作壓力不小于0.8MPa，所以在輸送距離上受到很大的限制，尤其應(yīng)用于組合分配系統(tǒng)則較為困難。特別是當(dāng)保護(hù)區(qū)多、輸送距離要求長的工程更要引起注意。

2.2.4適用性

該工程的防護(hù)區(qū)分布于地下一層和一層、二層，防護(hù)區(qū)數(shù)量眾多，若在每個(gè)防護(hù)區(qū)內(nèi)設(shè)置預(yù)制式滅火系統(tǒng)，投資成倍增加，并占用大量建筑面積。若采用組合分配式七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)，氣體輸送距離太長，該系統(tǒng)不適用。

2.3 IG541氣體滅火系統(tǒng)

IG541是一種惰性氣體滅火劑的代號，它由52%的氮?dú)狻?0%的氬氣和8%的二氧化碳組成，它不是一種化學(xué)合成藥劑，而只是以上幾種氣體的物理混合物。

2.3.1 IG541氣體滅火系統(tǒng)的滅火機(jī)理與二氧化碳的滅火機(jī)理相似，組成IG541的三種氣體均為不燃燒、不助燃的氣體，其噴放到著火區(qū)域后，可能在短時(shí)間內(nèi)使著火區(qū)域內(nèi)的氧氣濃度降低至能夠支持燃燒的12.5%以下，對燃燒產(chǎn)生窒息作用，使燃燒迅速終止。

2.3.2 IG541氣體滅火系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

（1）完全環(huán)保

由于組成IG541的三種氣體，氮?dú)?、氬氣、二氧化碳均為自然存在于大氣中，對環(huán)境完全無害。且氣體來源廣泛，可確保長期使用。

（2）人員安全性好

根據(jù)長期的醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)證明，人體在12.5%的氧氣濃度和2%～5%的二氧化碳濃度的環(huán)境下呼吸，人腦所獲得的氧量與在正常的大氣環(huán)境（21%的氧氣濃度和0.03%的二氧化碳濃度）所獲得的氧量是一致的。這是因?yàn)樵谌毖醯沫h(huán)境中，如果二氧化碳的濃度能夠增加至2%～5%，就可以促使人的呼吸加深和加速，在單位時(shí)間內(nèi)使人腦細(xì)胞獲得足夠的氧。IG541中8%的二氧化碳?xì)怏w，其作用就是人為地使著火區(qū)域中的二氧化碳濃度能夠上升至滿足缺氧環(huán)境呼吸所需的2%～5%。因此，IG541氣體滅火系統(tǒng)與其它惰性氣體滅火系統(tǒng)和二氧化碳滅火系統(tǒng)不同，不會(huì)對人體造成傷害。

（3）設(shè)備安全性好

與七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)相同，IG541系統(tǒng)在防護(hù)區(qū)滅火后，開啟通風(fēng)裝置可將滅火氣體全部排除，沒有顆?；蛴臀蹥堄辔锔街谠O(shè)備表面。同時(shí)這種完全由惰性氣體組成的滅火劑，在火災(zāi)時(shí)的高溫下不會(huì)產(chǎn)生任何酸性化學(xué)分解物，對精密設(shè)備和其他貴重設(shè)備無任何腐蝕作用。而以氣態(tài)方式儲(chǔ)存的滅火劑，噴放時(shí)不會(huì)引起保護(hù)區(qū)域內(nèi)溫度急劇下降，對精密設(shè)備和其他貴重設(shè)備無任何傷害。

（4）輸送距離長

IG541系統(tǒng)氣體貯瓶的充填壓力為15MPa和20MPa，對應(yīng)要求噴頭工作壓力為2.0MPa和2.1MPa，與其它氣體滅火系統(tǒng)相比，氣體輸送距離更長，在系統(tǒng)采用組合分配方式下，可以連接更多的保護(hù)區(qū)，節(jié)約氣體滅火系統(tǒng)的投資。

2.3.3 IG541氣體滅火系統(tǒng)的缺點(diǎn)

（1）滅火時(shí)所需的氣體濃度大

與七氟丙烷滅火系統(tǒng)相比，IG541氣體滅火系統(tǒng)所需的滅火濃度為37.5%～42.8%，因此對于同樣的防護(hù)區(qū)域，由于IG541氣體不能壓縮為液態(tài)，使得氣體鋼瓶的數(shù)量較多。

（2）對防護(hù)區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)要求高

由于IG541的噴放壓力達(dá)到2.0MPa左右，因此要求防護(hù)區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的承壓要求不能低于氣體噴放壓力，與其它氣體滅火系統(tǒng)相比，要求防護(hù)區(qū)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的承壓能力較高。

2.3.4適用性

該工程的防護(hù)區(qū)分布于地下一層和一層、二層，防護(hù)區(qū)數(shù)量眾多，宜采用組合分配式系統(tǒng)，而IG541在人員安全性、設(shè)備安全性和傳輸距離方面均可滿足使用要求，對此工程適用。

3　氣體滅火系統(tǒng)的選擇

該項(xiàng)目氣體滅火系統(tǒng)防護(hù)區(qū)域主要是位于地下一層、一層、二層的數(shù)據(jù)機(jī)房、UPS室等，應(yīng)該選取對人員無害、對設(shè)備安全系數(shù)高、系統(tǒng)適用的潔凈氣體滅火系統(tǒng)，由于該項(xiàng)目保護(hù)區(qū)面積大、數(shù)目多，為節(jié)約造價(jià)及占地，應(yīng)設(shè)置組合分配式氣體滅火系統(tǒng)。

通過以上分析，在目前常用的幾種氣體滅火系統(tǒng)中，從人員安全性、設(shè)備安全性及系統(tǒng)適用性三方面考慮，對比結(jié)果如表1。

表1　三種滅火系統(tǒng)比較選擇

綜上所述，由于該項(xiàng)目保護(hù)區(qū)數(shù)目多、距離較遠(yuǎn)，使得氣體滅火管網(wǎng)系統(tǒng)大、輸送距離遠(yuǎn)，從人員安全性、設(shè)備安全性、系統(tǒng)適用性三方面考慮，僅有IG541系統(tǒng)滿足使用要求。

4　引申思考

以上論述為結(jié)合大型數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目的特點(diǎn)，在氣體滅火系統(tǒng)選擇上進(jìn)行的比較。另由于《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50370-2005中第3.1.7條規(guī)定，滅火系統(tǒng)的儲(chǔ)存裝置72小時(shí)內(nèi)不能重新充裝恢復(fù)工作的，應(yīng)按系統(tǒng)原儲(chǔ)存量的100%設(shè)置備用量。

該項(xiàng)目地理位置交通便利，可滿足規(guī)范中的要求。而在其它類型項(xiàng)目氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮項(xiàng)目的具體工程特點(diǎn)綜合分析。

［1］GB50016-2006建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范［S］.建設(shè)部，2006.

［2］GB50370-2005氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.建設(shè)部，2006.

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

The gas fire extinguishing system contains combined distribution type and independentunit type，and the fire extinguishing agent chosen are heptafluoropropane，carbon dioxide，IG541 and likew ise.W ith the soaring developmentof real estate industry apllied in recentyears，the gas fire extinguishing system hasbeenw idely used.Theselection ofan appropriate system mode and fire extinguishing agent，in accordancew ith featuresof specific projects，isapriority for the designer.This papermakesa specialstudy on theselection and design ofgas fire extinguishing system in a large data center project.

heptafluoropropane；carbon dioxide；IG541；independentunit type；combined distribution type

TU 998.1

B

1671-9107（2015）05-0016-03

2015-03-14

姜卓（1983-），女，北京人，本科，工程師，主要從事建筑給排水設(shè)計(jì)工作。

溫潤剛（1983-），男，北京人，本科，工程師，主要從事建筑工程咨詢管理工作。