國家圖書館低壓配電室氣體滅火系統優化

程奇勝

（中國國家圖書館，北京 100081）

我國機房、高壓配電室、電纜溝以及重要古籍文本等重要文物庫房消防措施采用的大多為七氟丙烷氣體滅火系統。七氟丙烷氣體滅火系統具有滅火效率高、滅火速度快、保護對象無污損等優點。尤其高低壓配電室采用氣體滅火系統，讓配電室在發生火災時處于全淹沒狀態，能夠起到迅速滅火的效果。國家圖書館綜合樓一層低壓配電室，原設計有管網氣體滅火系統，現因后期改造，低壓配電室面積擴大一部分，使得原有氣體滅火系統藥劑儲量不足，做不到保護區域全淹沒狀態。配電室環境復雜以及儲瓶間空間有限，放不下更多氣體滅火劑鋼瓶，因此將有管網系統改為無管網系統，可以節省成本和降低施工難度。本文根據GB50370-2005《氣體滅火系統設計規范》將國家圖書館綜合樓一層的低壓配電室的有管網系統改造優化為無管網系統，滿足實際滅火的需要，保障國家財產安全。

1 工程概況

國家圖書館綜合樓一層低壓配電室為有管網單元獨立的七氟丙烷系統。該系統中有5 個滅火劑儲瓶，每個瓶的儲量是75kg，一共375kg，能夠充分滿足容積為324.7m3低壓保護區的滅火需求。現將低壓保護區的中間墻拆除，擴大使用面積，滿足館內用電需求。中間墻的拆除，使得保護區面積擴大為原來的兩倍，現有的儲量遠遠不能滿足需要。系統優化改造主要包括有管網系統的封堵拆除和無管網系統的安裝兩部分。

2 系統改造

面積增大，滅火劑的使用量增加，根據現有規范初步估算需要增加5 個滅火劑儲瓶，但鋼瓶間的空間有限且管網噴頭較少，所以將系統改為無管網滅火系統，如圖1 所示。滅火劑使用量增加使得原有泄壓口不能滿足需要，需要重新設計泄壓口。改造完的低壓配電室氣體滅火系統和滅火控制部分要進行3 次調試，方可投入使用。

圖1 無管網系統

2.1 基本設計參數和要求

改造完成低壓配電室保護區經現場測量面積為190.08m2，高為4.50m，凈容積為855.40m3。保護區為獨立封閉空間，設獨立風機，設計溫度20℃，海拔高度修正系數為1等。保護區的圍護結構及門窗的耐火極限不低于0.5h，圍護結構及門窗的允許壓強不小于1200Pa。具體參數見表1。

七氟丙烷（HFC-227）氣體滅火系統的最小設計滅火濃度為8%（20℃時），在8s 內噴射一定濃度的HFC-227 滅火劑，并使其均勻地充滿整個保護區，并且要求浸漬時間不少于5min。噴放HFC-227 前，應停止一切影響滅火效果的設備；保護區的通風系統在噴放HFC-227 滅火劑前應關閉，并設置防火閥，關閉通風口；保護區的門應向外開啟，并能自行關閉；保證在任何情況下均能從保護區內打開。

表1 系統設計基本參數及要求

2.2 系統具體參數設計

（1）確定滅火劑的設計濃度C1。七氟丙烷（HFC-227）氣體滅火系統的最小設計滅火濃度為8%（20℃時），國家圖書館為國家級重點消防單位，配電室尤為重要，故取設計濃度C1=9%。

（2）滅火劑的設計用量。防護區滅火設計用量，按公式（1）進行計算：

式中：W 為滅火設計用量，kg；C1為滅火劑的設計濃度，%；S 為滅火劑過熱蒸氣在101kPa 大氣壓和防護區最低環境溫度下的質量體積，m3/kg；V 為防護區凈容積，m3；K 為海拔修正系數。

滅火劑過熱蒸氣在101kPa 大氣壓和防護區最低環境溫度下的質量體積，按公式（2）進行計算：

根據2.1 中的基本設計參數帶入公式（1）和（2）計算，W=630kg。

圖2 柜式儲存容器

（3）滅火劑儲存容器規格及數量。本次改造選用的柜式無管網系統的儲存容器，單臺裝置的充裝量為126kg，如圖2 所示。經計算設計藥劑量為630kg，所以選用5 個柜式儲存容器，如圖2 所示，即可滿足保護區的滅火需要。并將5 個氣柜放在合理的位置，均勻分布，如圖3 所示。

（4）防護區泄壓口面積。防護區需要開設泄壓口，是因為氣體滅火劑噴入防護區內，會顯著增加防護區的內壓，如果沒有適當的泄壓口，防護區的圍護結構將可能因壓力而遭破壞。

泄壓口的面積，按公式（3）進行計算：

式中：FX為泄壓口面積，m2；QX為滅火劑在防護區的平均噴放速率，kg/s；Pf為圍護結構承受內壓的允許壓強，Pa。

根據2.1 計算出FX=1.36m2，七氟丙烷滅火系統的泄壓口應位于防護區凈高的2/3 以上，所以需開設2 個面積為0.68m2的泄壓口，具體位置如圖3 所示。

（5）火災探測器的設計及報警系統要求。七氟丙烷（HFC-227）氣體滅火系統的保護區內應有煙感溫感探測器，以確保滅火系統的二級報警要求。保護區的煙感探測器應間隔布置，每個煙感探測器的保護面積按50 ～60 m2計算，每個溫感探測器的保護面積按20 ～30 m2計算。保護區面積為198 m2，因此需要10 個溫感和4 個煙感。需要在原來的基礎上增加5 個溫感和2 個煙感。具體布置如圖3 所示。

為了滿足七氟丙烷（HFC-227）氣體滅火系統與火災自動報警系統聯動控制的要求，火災自動報警系統應能接收壓力開關送出的七氟丙烷氣體噴放動作信號和氣體控制盤送出的探測器一級報警信號和系統故障等信號，即火災報警系統應在保護區的氣體控制盤附近設置能發出或接收上述信號的模塊。

圖3 柜式儲存容器、火災探測器和泄壓口分布圖

2.3 系統測試

無管網氣體滅火系統的控制，應該同時具有自動控制和電氣手動控制兩種方式。兩種控制方式原理如圖4 所示。自動控制是指保護區域內設置有煙感溫感探測器，發生火災時，其中任一組探測器報警后，氣體控制盤接收該火警信號，將顯示出該組報警信號，同時控制盤會輸出滅火聯動信號。電氣手動控制是指在保護區外面通過手動啟動按鈕釋放滅火氣體。

2.3.1 測試方案

系統測試方法電磁驅動器啟動試驗，取下電磁驅動器，拔出電磁驅動器保險銷，分別進行自動控制測試和手動控制測試，試驗電磁鐵聯動鐵心是否動作。測試完畢后，鐵心及電磁驅動器保險銷應復位。同時觀察相關動作信號及聯動設施是否正常。

（1）自動控制測試。首先解除氣體滅火系統誤噴的解鎖開關，對保護區內的任意5 個溫感編號為W1、W2、W3、W4、W5，2 個煙感編號為Y1、Y2，使用觸發器使得任意2 組同時報警，查看30s 后電磁鐵聯動鐵心是否動作和聯動設施是否正常。測試結果見表2。

表2 自動控制測試結果

由表2 測試結果可以看出，當采用1 個溫感和煙感進行組合時，電磁驅動鐵心動作，聲光報警能正常啟動，中控室主機有正常反饋信號。

（2）電氣手動控制。首先解除氣體滅火系統誤噴的解

圖4 氣滅系統聯動控制示意圖

2.3.2 測試結果

（1）自動控制結果見表2。結果可以看出，當采用1個溫感和煙感進行組合時，30s 后電磁驅動鐵心動作，聲光報警能正常啟動，中控室主機有正常反饋信號，系統可以正常使用。

（2）測試人員按下手動啟動按鈕，30s 后電磁鐵聯動鐵心動作，聲光報警啟動，中控室主機有正常反饋信號。

4 結語

（1）根據規范和實際要求計算得出滅火劑的實際用量為630kg，設置5 個氣柜和2 個泄壓口；面積增加，煙感和溫感分別增加2 個和5 個。

（2）安裝完成以后，測試系統。分別采用自動控制和手動控制測試，30s 后電磁驅動鐵心動作，聲光報警正常啟動，中控室主機有正常反饋信號，系統可以正常使用。