淺談七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)在建筑工程設計中的應用

陳元璋

(中城建（福建）建筑設計研究院有限公司， 福建 福州 350008)

0 引言

伴隨著國家經濟的發(fā)展，消防工程技術水平也不斷提高，出現(xiàn)了各式各樣的滅火設施，其中氣體滅火系統(tǒng)滅火效果突出，在消防工程領域得到了大范圍的應用，用以替代不適用采用水滅火的場所，如計算機房、網絡機房、配電房、重要文物檔案庫、貴重設備等，配電房設置氣體滅火系統(tǒng)在消防工程領域中尤為常見。七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)在我國消防工程領域應用較多，具有安全可靠、滅火成功率高等優(yōu)點，獲得了業(yè)內的一致好評。

1 特點

七氟丙烷是一種以化學滅火為主兼有物理滅火作用的潔凈氣體化學滅火劑。優(yōu)點是單一系統(tǒng)相對占地面積小，重量輕；對單一的保護空間而言滅火劑用量少；滅火劑的噴射時間不大于10秒，大大地減少了火災時被保護設備的損壞度，為業(yè)主減少損失；滅火劑噴放不會對人體造成傷害；能以較低的滅火濃度，可靠快速的撲滅B、C類及電氣火災。缺點是滅火劑輸送距離短，不適用于保護區(qū)之間高差大或輸送距離遠的工程；滅火劑成本高，滅火劑存在較大的溫室效應。

2 分類

七氟丙烷滅火系統(tǒng)采用的是全淹沒滅火方式，分為有管網和無管網（柜式、懸掛式）兩種形式。與有管網滅火系統(tǒng)相比，無管網滅火系統(tǒng)具有安裝靈活方便、無管網阻力損失、滅火速度更快、效果更佳等特點。其中，有管網系統(tǒng)又分為內貯壓系統(tǒng)、外貯壓系統(tǒng)、單元獨立滅火系統(tǒng)和組合分配滅火系統(tǒng)。無管網滅火系統(tǒng)指氣體滅火劑設在需要保護的防護區(qū)內，火災時，直接在防護區(qū)內噴放滅火劑滅火而不需要經過管路；單元獨立滅火系統(tǒng)指用一套儲存裝置通過管網只保護一個防護區(qū)的滅火系統(tǒng)；組合分配滅火系統(tǒng)指用一套儲存裝置通過管網的選擇閥，保護多個防護區(qū)的滅火系統(tǒng)；內貯壓系統(tǒng)指通常采用在滅火劑儲瓶內充裝氮氣增壓的方式，外貯壓系統(tǒng)是將七氟丙烷滅火劑和動力氣體（氮氣）在不同的瓶內分別貯存，滅火時，把動力氣體輸入滅火劑儲瓶內，使其壓力迅速增大，滅火劑通過管道快速輸出，使滅火劑達到較好的霧化效果，提高了滅火效率。內貯壓系統(tǒng)和外貯壓系統(tǒng)的主要區(qū)別在于滅火劑的輸送距離不同。

3 設計用量計算

防護區(qū)滅火設計用量或惰化設計用量計算公式為W=K*（V/S）*C1/（100-C1）K為海拔高度修正系數(shù)，可根據(jù)《氣體滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》附錄B進行取值， S為滅火劑過熱蒸汽在101KPa大氣壓和防護區(qū)最低環(huán)境溫度下的比容，可根據(jù)防護區(qū)最低環(huán)境溫度計算，V為防護區(qū)凈容積，C為滅火設計濃度或惰化設計濃度，可根據(jù)防護區(qū)保護物質類別根據(jù)《氣體滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》3.3.1～3.3.6條規(guī)定進行相應取值。但需注意防護區(qū)實際應用的濃度不應大于滅火設計濃度的1.1倍，其目的是防止滅火濃度被隨意的加大，保證滅火時的人身以及設備的安全，設計時應對此進行復核。

4 剩余用量計算

滅火時或多或少總有一些滅火劑殘留在儲瓶以及非均衡管網的管道中，從儲瓶內完全噴放出去是不可能的。為了保證滅火設計用量全部噴放到防護區(qū)里，保證滅火效果，需在儲瓶內多儲存一些滅火劑，使其等于在噴放時的剩余量。均衡管網和只含一個封閉空間的非均衡管網，其管網內的剩余量均可不計。儲瓶內的滅火劑剩余量，按儲瓶內引升管管口以下的容器容積量換算，可參考圖集07S207《氣體消防系統(tǒng)選用、安裝與建筑滅火器配置》第28頁根據(jù)所計算出來的設計用量選出的滅火劑規(guī)格進行相應取值。當防護區(qū)內含兩個或兩個以上封閉空間的非均衡管網時，滅火劑在管網內的剩余量，為各支管與最短支管之間長度差值的容積量。系統(tǒng)滅火劑儲存量為滅火劑設計用量和剩余量之和。

5 管網布置

管網布置應盡量設計成均衡系統(tǒng)。設計成均衡系統(tǒng)有三點好處：其一是能使滅火劑噴放更均勻，滅火效果更好；其二是滅火劑在管網中的剩余量可忽略不計，降低了造價；其三是使計算量減少，設計時只要選擇一種規(guī)格的噴頭，計算一個點的管網阻力損失就行。

6 管徑計算

首先確定各管道中滅火劑的流量，一般采用平均設計流量，并根據(jù)各管道設計流量初選的管徑計算管網的阻力損失，管網的阻力損失應根據(jù)管道類別計算，設計多采用鍍鋅鋼管，最后求出噴頭的工作壓力。如求出來的噴頭工作壓力不滿足規(guī)范要求，應調整管徑重新計算。管網計算比較繁瑣，實際計算中不可能依賴手工對管網進行精確計算。在施工圖設計階段，宜在氣體滅火系統(tǒng)生產企業(yè)或氣體消防工程公司的配合下采用由其提供的計算方法或專用計算機軟件進行滅火劑輸送管網的計算。

7 控制方式

預制滅火系統(tǒng)須有自動控制和手動控制兩種控制方式。管網氣體滅火系統(tǒng)須有自動控制、手動控制和機械應急操作三種控制方式。

8 七氟丙烷滅火系統(tǒng)設計過程中需要注意的問題

1）采用組合分配系統(tǒng)時，因不同的防護類別滅火設計濃度不同，防護區(qū)體積最大并不一定設計用量就最大，應分別對不同防護類別的防護區(qū)進行計算，取最大值為設計用量。

2）七氟丙烷滅火系統(tǒng)采用的是全淹沒系統(tǒng)，對防護區(qū)的密閉性有嚴格要求，滅火劑噴放前除泄壓口外的開口應能自動關閉。

3）噴頭或預制滅火系統(tǒng)的儲存容器在防護區(qū)內應均勻布置，只有這樣才能使滅火劑在防護區(qū)內均勻分布，滅火效果更佳。

4）設計過程中應及時將需要其它專業(yè)配合的內容提資給其它專業(yè)設計人員。設計過程中往往容易忽視將需要設置氣體滅火系統(tǒng)的防護區(qū)告知建筑以及結構專業(yè)設計人員，主要是因為規(guī)范中對防護區(qū)圍護結構承受內壓的允許壓強、防護區(qū)圍護結構及門窗的耐火極限、儲瓶間的地面承載力等均有要求。

9 設計案例

針對以上所述，結合筆者近期設計的項目連江縣馬鼻中心小學遷建項目綜合樓、體藝樓，對七氟丙烷滅火系統(tǒng)設計計算過程做簡要的闡述。本工程為二類高層綜合樓，一層設置有變配電房，根據(jù)《建筑設計防火規(guī)范》，變配電房設置七氟丙烷氣體滅火系統(tǒng)保護，由于只有一個防護區(qū)，故采用柜式預制滅火系統(tǒng)。防護區(qū)凈面積為105平方米，凈高為3.9米，根據(jù)《氣體滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》，滅火設計濃度采用9%,滅火設計噴放時間為10s，防護區(qū)最低環(huán)境溫度為10℃，質量體積S=0.1269+0.000513*10=0.13203，海拔高度修正系數(shù)K取1，滅火設計用量W=1*（105*3.9/0.13203）*9/（100-9）=307Kg，根據(jù)圖集07S207《氣體消防系統(tǒng)選用、安裝與建筑滅火器配置》第28頁，選用滅火劑儲瓶容積為70L/瓶，滅火劑充裝量為80.5Kg/瓶，儲瓶內的滅火劑剩余量為2.5Kg/瓶，瓶數(shù)n=307/(80.5-2.5)=3.94,取4瓶，均勻布置，并根據(jù)公式W=K*（V/S）*C1/（100-C1）反推計算出防護區(qū)實際應用的濃度C1為9.2%，滿足防護區(qū)實際應用的濃度不應大于滅火設計濃度的1.1倍的要求。最后計算防護區(qū)的泄壓口面積，F(xiàn)=0.15Q/，滅火劑在防護區(qū)內的平均噴放速率Q=312/10=31.2Kg/s，防護區(qū)圍護結構承受內壓的允許壓強P取1200Pa，計算得F=0.15*31.2/=0.135m2，在變配電房外墻上沿梁底設一個0.5m*0.3m的泄壓口。

10 結語

在實際工程設計中，采用柜式預制氣體滅火系統(tǒng)較為普遍，主要原因是工程設計中所接觸到的大部分需配置七氟丙烷滅火系統(tǒng)的防護區(qū)面積及體積一般情況下均在允許設置柜式預制氣體滅火系統(tǒng)的要求范圍內，且防護區(qū)數(shù)量較少，采用柜式預制氣體滅火系統(tǒng)計算量少，系統(tǒng)簡單，可以大大的減少工作量，縮短設計周期。當然，雖然規(guī)范對采用單元獨立系統(tǒng)和組合分配系統(tǒng)并無強制要求，但是作為一名優(yōu)秀的設計師，還是應倡導厲行節(jié)約，對兩個或兩個以上的防護區(qū)我們還是應盡可能的采用組合分配系統(tǒng)，盡量做到經濟合理。在經濟條件允許的情況下，對于個別特別重要的場所，可考慮采用單元獨立系統(tǒng)。