国家图书馆低压配电室气体灭火系统优化

程奇胜

（中国国家图书馆，北京 100081）

我国机房、高压配电室、电缆沟以及重要古籍文本等重要文物库房消防措施采用的大多为七氟丙烷气体灭火系统。七氟丙烷气体灭火系统具有灭火效率高、灭火速度快、保护对象无污损等优点。尤其高低压配电室采用气体灭火系统，让配电室在发生火灾时处于全淹没状态，能够起到迅速灭火的效果。国家图书馆综合楼一层低压配电室，原设计有管网气体灭火系统，现因后期改造，低压配电室面积扩大一部分，使得原有气体灭火系统药剂储量不足，做不到保护区域全淹没状态。配电室环境复杂以及储瓶间空间有限，放不下更多气体灭火剂钢瓶，因此将有管网系统改为无管网系统，可以节省成本和降低施工难度。本文根据GB50370-2005《气体灭火系统设计规范》将国家图书馆综合楼一层的低压配电室的有管网系统改造优化为无管网系统，满足实际灭火的需要，保障国家财产安全。

1 工程概况

国家图书馆综合楼一层低压配电室为有管网单元独立的七氟丙烷系统。该系统中有5 个灭火剂储瓶，每个瓶的储量是75kg，一共375kg，能够充分满足容积为324.7m3低压保护区的灭火需求。现将低压保护区的中间墙拆除，扩大使用面积，满足馆内用电需求。中间墙的拆除，使得保护区面积扩大为原来的两倍，现有的储量远远不能满足需要。系统优化改造主要包括有管网系统的封堵拆除和无管网系统的安装两部分。

2 系统改造

面积增大，灭火剂的使用量增加，根据现有规范初步估算需要增加5 个灭火剂储瓶，但钢瓶间的空间有限且管网喷头较少，所以将系统改为无管网灭火系统，如图1 所示。灭火剂使用量增加使得原有泄压口不能满足需要，需要重新设计泄压口。改造完的低压配电室气体灭火系统和灭火控制部分要进行3 次调试，方可投入使用。

图1 无管网系统

2.1 基本设计参数和要求

改造完成低压配电室保护区经现场测量面积为190.08m2，高为4.50m，净容积为855.40m3。保护区为独立封闭空间，设独立风机，设计温度20℃，海拔高度修正系数为1等。保护区的围护结构及门窗的耐火极限不低于0.5h，围护结构及门窗的允许压强不小于1200Pa。具体参数见表1。

七氟丙烷（HFC-227）气体灭火系统的最小设计灭火浓度为8%（20℃时），在8s 内喷射一定浓度的HFC-227 灭火剂，并使其均匀地充满整个保护区，并且要求浸渍时间不少于5min。喷放HFC-227 前，应停止一切影响灭火效果的设备；保护区的通风系统在喷放HFC-227 灭火剂前应关闭，并设置防火阀，关闭通风口；保护区的门应向外开启，并能自行关闭；保证在任何情况下均能从保护区内打开。

表1 系统设计基本参数及要求

2.2 系统具体参数设计

（1）确定灭火剂的设计浓度C1。七氟丙烷（HFC-227）气体灭火系统的最小设计灭火浓度为8%（20℃时），国家图书馆为国家级重点消防单位，配电室尤为重要，故取设计浓度C1=9%。

（2）灭火剂的设计用量。防护区灭火设计用量，按公式（1）进行计算：

式中：W 为灭火设计用量，kg；C1为灭火剂的设计浓度，%；S 为灭火剂过热蒸气在101kPa 大气压和防护区最低环境温度下的质量体积，m3/kg；V 为防护区净容积，m3；K 为海拔修正系数。

灭火剂过热蒸气在101kPa 大气压和防护区最低环境温度下的质量体积，按公式（2）进行计算：

根据2.1 中的基本设计参数带入公式（1）和（2）计算，W=630kg。

图2 柜式储存容器

（3）灭火剂储存容器规格及数量。本次改造选用的柜式无管网系统的储存容器，单台装置的充装量为126kg，如图2 所示。经计算设计药剂量为630kg，所以选用5 个柜式储存容器，如图2 所示，即可满足保护区的灭火需要。并将5 个气柜放在合理的位置，均匀分布，如图3 所示。

（4）防护区泄压口面积。防护区需要开设泄压口，是因为气体灭火剂喷入防护区内，会显著增加防护区的内压，如果没有适当的泄压口，防护区的围护结构将可能因压力而遭破坏。

泄压口的面积，按公式（3）进行计算：

式中：FX为泄压口面积，m2；QX为灭火剂在防护区的平均喷放速率，kg/s；Pf为围护结构承受内压的允许压强，Pa。

根据2.1 计算出FX=1.36m2，七氟丙烷灭火系统的泄压口应位于防护区净高的2/3 以上，所以需开设2 个面积为0.68m2的泄压口，具体位置如图3 所示。

（5）火灾探测器的设计及报警系统要求。七氟丙烷（HFC-227）气体灭火系统的保护区内应有烟感温感探测器，以确保灭火系统的二级报警要求。保护区的烟感探测器应间隔布置，每个烟感探测器的保护面积按50 ～60 m2计算，每个温感探测器的保护面积按20 ～30 m2计算。保护区面积为198 m2，因此需要10 个温感和4 个烟感。需要在原来的基础上增加5 个温感和2 个烟感。具体布置如图3 所示。

为了满足七氟丙烷（HFC-227）气体灭火系统与火灾自动报警系统联动控制的要求，火灾自动报警系统应能接收压力开关送出的七氟丙烷气体喷放动作信号和气体控制盘送出的探测器一级报警信号和系统故障等信号，即火灾报警系统应在保护区的气体控制盘附近设置能发出或接收上述信号的模块。

图3 柜式储存容器、火灾探测器和泄压口分布图

2.3 系统测试

无管网气体灭火系统的控制，应该同时具有自动控制和电气手动控制两种方式。两种控制方式原理如图4 所示。自动控制是指保护区域内设置有烟感温感探测器，发生火灾时，其中任一组探测器报警后，气体控制盘接收该火警信号，将显示出该组报警信号，同时控制盘会输出灭火联动信号。电气手动控制是指在保护区外面通过手动启动按钮释放灭火气体。

2.3.1 测试方案

系统测试方法电磁驱动器启动试验，取下电磁驱动器，拔出电磁驱动器保险销，分别进行自动控制测试和手动控制测试，试验电磁铁联动铁心是否动作。测试完毕后，铁心及电磁驱动器保险销应复位。同时观察相关动作信号及联动设施是否正常。

（1）自动控制测试。首先解除气体灭火系统误喷的解锁开关，对保护区内的任意5 个温感编号为W1、W2、W3、W4、W5，2 个烟感编号为Y1、Y2，使用触发器使得任意2 组同时报警，查看30s 后电磁铁联动铁心是否动作和联动设施是否正常。测试结果见表2。

表2 自动控制测试结果

由表2 测试结果可以看出，当采用1 个温感和烟感进行组合时，电磁驱动铁心动作，声光报警能正常启动，中控室主机有正常反馈信号。

（2）电气手动控制。首先解除气体灭火系统误喷的解

图4 气灭系统联动控制示意图

2.3.2 测试结果

（1）自动控制结果见表2。结果可以看出，当采用1个温感和烟感进行组合时，30s 后电磁驱动铁心动作，声光报警能正常启动，中控室主机有正常反馈信号，系统可以正常使用。

（2）测试人员按下手动启动按钮，30s 后电磁铁联动铁心动作，声光报警启动，中控室主机有正常反馈信号。

4 结语

（1）根据规范和实际要求计算得出灭火剂的实际用量为630kg，设置5 个气柜和2 个泄压口；面积增加，烟感和温感分别增加2 个和5 个。

（2）安装完成以后，测试系统。分别采用自动控制和手动控制测试，30s 后电磁驱动铁心动作，声光报警正常启动，中控室主机有正常反馈信号，系统可以正常使用。