新建氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)停車(chē)場(chǎng)消防安全風(fēng)險(xiǎn)分析

摘要：

氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)作為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展行業(yè)，目前國(guó)內(nèi)尚未出臺(tái)有關(guān)氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)停放場(chǎng)所的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范。氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)因其燃料的特殊性，國(guó)內(nèi)專(zhuān)家對(duì)氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)的火災(zāi)危險(xiǎn)性尚無(wú)統(tǒng)一定論，如何保證停放場(chǎng)所的消防安全等問(wèn)題亟待解決，關(guān)系到氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：消防；氫燃料電池；電動(dòng)汽車(chē)；停車(chē)場(chǎng)；建筑防火；消防設(shè)施

作者簡(jiǎn)介：

許捷（1983— ），男，漢族，安徽宿州人，本科，一級(jí)注冊(cè)消防工程師，研究方向：消防咨詢、消防安全評(píng)估和消防設(shè)施檢測(cè)。

引言

2022年3月23日，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局聯(lián)合印發(fā)的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃（2021—2035年）》提出，重點(diǎn)推進(jìn)氫燃料電池中重型車(chē)輛應(yīng)用，有序拓展氫燃料電池等新能源客、貨汽車(chē)市場(chǎng)應(yīng)用空間，逐步建立燃料電池電動(dòng)汽車(chē)與鋰電池純電動(dòng)汽車(chē)的互補(bǔ)發(fā)展模式。我國(guó)目前已研發(fā)出氫燃料電池乘用車(chē)、客車(chē)、物流車(chē)等不同類(lèi)型。目前，氫燃料電池公交車(chē)已在國(guó)內(nèi)多個(gè)城市投入運(yùn)營(yíng)，商用轎車(chē)也逐漸投入市場(chǎng)。如何保證氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)停放場(chǎng)所的消防安全已被越來(lái)越多的業(yè)內(nèi)人士所關(guān)注。國(guó)內(nèi)尚未出臺(tái)有關(guān)氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)停放場(chǎng)所的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，僅有部分推薦性標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及地方性標(biāo)準(zhǔn)有所提及，多為指導(dǎo)性意見(jiàn)，并無(wú)具體措施。由于氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)的特殊性，國(guó)內(nèi)專(zhuān)家對(duì)氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)火災(zāi)危險(xiǎn)性的討論各有不同，如新建停車(chē)場(chǎng)應(yīng)按照工業(yè)建筑還是按照民用建筑設(shè)計(jì)、能否停放在相對(duì)密閉的空間內(nèi)以及如何保證停放場(chǎng)所的消防安全等。本文將結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)規(guī)定、研究成果及案例，以新建氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)停車(chē)場(chǎng)為例，對(duì)建筑物屬性及消防設(shè)施的設(shè)置進(jìn)行分析，提出一些建議供大家參考。

一、氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)安全性

（一）氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)概念

1.氫燃料電池

氫燃料電池基本原理是電解水的逆反應(yīng)，把氫和氧分別供給陽(yáng)極和陰極，氫通過(guò)陽(yáng)極向外擴(kuò)散和電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后，放出電子通過(guò)外部的負(fù)載到達(dá)陰極。隨著氧化反應(yīng)的進(jìn)行，電子不斷發(fā)生轉(zhuǎn)移就形成了驅(qū)動(dòng)汽車(chē)所需的電流。

2.氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)

氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)是一種利用氫燃料作為能量來(lái)源的一種新型動(dòng)力汽車(chē)。相比純電動(dòng)車(chē)搭載的動(dòng)力鋰電池，氫燃料電池質(zhì)量輕，補(bǔ)充能量的時(shí)間短，加氫只需3分鐘至5分鐘，而不像傳統(tǒng)電池一樣要數(shù)個(gè)小時(shí)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，氫能車(chē)其實(shí)是另一種形式的電動(dòng)車(chē)，它沒(méi)有發(fā)動(dòng)機(jī)，只有一個(gè)發(fā)電機(jī)，不存在點(diǎn)火燃燒的過(guò)程。從這個(gè)角度上說(shuō)，氫能車(chē)比液化石油氣車(chē)和天然氣車(chē)這類(lèi)內(nèi)燃式的車(chē)輛安全性更高。

（二）車(chē)載供氫系統(tǒng)危險(xiǎn)性

車(chē)載供氫系統(tǒng)采取多種安全措施，確保車(chē)輛在碰撞、氫氣泄漏等情況下依然安全。目前國(guó)內(nèi)已出臺(tái)《燃料電池電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載氫系統(tǒng)技術(shù)條件》《燃料電池電動(dòng)汽車(chē)安全要求》《電動(dòng)汽車(chē)安全指南》（2019版）、《燃料電池電動(dòng)汽車(chē)加氫口》《車(chē)用壓縮氫氣鋁內(nèi)膽碳纖維全纏繞氣瓶》等多部規(guī)范，對(duì)儲(chǔ)氫系統(tǒng)各組件的安全性提出明確要求。

（三）氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)安全性

氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)已經(jīng)發(fā)展多年，國(guó)內(nèi)外對(duì)其安全性能已做出深入研究和測(cè)試，并出臺(tái)多部標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)主要危險(xiǎn)源來(lái)自儲(chǔ)氫系統(tǒng)，在保證儲(chǔ)氫系統(tǒng)安全的前提下，國(guó)內(nèi)對(duì)氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)整車(chē)的安全性也有相關(guān)規(guī)定。例如，在《燃料電池電動(dòng)汽車(chē)安全要求》中對(duì)“整車(chē)氫氣排放”“整車(chē)氫氣泄漏”“整車(chē)碰撞安全”“氫氣低剩余量提醒”等方面都做了詳細(xì)規(guī)定，以保證整車(chē)出廠時(shí)的安全性。

（四）在事故與極端情況下的危險(xiǎn)性

國(guó)內(nèi)外著名的燃料電池車(chē)廠商都針對(duì)儲(chǔ)氫瓶的安全性在各類(lèi)條件下做了多方面實(shí)踐測(cè)試，多角度地展示了在現(xiàn)有氫氣儲(chǔ)備和使用技術(shù)下氫能的安全性是十分有保障的。

1.儲(chǔ)氫瓶子彈貫穿試驗(yàn)

從公布的視頻顯示，當(dāng)子彈擊穿儲(chǔ)氫瓶時(shí)氫氣是向上噴射，氫氣噴射的速度極快，整瓶氫氣通過(guò)一個(gè)子彈孔45秒就排放完成，并沒(méi)有出現(xiàn)預(yù)期的起火甚至爆炸。

2.碰撞測(cè)試試驗(yàn)

2021年北汽福田汽車(chē)、清華大學(xué)和北京產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)院共同承擔(dān)一項(xiàng)冬奧會(huì)氫燃料電池客車(chē)的碰撞試驗(yàn)。碰撞后，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的坐標(biāo)測(cè)量和壓力測(cè)量雙保險(xiǎn)方法，項(xiàng)目組判定福田歐輝這款氫燃料客車(chē)氫燃料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整，試驗(yàn)取得圓滿成功。

3.儲(chǔ)氫瓶泄漏點(diǎn)火試驗(yàn)

將氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)與燃油車(chē)對(duì)比進(jìn)行燃料泄漏點(diǎn)火試驗(yàn)。氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)火焰是從后備箱向上竄，燃油車(chē)是油向下流淌，導(dǎo)致火焰從整車(chē)下部著火；一分鐘后氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)依舊只是氫氣向上燃燒，對(duì)汽車(chē)基本沒(méi)有損壞，而此時(shí)燃油車(chē)早已成為一個(gè)大火球，只剩下燃燒后的車(chē)架。

4.密閉空間氫氣泄露試驗(yàn)

日本自動(dòng)車(chē)研究所進(jìn)行的《隧道內(nèi)的氫氣安全性的計(jì)算機(jī)模擬研究》顯示，即使車(chē)輛在隧道內(nèi)發(fā)生大量氫氣泄漏，由于隧道空間相對(duì)寬廣和有通風(fēng)設(shè)備的存在，幾乎在不到20秒的時(shí)間內(nèi)，泄漏的氫氣就可以完全排空，很難達(dá)到爆炸極限。

（五）結(jié)論

綜上所述，氫氣是易燃易爆氣體，對(duì)其進(jìn)行實(shí)際的安全試驗(yàn)和模擬測(cè)試后，可見(jiàn)現(xiàn)實(shí)條件下氫氣爆炸并非想象中的那么容易實(shí)現(xiàn)。氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)與燃油汽車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)相比安全性各有不同，只要采取一定的安全技術(shù)措施，是可以保證氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)安全的。

二、新建停車(chē)場(chǎng)建筑物定性

在《民用建筑設(shè)計(jì)術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)》中，有關(guān)民用建筑和工業(yè)建筑定義如下。民用建筑：供人們居住和進(jìn)行各種公共活動(dòng)的建筑的總稱(chēng)。工業(yè)建筑：以工業(yè)性生產(chǎn)為主要使用功能的建筑。氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)停車(chē)場(chǎng)主要功能為氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)或其他車(chē)輛提供停車(chē)服務(wù)，不涉及生產(chǎn)等經(jīng)營(yíng)活動(dòng)，應(yīng)按民用建筑定性。

三、新建停車(chē)場(chǎng)規(guī)范依據(jù)

目前，國(guó)內(nèi)沒(méi)有針對(duì)新能源汽車(chē)專(zhuān)用汽車(chē)庫(kù)的設(shè)計(jì)規(guī)范。從實(shí)際情況出發(fā)，新能源汽車(chē)不可能獨(dú)立建造汽車(chē)庫(kù)進(jìn)行停放，必然會(huì)出現(xiàn)燃油車(chē)、電動(dòng)車(chē)及其他類(lèi)型新能源車(chē)輛共同存放于同一汽車(chē)庫(kù)的情況。現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《汽車(chē)庫(kù)、修車(chē)庫(kù)、停車(chē)場(chǎng)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的適用范圍僅針對(duì)內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)，不適用于電動(dòng)汽車(chē)。

充電式電動(dòng)汽車(chē)與氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)同為新能源車(chē)輛，氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)的火災(zāi)危險(xiǎn)性與充電式電動(dòng)汽車(chē)相比并未明顯提高。為滿足社會(huì)發(fā)展需要，建議停放氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)的停車(chē)場(chǎng)在制定相應(yīng)的消防安全措施后，可以參照國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范執(zhí)行。為方便建筑防火、消防設(shè)施的設(shè)置，當(dāng)新建可停放氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)停車(chē)場(chǎng)時(shí)，應(yīng)將氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)集中布置。

四、新建汽車(chē)停車(chē)場(chǎng)建筑布局

雖然前文將該停車(chē)樓定義為民用建筑，但我們必須考慮在最不利情況下，氫氣作為甲類(lèi)易燃易爆氣體，一旦出現(xiàn)泄漏，如何最大限度保證人員安全及降低財(cái)產(chǎn)損失。因此，停車(chē)場(chǎng)內(nèi)不建議設(shè)置辦公室、休息室，并減少庫(kù)房、配電室等密閉型功能用房的設(shè)置，當(dāng)必須設(shè)置時(shí)，應(yīng)與停車(chē)區(qū)域分開(kāi)設(shè)置。

應(yīng)優(yōu)先采用自然排風(fēng)的方式，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法滿足自然排風(fēng)要求時(shí)，應(yīng)增加機(jī)械排風(fēng)裝置，并采用防爆型風(fēng)機(jī)。有關(guān)排煙（排風(fēng)）口、送風(fēng)口與氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)間距問(wèn)題，參照《氫氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄A有關(guān)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域劃分規(guī)定，在氫氣放空管半徑4.5m范圍內(nèi)為2區(qū)。因此，建議排煙（排風(fēng)）口、進(jìn)風(fēng)口與氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)儲(chǔ)氫瓶組最小水平距離不宜小于5m。建議屋面停車(chē)場(chǎng)分組停放，每組停放車(chē)輛不宜大于20輛，組與組之間的防火間距不應(yīng)小于6m。

五、新建氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)停車(chē)場(chǎng)防火分隔分析

按照上文分析，氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)的火災(zāi)危險(xiǎn)性并未明顯高于電動(dòng)汽車(chē)，關(guān)于其防火分區(qū)建筑面積國(guó)內(nèi)尚未出臺(tái)專(zhuān)門(mén)規(guī)范。建議參照《電動(dòng)汽車(chē)分散充電設(shè)施工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，防火分區(qū)內(nèi)采用防火隔墻及防火卷簾劃分為不同防火單元，最大防火單元建筑面積不超過(guò)1250m2，防火單元之間采用甲級(jí)防火門(mén)進(jìn)行連通。

考慮在最不利情況下，儲(chǔ)氫瓶泄漏，一旦發(fā)生氫氣燃爆情況，普通的防火隔墻可能無(wú)法起到有效的防火分隔。為了能將火災(zāi)控制在較小范圍內(nèi)，最大限度地減小人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，建議防火單元之間防火隔墻采用防火墻。

鑒于氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)的特殊性，當(dāng)儲(chǔ)氫瓶組發(fā)生泄漏時(shí)，較為開(kāi)敞的空間有利于氫氣迅速自然擴(kuò)散，而采用防火隔墻及防火卷簾等設(shè)施劃分防火單元后，受限空間必然會(huì)影響氫氣自然擴(kuò)散速度，因此在目前規(guī)范沒(méi)有明確要求的情況下，停車(chē)樓僅劃分防火分區(qū)，不再劃分防火單元，也是一條探索之路。

六、新建氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)停車(chē)場(chǎng)消防設(shè)施設(shè)置原則

按照現(xiàn)行國(guó)家規(guī)范規(guī)定，停車(chē)樓應(yīng)設(shè)置火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)、應(yīng)急照明及疏散指示系統(tǒng)、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、消防電源監(jiān)控系統(tǒng)、滅火器等消防設(shè)施。另外，停車(chē)樓是否需要設(shè)置可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)，首先應(yīng)確定是否存在可燃?xì)怏w釋放源、是否存在爆炸性氣體環(huán)境。

（一）是否存在可燃?xì)怏w釋放源

《石油化工可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第2.0.3條有關(guān)釋放源定義為“可釋放并能形成爆炸性氣體環(huán)境、有毒氣體環(huán)境的位置或地點(diǎn)”，并在條文解釋中明確本標(biāo)準(zhǔn)定義的爆炸氣體釋放源應(yīng)按《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)條款要求為二級(jí)釋放源（二級(jí)釋放源應(yīng)為在正常運(yùn)行時(shí)，預(yù)計(jì)不可能釋放；當(dāng)出現(xiàn)釋放時(shí)，僅是偶爾和短期釋放的釋放源）。

規(guī)范中關(guān)于釋放源的定義應(yīng)為在固定的部位或地點(diǎn)發(fā)生泄漏，能形成爆炸性氣體環(huán)境。另外，依據(jù)《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，釋放源的判定不考慮發(fā)生事故的情況。當(dāng)汽車(chē)在固定位置停放時(shí)，氫氣儲(chǔ)存系統(tǒng)理論上存在泄漏的可能性，在一定條件下可以形成爆炸性氣體環(huán)境，可以看作是釋放源；氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)在行駛過(guò)程中發(fā)生泄漏的可能性極低，很難形成爆炸性氣體環(huán)境，因此在行駛過(guò)程中不應(yīng)將其視為釋放源。

（二）是否存在爆炸性氣體環(huán)境

《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》中第2.0.10條爆炸性氣體環(huán)境定義為“在大氣條件下，氣體或蒸氣可燃物質(zhì)與空氣的混合物引燃后，能夠保持燃燒自行傳播的環(huán)境”。

《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》在第2.0.15條文解釋中明確“在確定釋放源時(shí)，不應(yīng)考慮工藝容器、大型管道或貯罐等的毀壞事故，如炸裂等”。氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)在出廠之前經(jīng)過(guò)嚴(yán)格檢測(cè)，車(chē)輛本身具有氫氣泄漏報(bào)警及緊急切斷裝置，在正常行駛過(guò)程中基本不會(huì)出現(xiàn)氫氣泄漏情況。因此，當(dāng)氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)僅在行駛過(guò)程中經(jīng)過(guò)的區(qū)域，可不視為爆炸性危險(xiǎn)環(huán)境；停車(chē)場(chǎng)內(nèi)具有氫氣聚集的梁窩、房間等，理論上存在爆炸性氣體聚集的可能性，可視為爆炸性危險(xiǎn)環(huán)境；停車(chē)場(chǎng)屋頂為開(kāi)敞區(qū)域，氫氣極易擴(kuò)散，理論上不存在爆炸性氣體環(huán)境，可不視為爆炸性危險(xiǎn)環(huán)境。

目前國(guó)內(nèi)尚未制定氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)停車(chē)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)，按照從嚴(yán)原則，我們依然考慮在出現(xiàn)非正常情況下發(fā)生氫氣泄漏的應(yīng)對(duì)措施。建議新建停車(chē)樓內(nèi)固定停放氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)的，除按規(guī)范要求設(shè)置常規(guī)消防設(shè)施外，建議參照《爆炸危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定考慮采取防爆設(shè)施、可燃?xì)怏w探測(cè)設(shè)施等。

結(jié)語(yǔ)

氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)相比純電動(dòng)汽車(chē)，具有續(xù)航里程長(zhǎng)、充電時(shí)間短、起動(dòng)快的優(yōu)勢(shì)，發(fā)展前景廣闊。在做好消防安全措施的前提下，應(yīng)允許氫燃料電池電動(dòng)汽車(chē)停車(chē)場(chǎng)建在室內(nèi)，鼓勵(lì)與其他類(lèi)型停車(chē)場(chǎng)合建，以順應(yīng)時(shí)代發(fā)展。

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