浅谈七氟丙烷气体灭火系统在建筑工程设计中的应用

陈元璋

(中城建（福建）建筑设计研究院有限公司， 福建 福州 350008)

0 引言

伴随着国家经济的发展，消防工程技术水平也不断提高，出现了各式各样的灭火设施，其中气体灭火系统灭火效果突出，在消防工程领域得到了大范围的应用，用以替代不适用采用水灭火的场所，如计算机房、网络机房、配电房、重要文物档案库、贵重设备等，配电房设置气体灭火系统在消防工程领域中尤为常见。七氟丙烷气体灭火系统在我国消防工程领域应用较多，具有安全可靠、灭火成功率高等优点，获得了业内的一致好评。

1 特点

七氟丙烷是一种以化学灭火为主兼有物理灭火作用的洁净气体化学灭火剂。优点是单一系统相对占地面积小，重量轻；对单一的保护空间而言灭火剂用量少；灭火剂的喷射时间不大于10秒，大大地减少了火灾时被保护设备的损坏度，为业主减少损失；灭火剂喷放不会对人体造成伤害；能以较低的灭火浓度，可靠快速的扑灭B、C类及电气火灾。缺点是灭火剂输送距离短，不适用于保护区之间高差大或输送距离远的工程；灭火剂成本高，灭火剂存在较大的温室效应。

2 分类

七氟丙烷灭火系统采用的是全淹没灭火方式，分为有管网和无管网（柜式、悬挂式）两种形式。与有管网灭火系统相比，无管网灭火系统具有安装灵活方便、无管网阻力损失、灭火速度更快、效果更佳等特点。其中，有管网系统又分为内贮压系统、外贮压系统、单元独立灭火系统和组合分配灭火系统。无管网灭火系统指气体灭火剂设在需要保护的防护区内，火灾时，直接在防护区内喷放灭火剂灭火而不需要经过管路；单元独立灭火系统指用一套储存装置通过管网只保护一个防护区的灭火系统；组合分配灭火系统指用一套储存装置通过管网的选择阀，保护多个防护区的灭火系统；内贮压系统指通常采用在灭火剂储瓶内充装氮气增压的方式，外贮压系统是将七氟丙烷灭火剂和动力气体（氮气）在不同的瓶内分别贮存，灭火时，把动力气体输入灭火剂储瓶内，使其压力迅速增大，灭火剂通过管道快速输出，使灭火剂达到较好的雾化效果，提高了灭火效率。内贮压系统和外贮压系统的主要区别在于灭火剂的输送距离不同。

3 设计用量计算

防护区灭火设计用量或惰化设计用量计算公式为W=K*（V/S）*C1/（100-C1）K为海拔高度修正系数，可根据《气体灭火系统设计规范》附录B进行取值， S为灭火剂过热蒸汽在101KPa大气压和防护区最低环境温度下的比容，可根据防护区最低环境温度计算，V为防护区净容积，C为灭火设计浓度或惰化设计浓度，可根据防护区保护物质类别根据《气体灭火系统设计规范》3.3.1～3.3.6条规定进行相应取值。但需注意防护区实际应用的浓度不应大于灭火设计浓度的1.1倍，其目的是防止灭火浓度被随意的加大，保证灭火时的人身以及设备的安全，设计时应对此进行复核。

4 剩余用量计算

灭火时或多或少总有一些灭火剂残留在储瓶以及非均衡管网的管道中，从储瓶内完全喷放出去是不可能的。为了保证灭火设计用量全部喷放到防护区里，保证灭火效果，需在储瓶内多储存一些灭火剂，使其等于在喷放时的剩余量。均衡管网和只含一个封闭空间的非均衡管网，其管网内的剩余量均可不计。储瓶内的灭火剂剩余量，按储瓶内引升管管口以下的容器容积量换算，可参考图集07S207《气体消防系统选用、安装与建筑灭火器配置》第28页根据所计算出来的设计用量选出的灭火剂规格进行相应取值。当防护区内含两个或两个以上封闭空间的非均衡管网时，灭火剂在管网内的剩余量，为各支管与最短支管之间长度差值的容积量。系统灭火剂储存量为灭火剂设计用量和剩余量之和。

5 管网布置

管网布置应尽量设计成均衡系统。设计成均衡系统有三点好处：其一是能使灭火剂喷放更均匀，灭火效果更好；其二是灭火剂在管网中的剩余量可忽略不计，降低了造价；其三是使计算量减少，设计时只要选择一种规格的喷头，计算一个点的管网阻力损失就行。

6 管径计算

首先确定各管道中灭火剂的流量，一般采用平均设计流量，并根据各管道设计流量初选的管径计算管网的阻力损失，管网的阻力损失应根据管道类别计算，设计多采用镀锌钢管，最后求出喷头的工作压力。如求出来的喷头工作压力不满足规范要求，应调整管径重新计算。管网计算比较繁琐，实际计算中不可能依赖手工对管网进行精确计算。在施工图设计阶段，宜在气体灭火系统生产企业或气体消防工程公司的配合下采用由其提供的计算方法或专用计算机软件进行灭火剂输送管网的计算。

7 控制方式

预制灭火系统须有自动控制和手动控制两种控制方式。管网气体灭火系统须有自动控制、手动控制和机械应急操作三种控制方式。

8 七氟丙烷灭火系统设计过程中需要注意的问题

1）采用组合分配系统时，因不同的防护类别灭火设计浓度不同，防护区体积最大并不一定设计用量就最大，应分别对不同防护类别的防护区进行计算，取最大值为设计用量。

2）七氟丙烷灭火系统采用的是全淹没系统，对防护区的密闭性有严格要求，灭火剂喷放前除泄压口外的开口应能自动关闭。

3）喷头或预制灭火系统的储存容器在防护区内应均匀布置，只有这样才能使灭火剂在防护区内均匀分布，灭火效果更佳。

4）设计过程中应及时将需要其它专业配合的内容提资给其它专业设计人员。设计过程中往往容易忽视将需要设置气体灭火系统的防护区告知建筑以及结构专业设计人员，主要是因为规范中对防护区围护结构承受内压的允许压强、防护区围护结构及门窗的耐火极限、储瓶间的地面承载力等均有要求。

9 设计案例

针对以上所述，结合笔者近期设计的项目连江县马鼻中心小学迁建项目综合楼、体艺楼，对七氟丙烷灭火系统设计计算过程做简要的阐述。本工程为二类高层综合楼，一层设置有变配电房，根据《建筑设计防火规范》，变配电房设置七氟丙烷气体灭火系统保护，由于只有一个防护区，故采用柜式预制灭火系统。防护区净面积为105平方米，净高为3.9米，根据《气体灭火系统设计规范》，灭火设计浓度采用9%,灭火设计喷放时间为10s，防护区最低环境温度为10℃，质量体积S=0.1269+0.000513*10=0.13203，海拔高度修正系数K取1，灭火设计用量W=1*（105*3.9/0.13203）*9/（100-9）=307Kg，根据图集07S207《气体消防系统选用、安装与建筑灭火器配置》第28页，选用灭火剂储瓶容积为70L/瓶，灭火剂充装量为80.5Kg/瓶，储瓶内的灭火剂剩余量为2.5Kg/瓶，瓶数n=307/(80.5-2.5)=3.94,取4瓶，均匀布置，并根据公式W=K*（V/S）*C1/（100-C1）反推计算出防护区实际应用的浓度C1为9.2%，满足防护区实际应用的浓度不应大于灭火设计浓度的1.1倍的要求。最后计算防护区的泄压口面积，F=0.15Q/，灭火剂在防护区内的平均喷放速率Q=312/10=31.2Kg/s，防护区围护结构承受内压的允许压强P取1200Pa，计算得F=0.15*31.2/=0.135m2，在变配电房外墙上沿梁底设一个0.5m*0.3m的泄压口。

10 结语

在实际工程设计中，采用柜式预制气体灭火系统较为普遍，主要原因是工程设计中所接触到的大部分需配置七氟丙烷灭火系统的防护区面积及体积一般情况下均在允许设置柜式预制气体灭火系统的要求范围内，且防护区数量较少，采用柜式预制气体灭火系统计算量少，系统简单，可以大大的减少工作量，缩短设计周期。当然，虽然规范对采用单元独立系统和组合分配系统并无强制要求，但是作为一名优秀的设计师，还是应倡导厉行节约，对两个或两个以上的防护区我们还是应尽可能的采用组合分配系统，尽量做到经济合理。在经济条件允许的情况下，对于个别特别重要的场所，可考虑采用单元独立系统。