氣體滅火系統在建筑消防中的應用研究

云曉晴

摘要：采用氣體滅火具有腐蝕性小、不導電以及無殘留物等特點，現在被越來越廣泛的應用到建筑消防中，且實際應用效果突出，不會對環境造成二次污染。當前建筑工程內的電氣、電子設備逐漸增多，消防安全要求更加嚴格?；诖耍Y合氣體滅火系統特點，對其在建筑消防中的應用進行分析。

關鍵詞：氣體滅火系統；建筑工程；消防設計

氣體滅火系統主要用于通信設施、貴重及精密設備、電氣線路、變配電設施以及發電機組等火災的撲救，在工業以及民用建筑中應用比較常見。隨著技術水平的提升，氣體滅火系統的功能性更加完善，再加上實際應用中逐漸積累了一定的經驗，可以更好地發現應用中存在的不足，以便于及時做出相應調整，確保其在建筑消防中可以起到良好的作用。

1 常見氣體滅火系統的分類

常見氣體滅火系統可按照所用滅火劑種類、滅火方式、防護區數量以及存儲裝置壓力等進行劃分，具體情況如下：

1.1 按滅火劑種類劃分

分為二氧化碳滅火系統、七氟丙烷滅火系統以及混合氣體IG541滅火系統，不同系統的特點不同。二氧化碳滅火系統是利用二氧化碳常溫差壓下為惰性氣體且無色無味的特點；七氟丙烷則是一種氣體滅火劑，同樣無色無味；混合氣體IG541是由氮氣、氬氣以及二氧化碳按一定比例配制而成，各類氣體的配制比例為52%、40%和8%[1]。

1.2 按滅火方式劃分

分為全淹沒滅火系統與局部應用滅火系統兩種。全淹沒滅火系統是指在規定的時間內，向防護區噴射一定濃度的氣體滅火劑，并使其均勻地充滿整個防護區的滅火系統。局部應用滅火系統是指在規定的時間內向室內或室外的保護對象以設計噴射率直接噴射滅火劑，在保護對象周圍形成局部高濃度，并持續一定時間的滅火系統。

1.3? 按防護區數量劃分

分為組合分配系統與單元獨立系統。組合分配系統是指用一套滅火系統儲存裝置同時保護兩個或兩個以上防火區或保護對象的氣體滅火系統。單元獨立系統則是指用一套滅火劑儲存裝置保護一個防護區的滅火系統。

1.4? 按存儲裝置壓力劃分

分為高壓系統與低壓系統兩種。其中，七氟丙烷應用于高壓系統時，存儲壓力以4.20MPa（表壓）為宜；應用于低壓系統時，存儲壓力以2.50MPa（表壓）為宜。二氧化碳應用于高壓系統時，20℃條件下存儲壓力以5.17MPa（表壓）為宜；應用于低壓系統時，20℃條件下存儲壓力以2.07MPa（表壓）為宜。IG541無論何種條件，應用壓力均以15MPa（表壓）為宜。

2 氣體滅火系統的工作原理

2.1? 二氧化碳滅火系統

2.1.1? 系統特點

二氧化碳為惰性氣體，在常溫常壓條件下表現為無色、無味且無導電性，同時兼具中性、無腐蝕的化學特性，是現在廣泛使用的一種滅火劑。此種氣體滅火系統在面對精密儀器設備、電氣線路、變配電設備等特殊環境時，不會對設備產生污染，并且具有良好的空間淹沒性，滅火速度比較快[2]。另外，高壓二氧化碳滅火系統在常溫下可實現液態存儲，在實際應用中設計難度較小，結構設置簡單，安全性高，再加上運行成本低，實用性比較高。

2.1.2? 系統原理

二氧化碳滅火系統主要是利用窒息作用和降溫作用進行滅火。常溫常壓環境下二氧化碳以氣相的形式存在，可存儲于高密高壓的氣瓶內，而在臨界溫度以下則是以氣液共存的形式存儲。在滅火時，二氧化碳被從氣瓶中釋放出來，此時壓力驟然降低，使得二氧化碳從液態轉變為氣態，空氣中的含氧量被迅速稀釋。隨著二氧化碳含量的增加，空間內火災燃燒產生的熱量降低，一旦熱產生率低于熱散失率，燃燒便會停止。二氧化碳釋放時又因焓降的關系，環境內的溫度會迅速降低，產生細微的固體干冰粒子，干冰持續吸收周圍燃燒產生的熱量后升華，達到降溫的效果，配合窒息作用完成滅火[3]。

2.2? 七氟丙烷滅火系統

2.2.1? 系統特點

七氟丙烷屬于低壓液化氣體，滅火效能高，對防護區內發生的B、C類火災以及電氣火災均有著良好的滅火效果。七氟丙烷氣體滅火系統具有無污漬、不導電的特點，并且系統所需存儲空間較小，管網工作壓力低，對不同環境條件均具有較高的適應性[4]。

2.2.2? 系統原理

將七氟丙烷應用于全淹沒式的滅火系統時，釋放后可以通過物理與化學反應，來消除保護區內的熱能，達到預防火災發生的目的。從物理方面分析，七氟丙烷分子在汽化時可以迅速降低火焰溫度；化學方面分析則是因為反應過程中會有游離基被釋放，能夠有效阻止燃燒連鎖反應的出現，迫使燃燒停止，實現有效滅火。

2.3? IG541滅火系統

2.3.1? 系統特點

IG541是通過氮氣、氬氣以及二氧化碳按照一定比例混合配制得到的，應用于滅火系統具有安全性高、無腐蝕且環保性強等特點。

2.3.2? 系統原理

應用IG541氣體滅火系統，通過釋放滅火劑到封閉的環境內，達到降低氧氣濃度的效果，利用窒息作用來撲滅火災。[5]

3 氣體滅火系統應用注意事項

3.1? 合理選擇設備材料

氣體滅火系統在建筑中的應用越來越廣泛，尤其是針對比較特殊的設備設施，相比其他滅火方式，氣體滅火系統的實用性更強。氣體滅火系統的構成包括儲存容器、壓力管道以及各關鍵零部件，其中零部件有閥門、管件、法蘭以及安全保護裝置。滅火系統屬于特種設備，此類設備的生產應用要求更加嚴格，如氣瓶作為系統存儲設備，必須符合國家相關標準，并且要經過安全監督管理部門的檢驗，確定各項性能滿足實際應用需求。在氣體滅火系統的運用過程中，個別單位經常會為了控制成本而放松對設備材料的要求，部分產品構件的設計、制造以及安裝并非由具有專業資質的單位負責，這樣必定會增加使用的風險。近年來國內管道試壓安全事故的屢次發生，產品質量不達標便是主要的原因之一，再加上違規操作，使得問題發生的可能性大大增加。因此，氣體滅火系統在建筑中的運用，首要注意事項便是做好設備材料的選擇，保證各性能均能夠達到應用要求，尤其是要加強關鍵原材料以及關鍵零部件品質的把控，從根源上杜絕因設備材料帶來的質量以及安全問題。

3.2? 系統綜合性設計優化

想要將氣體滅火系統的功能優勢完全發揮出來，很重要的一個因素便是做好設計管理，保證每一個細節參數的準確性，為各設備構件的安裝施工提供可靠依據。

3.2.1? 管網與噴嘴設計

以七氟丙烷滅火系統為例，七氟丙烷在管道內是以壓縮氣體的形式進行輸送的，因為液體與氣體在管道內的摩擦阻力存在差異，在設計時就需要注意此因素造成管路內氣體竄流以及氣液分層流動問題的發生，尤其是在壓力條件不變的情況下，隨著管徑的增大問題發生的可能性越大。同時，統一防護區內的不同噴嘴，如果不按照統一滅火設計體積分數以及噴放時間來設計，就會導致系統防護區實際滅火體積分數在規定時間內無法達到設計的滅火體積分數。進行設計時必須要強調此方面的控制，保證各項參數的科學性，應結合實際情況對噴嘴特性參數以及主要部件當量長度值進行驗證，提高設計方案的科學性與可靠性[6]。

3.2.2? 氣瓶設計

氣瓶是氣體滅火系統的存儲設備，具有存儲壓力高、使用數量大以及安裝密度大等特點，只有前期做好綜合性規劃設計，才能夠保證后期滅火系統的正常運行。一般建筑中應用需要根據滅火劑的種類、性質以及保護對象大小來確定數量，從十數瓶到數百瓶不等，且每套系統在每平方米要安裝兩個氣瓶。另外，要嚴格控制氣瓶存儲場所和保護對象的間距，要求必須處于同一建筑物內，氣瓶需要在保護對象的鄰近位置。

3.3? 加強安全檢查與維護

加強氣體滅火系統的安全檢查與維護，是延長系統服務壽命，促使滅火功能順利實現的重要保障。根據實際情況制定合理的檢修方案，例如每年進行一次監督檢查，并根據安全等級確定全面檢查，且在兩個檢驗周期之間進行一次耐壓試驗。現在有一部分的氣體滅火系統管理維護工作仍流于形式，無法及時發現存在的問題隱患，儲存容器因為缺少必要的定期檢驗，很多情況下是帶著隱患運行，甚至是部分構件已經基本失效，不僅影響系統滅火能效的發揮，而且存在著較大的安全風險。在實際應用中必須要積極解決此問題，制定專業性的檢修方案，開展所有設備構件的性能檢驗，排查存在的各類隱患。并適時展開對配套火災報警以及聯動控制系統的功能性檢查，將系統的檢驗與維護保養工作落到實處，全面提升系統運行綜合效果。

4 氣體滅火系統在建筑中的應用

4.1? 工程概述

某建筑工程地下一層到三層共設置有低壓配電室、高壓配電室、柴油發電機室、電力電池室以及機房等七個防護區，為預防火災的發生，降低火災的威脅，必須要建立功能完善、運行可靠的滅火系統。結合本工程的某些防護區內安排有專人值守，綜合分析不同滅火劑對環境以及人員的危害，兼顧經濟性原則，最終確定使用七氟丙烷滅火系統。遵循安全、可靠、經濟的基本原則，研究分析七氟丙烷滅火系統的運用方案，確定每一個節點實施的規范性與專業性，將火災對建筑產生的影響降到最小。

4.2? 防護區劃分方案

地下一層設置有高低壓配電室、柴油發電機室與儲油室，一旦發生火災后果不堪設想，因此將其設計成單元獨立滅火系統，管路布置簡單。地下二三層為機房，為達到全淹沒滅火系統的有效應用，防火區最終采用封閉空間的方式進行劃分。其中，電力電池室與機房本身已經具備良好的封閉性，以及內部結構均為難燃燒或非燃燒材料，最終確定兩部分為獨立防護區，同時采用組合分配滅火系統。另外，鑒于各防護區均無吊頂，地板高度為150mm以及存在著大量的線纜，為避免滅火系統安裝對其他項目的干擾，確定底板下方不安裝噴頭，最后根據各防護區的總容積來計算確定所需滅火劑數量，保證達到專業應用標準。

4.3? 選擇管網系統

根據布置形式的不同可分為均衡管網系統與非均衡管網系統兩種。結合本工程應用要求，假如選擇非均衡管網，滅火劑的用量會增加，相應的成本投入增多，系統滅火能力不會得到改善，實用性比較低。而選擇應用均衡管網系統則能夠實現各部分滅火劑的均化，不同空間的濃度與設計相差較小，可保持較高的滅火效率，管網滅火劑的剩余量少，雖然設置的管網比較復雜，但是便于計算，只需要選擇同一種規格的噴頭便可以滿足應用需求[7]。

4.4? 滅火設計濃度與滅火劑使用方法

按照國家相關規定，如果是存在爆炸風險氣體以及液體類火災防護區，需要采用惰化設計濃度；如果無爆炸風險氣體、液體類火災以及固體類火災防護區，則應采用滅火設計濃度。本工程防護區內存在PC板、絕緣電線電纜以及檔案紙張等，具有可燃性，確定采用滅火設計濃度。并且，實際應用還需要注意滅火劑噴射到防護區中的實際滅火濃度，在針對單元獨立系統進行設計時，實際情況與設計基本一致，而組合分配系統則需要根據最大防護區來計算滅火劑儲量，確保不會影響系統滅火能力。

4.5? 滅火劑用量計算

表1? 各防護區滅火劑設計用量計算過程以及結果

序號 防護區 滅火劑設計用量計算及結果

1 低壓配電室 W=1×（360/0.1269）×[9/（100-9）]=280kg

2 高壓配電室 W=1×（176/0.1269）×[9/（100-9）]=137kg

3 柴油發電機室 W=1×（600/0.1269）×[9/（100-6）]=302kg

4 低壓配電室 W=1×（147/0.1269）×[9/（100-9）]=115kg

5 柴油發電機室 W=1×（405/0.1269）×[9/（100-9）]=309kg

6 電力電池室 W=1×（460/0.1269）×[9/（100-9）]=358kg

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

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

本工程氣體滅火系統設計采用一套滅火劑儲存裝置，然后按組合分配型式實現各防護區的保護。所有防護區均采用全淹沒滅火方式，要保證在規定時間內，保護區內可以達到一定濃度的滅火劑噴放，且均勻的充滿整個防護區。其中，在進行滅火劑用量計算時，要求實際用量能夠完全滿足最大防護區應用需求，且噴頭工作壓力在相關規范內。建筑項目所在地為熱帶氣候，冬季氣溫比較高，內部只設置了單冷空調，在此種氣候條件下，冬季室內溫度仍然會低到0℃。因此S=K1=0.1296，海拔修正系數K=1。各防護區滅火劑設計用量計算過程以及結果如表1所示。

5 結語

氣體滅火系統在建筑中的應用可根據實際需求進行選擇，確定最佳滅火劑種類，然后通過各細節設計，保證系統滅火功能完善，可以滿足各保護區的應用需求，預防火災的發生，降低火災造成的損失。

參考文獻：

[1]許徐宗.氣體滅火系統安裝調試控制要點[J].建筑與預算，2021（4）：77-79.

[2]胡耿惠.大空間藏品庫房IG541混合氣體滅火系統設計要點探討[J].低碳世界，2021，11（3）：131-132.

[3]王志雙.氣體滅火系統設計的重點問題探討及解決辦法[J].給水排水，2020，56（S1）：323-327.

[4]王守江.氣體滅火系統在廣電配電室的應用研究[J].中國有線電視，2020（5）：520-522.

[5]嚴曉龍，張建國.氣體滅火系統設計驗證模擬實驗研究[J].消防科學與技術，2020，39（3）：368-370.

[6]胡溶川.德陽萬達廣場氣體滅火系統安裝施工技術研究[J].建筑技術開發，2019，46（21）：80-81.

[7]陳宗信.淺析氣體滅火系統設計中的問題[J].現代建筑電氣，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