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摘要：本文介绍了在建筑消防设计中常用的三种气体灭火装置,阐述了IG541气体灭火系统、七氟丙烷气体灭火系统、二氧化碳气体灭火系统的灭火原理,对三种气体灭火装置灭火后对大气环境、人体健康、保护对象的影响进行了对比,并结合工程实例,介绍气体灭火在工程消防设计的重要作用。
本文介绍了各类常用气体灭火系统的组成及特点，并结合实例分析了它们的适用性。
关键词：气体灭火系统；二氧化碳灭火系统；七氟丙烷灭火系统；惰性气体IG-541灭火系统
1．概述
气体灭火系统是以化学气体为灭火剂，与火灾探测报警系统相配合组成的以扑灭各类火灾为目的的灭火系统。传统的水灭火系统一般多用于固体可燃物的火灾，而对于各类液体火灾、气体火灾及电器火灾则无能为力，气体灭火系统的出现很好地解决了这一问题，其灭火效率高、速度快、灭火后对物体不损坏、无污染、无痕迹等优点都是水灭火系统无法做到的。自上世纪90年代以来，随着科学技术的飞速发展以及我国工程建设力度的不断加大，各类新的建筑不断出现，其中需应用气体灭火系统的场合越来越多，同时各种类型的气体灭火系统也层出不穷，它们的出现在为设计人员带来更多更好选择的同时，也需要设计者深入地了解其特点，以作出正确合理的选择。
目前，在国内应用较多的有三类气体灭火系统：二氧化碳灭火系统、七氟丙烷灭火系统及惰性气体IG-541灭火系统。本文结合笔者的工程实践，对以上三种气体灭火系统的特点及适用性进行探讨。
2．常用气体灭火系统特点及适用性
2.1．二氧化碳灭火系统
二氧化碳灭火系统为物理灭火，主要是以窒息、隔离燃烧物的方式灭火，灭火浓度较高，速度较快。该类灭火系统在我国已有多年的使用经验，从产品标准到设计规范、验收规范等都有国标可循，是技术成熟的气体灭火系统。该系统可设计为单元独立系统或组合分配系统，设计浓度不小于34%，灭火方式有全淹没式和局部应用两种。根据系统存储压力及温度的差异可分为高压系统与低压系统两类。高压系统存储压力：5.17Mpa；存储装置环境温度：0~49℃；充装密度：0.60~0.74kg/L。低压系统存储压力：2.07 Mpa；存储装置环境温度：-18~-20℃；充装密度：0.90~0.95kg/L。
对于保护对象而言，二氧化碳喷放过程中，由于液相和固态“干冰”的快速气化，防护区温度急速下降，会产生一定程度的“冷激”、“冷淬”现象，因此应用于精密设备需特别关注。同时，二氧化碳的设计浓度远大于窒息浓度（20%），因此，该系统不可用于经常有人工作或停留的场所。从环保角度而言，二氧化碳属于温室气体对环境会产生一定影响。
在本文所列三类气体灭火系统中，二氧化碳灭火系统一次性投资最低，日常维护保养费用也较低，应用于无人场所有很好的经济性。
2.2．七氟丙烷灭火系统
七氟丙烷灭火系统灭火机理为：通过七氟丙烷灭火剂的化学催化和净化作用大量捕捉、消耗火焰中的自由基，抑制燃烧的链式反应，从而达到灭火的目的，因此，该系统以化学灭火方式为主，特点是灭火效率高、速度快、灭火剂用量小。目前，此类系统在国内已应用多年，上海、北京、广东等省市都有相关的设计、验收规范可循，技术上较为成熟，但各地的地标在部分条款上存在差异，给应用带来一定的困难。七氟丙烷灭火系统可设计为单元独立系统或组合分配系统，但由于其灭火剂输送距离短，并不适用与大型防护区或高差大输送距离远的场合，系统主要技术参数如下：存储压力：2.5Mpa或4.2Mpa；充装密度：≤1150kg/m3；使用环境温度：0~50℃；设计浓度不小于7.35%，灭火方式：全淹没式。
七氟丙烷属含氟化合物，高温受热会分解产生氢氟酸，对保护对象的金属、玻璃表面会产生腐蚀；对防护区内的人员有一定的毒性，刺激人的呼吸和眼睛。因此，在有人员停留或设置电子设备的场合应用该系统需进行必要的浓度核算，确保实际喷放后防护区的灭火剂浓度在允许值以下。七氟丙烷温室效应值（GWP）较高，大气存活寿命较长，已纳入《气候变化框架公约》，从环保发展的趋势来说，使用该系统存在被淘汰的风险。
对于同一个保护区而言，七氟丙烷灭火系统的工程造价高于二氧化碳灭火系统，低于惰性气体IG-541灭火系统。但该系统灭火剂成本较高，因此如有泄漏，日常补充药剂等维护费用较贵。
2.3．惰性气体IG-541灭火系统
惰性气体IG-541灭火系统的灭火剂由52%的氮气、40%的氩气和8%的二氧化碳组成，其灭火机理是冷却、窒息灭火，为物理方式灭火，其灭火效率及速度不如七氟丙烷灭火系统。该类系统在国内已广泛应用，上海、北京、陕西等地都有相关的设计验收规范，技术较为成熟，但也存在着各地规程不一致的问题。IG-541系统主要技术参数为：存储压力：15Mpa；灭火剂比容：0.707m3/kg（20℃）；使用环境温度：0~50℃；设计浓度不小于37.5%，灭火方式：全淹没式。
IG-541灭火剂为惰性气体，高温下不会发生反应，对保护对象是安全的。对于保护区内的工作人员，灭火剂本身无毒性，同时根据“低氧状态下的生命维持理论”的实证，空气中含有3~5%的二氧化碳可刺激人体呼吸速率加速，满足人体需氧量要求，因此，只要保护区设计浓度低于43%，该系统对人是安全的。就环保而言，IG-541灭火剂组成与空气相近，对环境无任何影响，是理想的气体灭火系统。
2.4．系统比较
综合以上内容，可以对这三类气体灭火系统作出一番比较，具体见表2.4-1。
3．实例分析
3.1．实例一（立体车库）
笔者曾做过一立体车库的消防设计，该车库平面尺寸为11×7.4m，高34m，共计有18层，每层停2辆轿车，采用垂直升降电梯来输送车辆，车库内是无人的。该车库是贴着一栋高层建筑而建的，充分利用了高度上的空间。其特点就是消防要求高，空间狭小。结合车库具体情况，消防设计采用了气体灭火系统，该灭火系统布置在车库底层旁边的设备房内。
针对该项目，比较常用的三类气体灭火系统适用性如下：七氟丙烷灭火系统由于垂直输送较短，应用该车库内较为困难，且其造价较高，因此未予采用；惰性气体IG-541灭火系统在技术应用上无困难，但其工程造价高，因此亦不采用；考虑车库内是无人空间，可采用二氧化碳灭火系统，而且其综和造价较低，因此本工程采用了该灭火系统。主要设备配置如下：36个45kg装的二氧化碳钢瓶及一套控制系统。
3.2．实例二（地铁车站）
目前国内很多大城市都在大力发展轨道交通，有诸多地铁车站需设计建设。由于地铁是电力牵引的，车站内各类电气及控制设备众多，对此类设备的火灾，水灭火系统是无能为力的，只能使用气体灭火系统。
该使用场合的特点是：1、设备昂贵，保护要求高；2、需要保护的区域众多，且比较分散，距离较远；3、平时保护区域内是有人的；4、每个车站都要使用气体灭火系统，用量大，需注意考虑环境影响，以避免将来被淘汰。
参考文献
1．气体灭火系统设计规范（GB50370-2005） 2016.5
2．二氧化碳灭火系统设计规范（GB50193-93） 1994.8
3．七氟丙烷灭火系统技术规程（DG/TJ08-307-2002） 2016.7
论文作者:罗智彬
论文发表刊物:《基层建设》2017年6期
论文发表时间:2017/6/27
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