气体灭火系统在建筑消防中的应用研究

云晓晴

摘要：采用气体灭火具有腐蚀性小、不导电以及无残留物等特点，現在被越来越广泛的应用到建筑消防中，且实际应用效果突出，不会对环境造成二次污染。当前建筑工程内的电气、电子设备逐渐增多，消防安全要求更加严格。基于此，结合气体灭火系统特点，对其在建筑消防中的应用进行分析。

关键词：气体灭火系统；建筑工程；消防设计

气体灭火系统主要用于通信设施、贵重及精密设备、电气线路、变配电设施以及发电机组等火灾的扑救，在工业以及民用建筑中应用比较常见。随着技术水平的提升，气体灭火系统的功能性更加完善，再加上实际应用中逐渐积累了一定的经验，可以更好地发现应用中存在的不足，以便于及时做出相应调整，确保其在建筑消防中可以起到良好的作用。

1 常见气体灭火系统的分类

常见气体灭火系统可按照所用灭火剂种类、灭火方式、防护区数量以及存储装置压力等进行划分，具体情况如下：

1.1 按灭火剂种类划分

分为二氧化碳灭火系统、七氟丙烷灭火系统以及混合气体IG541灭火系统，不同系统的特点不同。二氧化碳灭火系统是利用二氧化碳常温差压下为惰性气体且无色无味的特点；七氟丙烷则是一种气体灭火剂，同样无色无味；混合气体IG541是由氮气、氩气以及二氧化碳按一定比例配制而成，各类气体的配制比例为52%、40%和8%[1]。

1.2 按灭火方式划分

分为全淹没灭火系统与局部应用灭火系统两种。全淹没灭火系统是指在规定的时间内，向防护区喷射一定浓度的气体灭火剂，并使其均匀地充满整个防护区的灭火系统。局部应用灭火系统是指在规定的时间内向室内或室外的保护对象以设计喷射率直接喷射灭火剂，在保护对象周围形成局部高浓度，并持续一定时间的灭火系统。

1.3  按防护区数量划分

分为组合分配系统与单元独立系统。组合分配系统是指用一套灭火系统储存装置同时保护两个或两个以上防火区或保护对象的气体灭火系统。单元独立系统则是指用一套灭火剂储存装置保护一个防护区的灭火系统。

1.4  按存储装置压力划分

分为高压系统与低压系统两种。其中，七氟丙烷应用于高压系统时，存储压力以4.20MPa（表压）为宜；应用于低压系统时，存储压力以2.50MPa（表压）为宜。二氧化碳应用于高压系统时，20℃条件下存储压力以5.17MPa（表压）为宜；应用于低压系统时，20℃条件下存储压力以2.07MPa（表压）为宜。IG541无论何种条件，应用压力均以15MPa（表压）为宜。

2 气体灭火系统的工作原理

2.1  二氧化碳灭火系统

2.1.1  系统特点

二氧化碳为惰性气体，在常温常压条件下表现为无色、无味且无导电性，同时兼具中性、无腐蚀的化学特性，是现在广泛使用的一种灭火剂。此种气体灭火系统在面对精密仪器设备、电气线路、变配电设备等特殊环境时，不会对设备产生污染，并且具有良好的空间淹没性，灭火速度比较快[2]。另外，高压二氧化碳灭火系统在常温下可实现液态存储，在实际应用中设计难度较小，结构设置简单，安全性高，再加上运行成本低，实用性比较高。

2.1.2  系统原理

二氧化碳灭火系统主要是利用窒息作用和降温作用进行灭火。常温常压环境下二氧化碳以气相的形式存在，可存储于高密高压的气瓶内，而在临界温度以下则是以气液共存的形式存储。在灭火时，二氧化碳被从气瓶中释放出来，此时压力骤然降低，使得二氧化碳从液态转变为气态，空气中的含氧量被迅速稀释。随着二氧化碳含量的增加，空间内火灾燃烧产生的热量降低，一旦热产生率低于热散失率，燃烧便会停止。二氧化碳释放时又因焓降的关系，环境内的温度会迅速降低，产生细微的固体干冰粒子，干冰持续吸收周围燃烧产生的热量后升华，达到降温的效果，配合窒息作用完成灭火[3]。

2.2  七氟丙烷灭火系统

2.2.1  系统特点

七氟丙烷属于低压液化气体，灭火效能高，对防护区内发生的B、C类火灾以及电气火灾均有着良好的灭火效果。七氟丙烷气体灭火系统具有无污渍、不导电的特点，并且系统所需存储空间较小，管网工作压力低，对不同环境条件均具有较高的适应性[4]。

2.2.2  系统原理

将七氟丙烷应用于全淹没式的灭火系统时，释放后可以通过物理与化学反应，来消除保护区内的热能，达到预防火灾发生的目的。从物理方面分析，七氟丙烷分子在汽化时可以迅速降低火焰温度；化学方面分析则是因为反应过程中会有游离基被释放，能够有效阻止燃烧连锁反应的出现，迫使燃烧停止，实现有效灭火。

2.3  IG541灭火系统

2.3.1  系统特点

IG541是通过氮气、氩气以及二氧化碳按照一定比例混合配制得到的，应用于灭火系统具有安全性高、无腐蚀且环保性强等特点。

2.3.2  系统原理

应用IG541气体灭火系统，通过释放灭火剂到封闭的环境内，达到降低氧气浓度的效果，利用窒息作用来扑灭火灾。[5]

3 气体灭火系统应用注意事项

3.1  合理选择设备材料

气体灭火系统在建筑中的应用越来越广泛，尤其是针对比较特殊的设备设施，相比其他灭火方式，气体灭火系统的实用性更强。气体灭火系统的构成包括储存容器、压力管道以及各关键零部件，其中零部件有阀门、管件、法兰以及安全保护装置。灭火系统属于特种设备，此类设备的生产应用要求更加严格，如气瓶作为系统存储设备，必须符合国家相关标准，并且要经过安全监督管理部门的检验，确定各项性能满足实际应用需求。在气体灭火系统的运用过程中，个别单位经常会为了控制成本而放松对设备材料的要求，部分产品构件的设计、制造以及安装并非由具有专业资质的单位负责，这样必定会增加使用的风险。近年来国内管道试压安全事故的屡次发生，产品质量不达标便是主要的原因之一，再加上违规操作，使得问题发生的可能性大大增加。因此，气体灭火系统在建筑中的运用，首要注意事项便是做好设备材料的选择，保证各性能均能够达到应用要求，尤其是要加强关键原材料以及关键零部件品质的把控，从根源上杜绝因设备材料带来的质量以及安全问题。

3.2  系统综合性设计优化

想要将气体灭火系统的功能优势完全发挥出来，很重要的一个因素便是做好设计管理，保证每一个细节参数的准确性，为各设备构件的安装施工提供可靠依据。

3.2.1  管网与喷嘴设计

以七氟丙烷灭火系统为例，七氟丙烷在管道内是以压缩气体的形式进行输送的，因为液体与气体在管道内的摩擦阻力存在差异，在设计时就需要注意此因素造成管路内气体窜流以及气液分层流动问题的发生，尤其是在压力条件不变的情况下，随着管径的增大问题发生的可能性越大。同时，统一防护区内的不同喷嘴，如果不按照统一灭火设计体积分数以及喷放时间来设计，就会导致系统防护区实际灭火体积分数在规定时间内无法达到设计的灭火体积分数。进行设计时必须要强调此方面的控制，保证各项参数的科学性，应结合实际情况对喷嘴特性参数以及主要部件当量长度值进行验证，提高设计方案的科学性与可靠性[6]。

3.2.2  气瓶设计

气瓶是气体灭火系统的存储设备，具有存储压力高、使用数量大以及安装密度大等特点，只有前期做好综合性规划设计，才能够保证后期灭火系统的正常运行。一般建筑中应用需要根据灭火剂的种类、性质以及保护对象大小来确定数量，从十数瓶到数百瓶不等，且每套系统在每平方米要安装两个气瓶。另外，要严格控制气瓶存储场所和保护对象的间距，要求必须处于同一建筑物内，气瓶需要在保护对象的邻近位置。

3.3  加强安全检查与维护

加强气体灭火系统的安全检查与维护，是延长系统服务寿命，促使灭火功能顺利实现的重要保障。根据实际情况制定合理的检修方案，例如每年进行一次监督检查，并根据安全等级确定全面检查，且在两个检验周期之间进行一次耐压试验。现在有一部分的气体灭火系统管理维护工作仍流于形式，无法及时发现存在的问题隐患，储存容器因为缺少必要的定期检验，很多情况下是带着隐患运行，甚至是部分构件已经基本失效，不仅影响系统灭火能效的发挥，而且存在着较大的安全风险。在实际应用中必须要积极解决此问题，制定专业性的检修方案，开展所有设备构件的性能检验，排查存在的各类隐患。并適时展开对配套火灾报警以及联动控制系统的功能性检查，将系统的检验与维护保养工作落到实处，全面提升系统运行综合效果。

4 气体灭火系统在建筑中的应用

4.1  工程概述

某建筑工程地下一层到三层共设置有低压配电室、高压配电室、柴油发电机室、电力电池室以及机房等七个防护区，为预防火灾的发生，降低火灾的威胁，必须要建立功能完善、运行可靠的灭火系统。结合本工程的某些防护区内安排有专人值守，综合分析不同灭火剂对环境以及人员的危害，兼顾经济性原则，最终确定使用七氟丙烷灭火系统。遵循安全、可靠、经济的基本原则，研究分析七氟丙烷灭火系统的运用方案，确定每一个节点实施的规范性与专业性，将火灾对建筑产生的影响降到最小。

4.2  防护区划分方案

地下一层设置有高低压配电室、柴油发电机室与储油室，一旦发生火灾后果不堪设想，因此将其设计成单元独立灭火系统，管路布置简单。地下二三层为机房，为达到全淹没灭火系统的有效应用，防火区最终采用封闭空间的方式进行划分。其中，电力电池室与机房本身已经具备良好的封闭性，以及内部结构均为难燃烧或非燃烧材料，最终确定两部分为独立防护区，同时采用组合分配灭火系统。另外，鉴于各防护区均无吊顶，地板高度为150mm以及存在着大量的线缆，为避免灭火系统安装对其他项目的干扰，确定底板下方不安装喷头，最后根据各防护区的总容积来计算确定所需灭火剂数量，保证达到专业应用标准。

4.3  选择管网系统

根据布置形式的不同可分为均衡管网系统与非均衡管网系统两种。结合本工程应用要求，假如选择非均衡管网，灭火剂的用量会增加，相应的成本投入增多，系统灭火能力不会得到改善，实用性比较低。而选择应用均衡管网系统则能够实现各部分灭火剂的均化，不同空间的浓度与设计相差较小，可保持较高的灭火效率，管网灭火剂的剩余量少，虽然设置的管网比较复杂，但是便于计算，只需要选择同一种规格的喷头便可以满足应用需求[7]。

4.4  灭火设计浓度与灭火剂使用方法

按照国家相关规定，如果是存在爆炸风险气体以及液体类火灾防护区，需要采用惰化设计浓度；如果无爆炸风险气体、液体类火灾以及固体类火灾防护区，则应采用灭火设计浓度。本工程防护区内存在PC板、绝缘电线电缆以及档案纸张等，具有可燃性，确定采用灭火设计浓度。并且，实际应用还需要注意灭火剂喷射到防护区中的实际灭火浓度，在针对单元独立系统进行设计时，实际情况与设计基本一致，而组合分配系统则需要根据最大防护区来计算灭火剂储量，确保不会影响系统灭火能力。

4.5  灭火剂用量计算

表1  各防护区灭火剂设计用量计算过程以及结果

序号 防护区 灭火剂设计用量计算及结果

1 低压配电室 W=1×（360/0.1269）×[9/（100-9）]=280kg

2 高压配电室 W=1×（176/0.1269）×[9/（100-9）]=137kg

3 柴油发电机室 W=1×（600/0.1269）×[9/（100-6）]=302kg

4 低压配电室 W=1×（147/0.1269）×[9/（100-9）]=115kg

5 柴油发电机室 W=1×（405/0.1269）×[9/（100-9）]=309kg

6 电力电池室 W=1×（460/0.1269）×[9/（100-9）]=358kg

7 机房 W=1×（3010/0.1269）×[9/（100-9）]=2345kg

8 机房 W=1×（3010/0.1269）×[9/（100-9）]=2345kg

本工程气体灭火系统设计采用一套灭火剂储存装置，然后按组合分配型式实现各防护区的保护。所有防护区均采用全淹没灭火方式，要保证在规定时间内，保护区内可以达到一定浓度的灭火剂喷放，且均匀的充满整个防护区。其中，在进行灭火剂用量计算时，要求实际用量能够完全满足最大防护区应用需求，且喷头工作压力在相关规范内。建筑项目所在地为热带气候，冬季气温比较高，内部只设置了单冷空调，在此种气候条件下，冬季室内温度仍然会低到0℃。因此S=K1=0.1296，海拔修正系数K=1。各防护区灭火剂设计用量计算过程以及结果如表1所示。

5 结语

气体灭火系统在建筑中的应用可根据实际需求进行选择，确定最佳灭火剂种类，然后通过各细节设计，保证系统灭火功能完善，可以满足各保护区的应用需求，预防火灾的发生，降低火灾造成的损失。

参考文献：

[1]许徐宗.气体灭火系统安装调试控制要点[J].建筑与预算，2021（4）：77-79.

[2]胡耿惠.大空间藏品库房IG541混合气体灭火系统设计要点探讨[J].低碳世界，2021，11（3）：131-132.

[3]王志双.气体灭火系统设计的重点问题探讨及解决办法[J].给水排水，2020，56（S1）：323-327.

[4]王守江.气体灭火系统在广电配电室的应用研究[J].中國有线电视，2020（5）：520-522.

[5]严晓龙，张建国.气体灭火系统设计验证模拟实验研究[J].消防科学与技术，2020，39（3）：368-370.

[6]胡溶川.德阳万达广场气体灭火系统安装施工技术研究[J].建筑技术开发，2019，46（21）：80-81.

[7]陈宗信.浅析气体灭火系统设计中的问题[J].现代建筑电气，2019，10（10）：28-33.

Application research on gas fire

extinguishing system in building fire protection

Yun Xiaoqing

（Bonded Area Fire and Rescue Brigade of Tianjin， Tianjin 300308）

Abstract：Use gas to extinguish fire has the characteristics of low corrosiveness， non-conductivity and no residue. It is now more and more widely used in building fire protection， and the practical application effect is outstanding， and it will not cause secondary pollution to the environment. At present， the electrical and electronic equipment in the construction project is gradually increasing， and the fire safety requirements are more stringent. Based on this， the paper analyzes its application in building fire protection combined with the characteristics of gas fire extinguishing system.

Keywords：gas fire extinguishing system; construction engineering; fire protection design