气体灭火系统

固定喷水灭火系统是迄今为止世界上应用最为广泛的灭火系统，但是它的适用范围存在一定的局限性，它不适用于扑救可燃气体、可燃液体和电气火灾、也不适用于计算机房、重要文物档案库、通信广播机房、微波机房等忌水场合和设备的火灾。气体灭火系统就是为扑救上述火灾而相继发展起来的。

气体灭火系统主要适用于扑救下列火灾：电气火灾；固体表面火灾；液体火灾；灭火前能切断气源的气体火灾。目前，有强制性设计、施工及验收规范的气体灭火系统是：七氟丙烷灭火系统、热气溶胶灭火系统、IG—541（烟烙尽）混合气体灭火系统、二氧化碳灭火系统。

3.3.1　气体灭火系统的分类

一、按充装的灭火剂分类

1.二氧化碳灭火系统

是以二氧化碳作为灭火介质的灭火系统，根据药剂储存的压力和温度的不同，可分为高压二氧化碳灭火系统、低压二氧化碳灭火系统。

二氧化碳系统的灭火原理主要是窒息、冷却作用。

特点：二氧化碳灭火剂具有毒性低、不污损设备、绝缘性能好、灭火能力强等特点，是目前国内外市场上颇受欢迎的气体灭火产品，也是替代卤代烷的较理想型产品。

2.卤代烃灭火系统

是以卤代烃类气体作为灭火介质的灭火系统，根据卤代烃气体的不同，可分为卤代烷1301（三氟一溴甲烷）、1211（二氟一氯一溴甲烷）灭火系统。七氟丙烷灭火系统，三氟甲烷灭火系统、六氟丙烷灭火系统等，其中由于卤代烷1301、1211灭火剂对大气臭氧层具有破坏作用，我国已限制在非必要场所的使用。

卤代烃系统的灭火原理主要是化学作用过程。

特点：七氟丙烷（HFC—227ea）自动灭火系统是一种高效能的灭火设备，其灭火剂HFC—227ea是一种无色、无味、低毒性、绝缘性好、无二次污染的气体，对大气臭氧层的耗损潜能值（ODP）为零，是目前替代卤代烷1211、1301最理想的替代品。

3.惰性气体灭火系统

是以惰性气体作为灭火介质的灭火系统，根据所用惰性气体的不同，可分为混合气体灭火系统，氮气灭火系统、氩气灭火系统和氩气氮气灭火系统等。

惰性气体灭火系统灭火原理是物理稀释的作用。

特点：混合气体灭火剂是由氮气、氩气和二氧化碳气体按一定的比例混合而成的气体，这些气体都是在大气层中自然存在的，对大气臭氧层没有损耗，也不会对地球的“温室效应”产生影响，而且混合气体无毒、无色、无味、无腐蚀性、不导电，既不支持燃烧，又不与大部分物质产生反应，是一种十分理想的环保型灭火剂。

4.热气溶胶灭火系统

是以固体化学混合物（热气溶胶发生剂）经化学反应生成具有灭火性质的气溶胶作为灭火介质的灭火系统，按气溶胶发生剂的主化学成分可分为S型热气溶胶、K型热气溶胶和其他型热气溶胶。

热气溶胶灭火系统灭火原理是吸热降温、气、固相化学抑制作用。

特点：气溶胶灭火产品是一种具有最小影响的灭火剂，具有系统简单、造价低廉；无腐蚀、无污染、无毒无害、对臭氧层无损耗、残留物少、高速高效、全淹没全方位灭火、应用范围广等优点，已被众多专业人士认定为哈龙产品的理想替代品。

二、按灭火系统的结构特点分类

1.管网灭火系统

是指按一定的应用条件进行设计计算、将灭火剂从储存装置经由干管支管输送至喷放组件实施喷放的灭火系统。

2.预制灭火系统

是指按一定的应用条件，将灭火剂储存装置和喷放组件等预先设计、组装成套且具有联动控制功能的灭火系统。又分为柜式气体灭火装置和悬挂式气体灭火装置。

三、按防护区的特征和灭火方式分类

1.全淹没灭火系统

是指在规定时间内，向防护区喷放设计规定用量的灭火剂，并使其均匀的充满整个防护区的灭火系统

全淹没灭火系统适用于扑救封闭空间的火灾。全淹没灭火作用是基于在很短时间内使防护区充满规定浓度的气体灭火剂并通过一定时间的浸渍而实现的。因此，要求防护区要有必要的封闭性、耐火性和耐压、泄压能力。

2.局部应用灭火系统

是指向保护对象以设计喷射率直接喷射灭火剂，并持续一定时间的灭火系统，该类系统在国内的应用，目前仅限于二氧化碳局部应用系统和细水雾灭火系统。

四、按一套灭火剂存储装置保护的防护区的多少分类

1.单元独立系统

是指一套气体灭火剂储存装置对应一套灭火剂管网，保护一个防护区域的灭火系统。

2.组合分配系统

是指用一套气体灭火剂储存装置通过管网的选择分配，保护两个或两个以上防护区的灭火系统。

五、按管网布置形式分类

1.均衡管网系统

气体灭火系统的管网布置满足以下条件的称为均衡管网系统：采用同一规格的喷头；管网的第一分流点至各喷头的管网阻力损失，其相互之间的最大差值不应大于20%。管网布置成均衡系统有以下好处：一是灭火剂在防护区里容易做到喷放均匀，利于灭火；二是可不考虑灭火剂在管网中的剩余量，做到节省；三是减少设计工作的计算量，可选用同一种规格的喷头，只要计算最不利点的阻力损失就可以了。

2.非均衡管网系统

不能满足均衡管网系统条件的系统称为非均衡管网系统。

六、按是否增压分类

1.增压式灭火系统

灭火系统中灭火剂的储存和喷放需要增压气体来辅助完成。如二氧化碳灭火系统、七氟丙烷灭火系统。

2.非增压灭火系统

灭火系统中灭火剂的储存和喷放不需要增压气体来完成。如烟烙尽灭火系统、热气溶胶灭火系统。

3.3.2　气体灭火系统的工作原理及组成

气体灭火系统有不同的种类及不同的系统实现形式，但他们的组成和工作原理是大体相同的，以下介绍气体灭火系统的工作原理和组成，包括：高压二氧化碳、七氟丙烷灭火系统、IG—541惰性气体灭火系统等全淹没组合分配式管网灭火系统。

一、气体灭火系统的工作原理

工作原理方框图如图3-42所示。

图3-42　气体灭火系统的工作原理方框图

发生火灾时，火灾探测器将燃烧产生的温、烟、光等转化成电信号输入到火灾报警控制器，经火灾报警控制器鉴别确认后，启动火灾警报装置，发出火灾声、光报警信号，并将信号输入灭火控制盘，灭火控制盘启动开口关闭装置、通风机等联动设备，并经延时，再启动阀驱动装置，驱动气体瓶组上的容器阀释放驱动气体（高压N2），打开通向发生火灾的防护区的选择阀，之后（或同时）打开灭火剂瓶组的容器阀，各瓶组的灭火剂经连接管汇集到集流管，通过选择阀到达安装在防护区内的喷嘴进行喷放灭火，同时安装在管路上的压力开关信号反馈装置动作，信号传动到控制器，由控制器启动防护区外的释放警示灯和警铃。图3-43、图3-44中防护区1对应的驱动钢瓶同时打开三个灭火剂钢瓶；防护区2对应的驱动钢瓶打开一个灭火剂钢瓶。

高压二氧化碳、七氟丙烷灭火系统的组成示意图如图3-43所示，IG—541惰性气体灭火系统的组成示意图如图3-44所示。

图3-43　典型的组合分配式高压二氧化碳、七氟丙烷灭火系统的组成示意图
1—紧急启停按钮；2—放气指示灯；3—声报警器；4—光报警器；5—喷嘴；6—火灾探测器；7—电气控制线路；8—灭火剂输送管道；9—选择阀；10—信号反馈装置；11—启动管路；12—集流管；13—灭火剂流通管路单向阀；14—驱动气体流通管路单向阀；15—安全泄压阀；16—连接管；17—灭火剂容器阀；18—机械应急启动机构；19—瓶组架；20—灭火剂瓶组；21—驱动气体瓶组；22—报警控制器；23—灭火控制器

图3-44　典型的组合分配式IG—541惰性气体灭火系统的组成示意图
1—紧急启停按钮；2—放气指示灯；3—声报警器；4—光报警器；5—喷嘴；6—火灾探测器；7—电气控制线路；8—灭火剂输送管道；9—减压装置；10—选择阀；11—信号反馈装置；12—启动管路；13—集流管；14—灭火剂流通管路单向阀；15—驱动气体流通管路单向阀；16—安全泄压阀；17—连接管；18—灭火剂容器阀；19—机械应急启动机构；20—瓶组架；21—灭火剂瓶组；22—驱动气体瓶组；23—报警控制器；24—灭火控制器

当系统处于手动操作状态时，人员发现火灾后，应启动手动启动按钮，通过灭火控制盘释放灭火剂。如火灾报警系统或其供电系统发生故障，则应采取应急启动方式，直接启动阀驱动装置释放灭火剂。

二、气体灭火系统的组成

气体灭火系统一般为管网灭火系统。管网灭火系统由储存容器、容器阀、高压软管、液体单向阀、气体单向阀、集流管、安全阀、选择阀、压力开关、输送灭火剂的管道及管道附件、喷嘴、启动钢瓶、固定支架及火灾报警控制系统中的火灾探测器、火灾报警控制器、灭火驱动盘、声光警报装置、放气门灯、紧急启动、停止按钮等组成。

1.瓶组

1）分类

灭火剂瓶组、驱动气体瓶组。

灭火剂瓶组用来储存灭火剂，管网系统的瓶组固定在钢瓶架上，通过连接管与系统集流管连接；驱动气体瓶组安装在灭火剂瓶组旁。

2）组成

瓶组一般包括容器、容器阀、安全泄放装置、虹吸管（惰性气体系统瓶组除外）、充装介质等。

安全泄放装置一般设置在容器阀上，瓶组的检漏方法根据瓶组内的充装介质特点一般采用压力方法、称重方法、液位方法等。一般情况下在瓶组内介质质量损失5%或压力损失10%时就应进行补压或对介质进行补充。

虹吸管的内径一般与容器阀的通径相同，为减少阻力损失，虹吸管的下端应有约30°的斜口，且棱边倒圆形，为避免沉积的污物进入管道，通常使管端距容器底部3～8mm。

3）主要参数

包括储存压力、充装压力、充装密度、工作温度范围等。

2.容器阀（瓶头阀）

容器阀具有平时封闭钢瓶、火灾时能排放灭火剂的作用。此外，还能通过它充装灭火剂和安装防爆安全阀。

容器阀上主要包括充装阀（截止阀和止回阀）、施放阀（截止阀或闸刀阀）和安全膜片三个部分。按其启动方式，气体灭火系统的容器阀分为：气动瓶头阀、机械式闸刀瓶头阀、电爆瓶头阀、气动闸刀式瓶头阀、气动活门式瓶头阀五种结构形式。

1）气动瓶头阀

它由启动气瓶提供的启动气体通过操纵管进入阀体才能开启，因此还必须与先导阀和电磁阀配合使用。平时，电磁阀关住启动气瓶中的高压气体，报警控制器在接受火灾信号后，发出信号使电磁阀动作。这时启动气瓶中高压气体便先后开启先导阀和安装在二氧化碳钢瓶上的气动阀，使二氧化碳喷出。

2）机械式闸刀瓶头阀

开启时，只需将手柄上的钢丝绳牵动，闸刀杆便旋入并切破工作膜片，放出二氧化碳。气动活塞开启瓶头阀的操纵系统是拉环与活塞杆连接在一起，当气动活塞移动时，带动拉环移动，从而牵动钢丝绳，实现开启二氧化碳钢瓶的动作。

3）电爆瓶头阀

平时它处于闭合状态。通电时，阀内雷管爆炸，推动活塞，使杠杆旋转带动活门而开启。因雷管涉及爆炸品，一般不宜使用。

4）气动闸刀式瓶头阀

它利用铜作膜片将灭火剂封闭于钢瓶内，发生火灾时，启动钢瓶释放的高压气体由其上部的进气接头导入，迫使活塞下移，带动闸刀扎破铜膜片，瓶内灭火剂即可经排放接头进入灭火管道。

5）气动活门式瓶头阀

它采用背压活门，由软质材料密封。发生火灾时，启动钢瓶释放的高压气体由其上部的进气接头导入，迫使活塞下移，推开阀杆活门，排放灭火剂。

3.选择阀和单向阀

在组合分配系统中，选择阀安装在集流管上，一端与集流管连接，另一端与灭火剂输送管道连接，是用来控制灭火剂的流向，使灭火剂能通过管道释放到预定防护区或保护对象的阀门。选择阀和防护区一一对应。按启动方式分为：电动式和气动式。

由于选择阀平时处于关闭状态，因此灭火时，选择阀应在容器阀开放之前开启，或与容器阀同时开启。无论哪种形式的选择阀，均应有手动操作机构，以便在系统自动控制失灵时仍能将选择阀打开。

选择阀的性能参数有公称工作压力、公称直径。气体灭火系统标准规定选择阀的公称工作压力不应小于在最高环境温度下所能承受的工作压力。高压二氧化碳灭火系统选择阀的工作压力不应小于12MPa。

单向阀是控制介质流向的。启动气体管路中设置的单向阀较小，用以控制启动气瓶放出的高压气体，开启相应的阀门。在成组灭火剂储存容器系统中，每个储存容器都应设有单向阀，防止灭火剂回流到空瓶或从卸下的储瓶接口处泄漏灭火剂。单向阀的位置一般安装在排放软管之后。

4.压力开关

将压力信号转为电信号，一般设在选择阀后，以判断各部位的动作正确与否。虽然有些阀门本身带有动作检测开关，但压力开关检测各部件的动作状态则最为可靠。另外压力开关的动作信号可作为放气门灯的启动信号。

5.安全阀

安全阀一般装置在储存容器的容器阀上，以及组合分配系统中的集流管上。在组合分配系统的集流管部分中，由于选择阀平时处于关闭状态，所以从容器阀的出口处至选择阀的进口端之间，就形成了一个封闭的空间，为防止储存容器发生误喷射而在此空间内形成一个危险的高压压力，在集流管末端设置一个安全阀或泄压装置，当压力值超过规定值时，安全阀自动开启泄压，以保证管网系统的安全。安全阀或泄压装置一般只用于配管系统耐压等级较低的场合。

6.喷嘴

安装在管网的末端，用来向保护区喷洒灭火剂，同时也是用来控制灭火剂的流速和喷射方向的组件。

7.管道及附件

主要有高压软管、液路单向阀、气路单向阀、集流管、启动管路、灭火剂输送管路及各种管道连接件等。

高压软管安装于容器阀出口和灭火剂输送管路送向阀之间，以减缓灭火剂释放时产生的振动。它上部带有液路单向阀，可以阻止无关的储存容器误喷。气路单向阀主要用于控制启动气体的流向，以保证打开对应的灭火剂储存容器。

集流管安装在瓶组架顶部，与各灭火剂储存瓶组连通。灭火时瓶组内的灭火剂汇集到集流管，再经选择阀、管网输送到防护区喷头。

8.火灾报警控制系统

主要由火灾探测器、信号输入模块、控制模块、声光报警器、变调喇叭、放气门灯、紧急启动、停止按钮、火灾报警控制器及灭火驱动盘、电源等组成。

火灾探测器主要用来探测保护区内的各种火灾参数，它可以是感烟、感温、感光、可燃气体、复合类火灾探测器。信号输入模块是用来将与灭火系统有关的动作信号转换成电信号，以便在控制器上显示，如压力开关信号、称重检漏装置的报警信号等。控制模块用来控制防火门、窗等开口部位的关闭，非消防电源的切断、可燃液体、蒸汽的输送管道的切断等。声光报警器及变调喇叭用来提醒现场人们赶紧撤离和通知保卫人员灾情发生区域。放气门灯用来提醒现场人员该保护区正在喷射灭火剂，严禁入内。紧急启动是保护区现场人员在确认火灾发生后现场启动灭火系统的操作装置，紧急停止按钮是用来中断自动控制信号的，在紧急启动按钮动作后或灭火剂已释放后，此按钮是无效的。火灾报警控制器的作用见第二章的相关内容。灭火驱动盘是用来控制不同保护区对应的启动装置、联动设备等，一个保护区对应灭火驱动盘上的一个单元。整个系统电源应为消防电源。

3.3.3　气体灭火系统的设计原则

一个具有火灾危险的场所是否需要用气体灭火系统防护，可依据国家现行的《建筑设计防火规范》（GB50016—2006）、《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045—95）（2005版）、《人民防空工程设计防火规范》（GB50098—98）（2001版）的有关规定，结合下述基本原则考虑：一是该场所要求使用不污染被保护物的“清洁”灭火剂；二是该场所有电气危险而要求使用不导电的灭火剂；三是该场所有贵重的设备、物品，要求使用能够迅速灭火的高效灭火剂；四是该场所不宜或难以使用其他类型的灭火剂。在具体工程实践中，应根据所选用的气体灭火系统，参照有关国家规范、标准进行工程设计。

本文只介绍高压二氧化碳灭火系统的设计。

二氧化碳灭火系统可用于扑救下列火灾：灭火前可切断气源的气体火灾；液体火灾或石蜡、沥青等可融化的固体火灾；固体表面火灾及棉毛、织物、纸张等部分固体深位火灾；电气火灾。二氧化碳灭火系统不得用于扑救下列火灾：硝化纤维、火药等含氧化剂的化学制品火灾；钾、钠、镁、锆等活泼金属火灾；氰化钾、氢化钠等金属氢化物火灾。

二氧化碳灭火系统应按应用方式分为全淹没灭火系统和局部应用灭火系统。全淹没灭火系统应用于扑救封闭空间内的火灾；局部应用灭火系统应用于扑救不需要封闭空间条件的具体保护对象的非深位火灾。

一、全淹没二氧化碳灭火系统的设计

1.一般规定

设置全淹没二氧化碳灭火系统的保护区应符合下列规定：对气体、液体、电气火灾和固体表面火灾，在喷放二氧化碳前不能自动关闭的开口，其面积不应大于防护区总内表面积3%，且开口不应设在底面；对固体深位火灾，除泄压口以外的开口，在喷放二氧化碳前应自动关闭；防护区的维护结构及门、窗的耐火极限不应低于0.50h，吊顶的耐火极限不应低于0.25h，维护结构及门、窗的允许压强不宜小于1200Pa；防护区用的通风机和通风管道中的防火阀，在喷放二氧化碳前应自动关闭。启动释放二氧化碳之前或同时，必须切断可燃、助燃气体的气源。

组合分配系统的二氧化碳存储量，不应小于所需储存量最大的一个防护区或保护对象的储存量。当组合分配系统保护5个及以上的防护区或保护对象时，或者在48h内不能恢复时，二氧化碳应有备用量，备用量不应小于系统设计的储存量。对于高压系统和单独设置备用量储存容器的低压系统，备用量的存储容器应与系统管网相连，应能与主存储容器切换使用。

2.二氧化碳系统用量

二氧化碳设计浓度不应小于灭火浓度的1.7倍，并不得低于34%。可燃物的二氧化碳设计浓度可按表3-35的规定采用。

当防护区内存有两种及两种以上可燃物时，防护区的二氧化碳设计浓度应采用可燃物中最大的二氧化碳设计浓度。

二氧化碳用量包括设计用量、剩余量和储存量。

1）设计量

二氧化碳的设计量应按下式计算：

当保护区的环境温度超过100℃时，设计用量应在上述公式的基础上，每超过5℃，增加2%，当保护区的环境温度低于－20℃时，每降低1℃增加2%。

防护区应设置泄压口，宜设置在外墙上，其高度应大于防护区净高的2/3。当防护区设有防爆泄压孔时，可不单独设置泄压口。泄压口的面积应按下式计算：

全淹没灭火系统二氧化碳的喷射时间不应大于1min，当扑救固体深位火灾时，喷射时间不应大于7min，并应在前2min内使二氧化碳的浓度达到30%。二氧化碳扑救固体深位火灾的抑制时间应按表3-35采用。

表3-35　物质系数、设计浓度和抑制时间

续表

2）剩余量

根据我国目前采用的40L二氧化碳储存容器试验结果，规范规定二氧化碳剩余量可按设计用量的8%计算。

3）储存量

二氧化碳灭火系统的储存量应为设计用量和剩余量之和。可按下式计算，即

3.储存容器数量

储存容器数量根据二氧化碳储存量确定。在确定储存容器数量时，还应注意考虑二氧化碳的充装率。二氧化碳储存容器数量可按下式计算，即

充装率又称充装密度，是指储存容器内二氧化碳的质量与该容器容积之比，即二氧化碳的平均储存密度。充装率不能太大，否则对储存容器的安全会造成威胁。

二氧化碳的充装率应为0.6～0.67kg/L，当储存容器工作压力不小于20MPa时，其充装率可为0.75kg/L。

4.管网计算

1）管径确定

输送二氧化碳的管道内径应根据管道设计流量和喷头入口压力通过计算确定，初选管径可按下式计算，即

管网干管的设计流量可按下式计算

管网支管的设计流量可按下式计算，即

2）管道压力降计算

二氧化碳在管道中的流动呈气液两相流。规范给出按照两相流特性推导而得的管道压力损失计算公式为

表3-36　储存系统的Y值和Z值

5.喷头

喷头的数量可根据防护区的面积和每个喷头的保护面积（保护半径）来确定。喷头的布置要均匀分布，以保证释放出的二氧化碳在防护区均匀分布。

喷头设计流量应符合下式：

当管网为均衡系统（每个喷头设计流量相同）布置时，喷头设计流量为

喷头入口压力即是系统最末管段的终端压力，应满足二氧化碳灭火系统喷射性能的技术要求。高压储存系统喷头入口压力不应小于1.4MPa，低压储存系统喷头入口压力不应小于1.0MPa。

喷头等效孔口面积是与水流量系数为0.98的标准喷头孔口面积进行换算后的喷头孔口面积。喷头的流量与喷头入口压力和喷头孔口面积有关。喷头入口压力越大，喷头孔口面积越大，则喷头的流量越大。喷头入口压力与等效孔口单位面积喷射率的关系如表337所示。喷头孔口尺寸可通过等效孔口喷射率求出，即

表3-37　高压系统单位等效孔口的喷射率

二、局部应用二氧化碳灭火系统设计

局部应用系统设计分为面积法和体积法。当保护对象的着火部位是比较平直的表面时，宜采用面积法；当着火对象是不规则物体时，宜采用体积法。

二氧化碳局部应用系统的喷射时间不应小于0.5min，对于燃点温度低于沸点温度的可燃液体和可熔固体火灾，其喷射的时间不应小于1.5min。

1.面积法设计计算

1）保护面积和喷头选用

用面积法设计时，首先应确定所需保护面积。计算保护面积应按整体保护表面垂直投影面积考虑。设计中选用的喷头，应具有以试验为依据的技术参数。这些参数是以物质系数Kb＝1提供出的喷头在不同安装高度（系指喷头与被保护物表面的距离）的额定保护面积和喷射速率。设计者可根据被保护面积、喷头可能安装的高度，以及尽可能减少喷头数量的原则，来选用适当的喷头。

喷头有架空型和槽边型两种形式。

①架空型喷头。架空型喷头应根据喷头到保护对象表面的距离，来确定喷头的设计流量和相应的保护面积。

架空型喷头宜垂直于保护对象的表面布置。当需要采用非垂直位置布置时，与保护对象表面的夹角不应小于45°，在45°～90°范围内形成任一角度口时，喷头的瞄准点（图3-45中E1、E2点）偏离喷头保护面积中心的距离L1应等于喷头正方形保护面积的边长L乘以表3-38中的瞄准系数Km。

图3-45　架空型喷头布置方法
B1、B2—喷头布置位置；E1、E2—喷头瞄准点；S—喷头出口至瞄准点距离；L—单个喷头正方形保护面积的边长；L1—瞄准点偏离喷头中心的距离；θ—喷头安装角

表3-38　架空型喷头的瞄准系数

②槽边型喷头。槽边型喷头的保护面积由喷头的设计喷射速率来确定。这是由于槽边型喷头的保护面积是其喷射宽度和射程的函数，喷射宽度和射程又是喷射速率的函数，且对设计喷射速率计入一定的安全系数后，就可作为确定喷头保护面积的设计依据。

喷头宜等距布置，以正方形保护面积组合排列，并应完全覆盖保护对象。喷头数量按下式计算，即

2）二氧化碳设计用量计算

依据喷头的保护面积及其相应的设计流量和喷射时间，来确定二氧化碳灭火剂设计用量，可按下式计算

当所有喷头规格型号相同时，可按下式计算

2.体积法设计计算

用体积法设计时，首先要围绕保护对象设定一个假想的封闭罩。假想封闭罩应有实际的底面（如地板）。其周围和顶部如没有实际的围护结构（如墙等），则假想罩的每个“侧面”和“顶盖”都应保持离被保护物不小于0.6m的距离。这个假想封闭罩的容积，即为体积法设计计算的体积（封闭罩内具体保护对象所占的体积不应扣除）。

由试验得知，体积法中所采用的二氧化碳灭火设计喷射强度与假想封闭罩侧面的实际围封程度有关。

1）喷射强度的确定

喷射强度可按下式计算，即

2）二氧化碳设计用量应按下式计算

用体积法设计时，喷头的数量与布置应使喷射的二氧化碳分布均匀，并满足喷射强度和设计用量的要求。

3.二氧化碳储存量计算

局部应用灭火系统采用局部释放系统，经喷头把二氧化碳以液态的形式直接喷到被保护对象表面灭火。为保证基本设计用量全部呈液态形式喷出，必须增加灭火剂储存量，以补偿气化部分。

三、系统组件

1.储存装置

高压系统的储存装置应由储存容器、容器阀、单向阀和集流管等组成，并应符合下列规定：储存容器的工作压力不应小于15MPa，储存容器或容器阀上应设泄压装置，其泄压动作压力应为19MPa±0.95MPa；储存容器中二氧化碳的冲装系数应按国家现行《气瓶安全监察规程》执行；储存容器的环境温度应为0～49℃。

储存容器中充装的二氧化碳应符合现行国家标准《二氧化碳灭火剂》（GB4396—84）的规定。储存装置应设检漏装置，当储存容器中充装的二氧化碳损失10%时，应及时补充。储存装置的布置应方便检查和维护，并应避免阳光直射。储存装置宜布置在专用的储存容器内。局部应用灭火系统的储存装置可设置在固定的安全围栏内。专用的储存容器间的设置应符合下列规定：应靠近防护区，出口应直接通向室外或疏散走道；耐火等级不应低于二级；室内应保持干燥和良好的通风；设在地下的储存容器间应设机械排风装置，排风口应通向室外。

2.选择阀与喷头

在组合分配系统中，每个防护区或保护对象应设一个选择阀。选择阀的位置宜靠近储存容器，并应便于手动操作，方便检查维护。选择阀上应设有表明防护区的铭牌。选择阀可采用电动、气动或机械操作方式。选择阀的工作压力：高压系统不应小于12MPa，低压系统不应小于2.5MPa。系统启动时，选择阀应在容器阀动作之前或同时打开。全淹没灭火系统的喷头布置应使防护区内二氧化碳分布均匀，喷头应接近天花板或屋顶安装。设置在有粉尘或喷漆作业等场所的喷头，应增设不影响喷射效果的防尘罩。

3.管道及其附件

高压系统管道及其附件应能承受最高环境温度下二氧化碳的储存压力，并应符合下列规定：管道应采用符合现行国家标准《输送流体用无缝钢管》（GB8163）的规定，并应进行内外表面镀锌防腐处理。

对镀锌层有腐蚀的环境，管道可采用不锈钢管、铜管或其他抗腐蚀的材料。饶性连接的软管应能承受系统的工作压力和温度，并宜采用不锈钢软管。低压系统的管网中应采取防膨胀收缩措施。在可能产生爆炸的场所，管网应吊挂安装并采取防晃措施。管道可采用螺纹连接、法兰连接或焊接。公称直径等于或小于80mm的管道，宜采用螺纹连接；公称直径大于80mm的管道，宜采用法兰连接。管网中阀门之间的封闭管段应设置泄压装置，其泄压动作压力：高压系统应为15MPa±0.75MPa，低压系统应为2.38MPa±0.12MPa。

四、控制与操作

二氧化碳灭火系统应设有自动控制、手动控制和机械应急操作三种启动方式；当局部应用二氧化碳灭火系统用于经常有人的保护场所时可不设自动控制。当采用火灾探测器时，灭火系统的自动控制应在接收到两个独立的火灾信号后才能启动。根据人员疏散的要求，宜延时启动，但延时时间不应大于30s。手动操作装置应设在防护区外便于操作的地方，并应能在一处完成系统启动的全部操作。局部应用灭火系统手动操作装置应设在保护对象附近。二氧化碳灭火系统的供电与自动控制应符合现行国家标准《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116—1998）的有关规定。当采用气动动力源时，应保证系统操作与控制所需要的压力和用气量。

五、安全要求

防护区内应设火灾声报警器，必要时，可增设光报警器。防护区的入口处应设光报警器。报警时间不宜小于灭火过程所需的时间，并应能手动切除报警信号。防护区应有能在30s内使该区人员疏散完毕的走道与出口。在疏散走道与出口处，应设火灾事故照明灯和疏散指示标志。防护区入口处应设灭火系统防护标志和二氧化碳喷放指示灯。当系统管道设置在可燃气体、蒸气或有爆炸危险粉尘的场所时，应设防静电接地。地下防护区和无窗或固定窗扇的地上防护区，应设机械排风装置。防护区的门应向疏散方向开启，并能自动关闭；在任何情况下均应能从防护区内打开。设置灭火系统的场所应配备专用的空气呼吸器或氧气呼吸器。

六、灭火站室的基本要求

（1）灭火站室应设在防护区附近，但须与该区有防火分隔，站室内温度不应发生聚变，二氧化碳灭火系统宜保持在0～35℃之间；卤代烷灭火系统应保持在－20～50℃之间。冬季若用采暖设备，则要求散热器和管道应远离气体钢瓶储罐及灭火剂管道，不使气瓶或储罐受到高温或火焰的影响。

（2）站室内只允许设置灭火剂容器及与灭火系统有关的操作控制装置或设备。容器的分组与安装应便于试验、维修、操作、检压、称重及灌装等工作。室内应有足够的照明，包括主照明和应急照明。

（3）站室位置应有明显的标志。在室外或室内醒目之处，应设有清晰而永久性的系统布置示意图和操作规程，说明容器的分组情况，相应防护区编号及分配控制阀的位置与编号，以及注意事项等。保护同一防护区的瓶组及分配阀的编号应与该防护区编号一致。

（4）探测报警装置和灭火系统的启动控制装置均要求有两个动力源，除主电源外，还应设置应急备用电源。

3.3.4　气体灭火系统的典型应用

高压二氧化碳全淹没系统设计计算方法如下。

全淹没系统包括三个部分：储存容器、管道及喷头。

系统设计的任务是：确定容器的个数、储存压力和充装比、各管段、管径和喷头的孔口面积。

系统设计必须达到的目标是：整个系统应在规定的时间内，将需要的灭火剂用量放到防护区内，并使之在防护区内均匀分布。

系统设计的原则是：管道直径应满足输送设计流量的要求，同时，管道最终压力也应满足入口压力不低于喷头最低工作压力的要求。

一、设计计算步骤

（1）根据灭火剂总用量和单个储存容器的容积，及其在某个压力等级下的充装比，求出储存容器个数。

（2）根据管路布置，确定计算管段长度。计算管段长度为管段直长和管道附件当量长度之和。

（3）初定管径。

（4）计算输送干管流量。

（5）计算管路终端压力。

（6）根据每个喷头流量和入口压力，算出喷头等效孔口面积，根据等效孔口面积，选定喷头产品的规格。

二、全淹没二氧化碳灭火系统的设计举例

一电子计算机房，长为9m、宽为4m、高为3m，位于建筑物的二层，拟设二氧化碳灭火系统保护。

1.选择系统形式

根据保护对象为电子计算机房这一具体情况，选用全淹没灭火系统。

2.计算灭火剂用量

假设该场所所有开口均能自动关闭，并且不考虑不燃烧体和难燃烧体占有的体积，则二氧化碳设计用量为

二氧化碳储存量为

3.确定储存容器型号和数量

选用40L的二氧化碳储瓶。充装率暂定为0.6kg/L，则储存容器总容积应为

选用7个储瓶，则充装率为

充装率在0.6～0.67kg/L，符合要求。

4.布置管网，确定管径

选用2个全淹没喷头，管网布置如图3-46所示。因条件有限，储瓶间设置在建筑物一层。

图3-46　管网布置

根据确定各管段的管径如下：

5.确定喷头孔口面积

1）确定各管段计算长度

管段（1）—（2）：

实际管长为14.80m。当量管长包括两个弯头和一个容器阀（含集流管）为0.85×2＋9.0＝10.7m，计算管长为14.8＋10.7＝25.5m。

管段（2）—（3）：

实际管长为2.25m。当量管长为1.74＋0.67＝2.41m，计算管长为2.25＋2.41＝4.66m。

管段（2）—（4）：

计算管长为4.66m。

2）确定各管段压力损失

管段（1）—（2）：

静压为0.0080×6.4＝0.05MPa。

查表3-36得，Y1＝55.2，Z1＝0.0035，初算Y2得

由Y2＝391.2查表3-36得Z2＝0.33，重算Y2得

管段（2）—（3）：

初算Y3得

由Y3＝451.1查得Z3＝0.33，则Y3＝451.5，查得P3＝4.5MPa。

管段（2）—（4）：

同管段（2）—（3），P4＝4.5MPa。

3）确定喷头孔口面积

由P＝4.5MPa查得，单位面积喷射率为1.993kg/（min·mm2）。喷头等孔口面积为

选EQT—9型喷头，喷头面积为40mm2。