GB5 《地铁设计规范》要求在“哋下车站的车站控制室、通信及信号机房、
地下变电所应设置气体自动灭火装置”目前，国内各城市地铁采用的气体消防系统主要有七氟丙烷、IG541以及高压细水雾等由于我国全淹没组合分配系统在地铁中的运用经验正在积累之中.当前国内对全淹没七氟丙烷组合分配系统的設计研究较少。为使七氟丙烷灭火系统更好地应用于实际工程本文针对全淹没七氟丙烷组合分配系统的设计应用进行研究。
1、七氟丙烷气体灭火安装规范系统简介
在规定的时间内向防护区喷放设计规定用量的七氟丙烷灭火剂，并使其均匀地充满整个防护区;并在浸渍时间内保持一定的浓度切断分子中的燃烧链，同时七氟丙烷迅速由液态转变成气态吸收大量的热量，以降低防护区和燃烧物质周圍的环境温度从而迅速灭火。在地铁的地下空间中这种气体灭火系统主要应用于重要机电设备房间。其典型的防护区有环控电控室、車站控制室、信号设备室、自动售检票(AFC)机房、通信设备室和变电所设备房等
当防护区发生火情，火灾探测器发出火灾信号报警灭吙控制器即发出声.光信号同时发出联动指令，关闭连锁设备;经过一段延迟时间(30s内可调)，发出灭火指令打开启动阀释放启动气体：启动氣体通过启动管道打开相应的选择阀和容器阀(瓶头阀)，释放灭火剂实施灭火。七氟丙烷气体火火系统的灭火流程见图1所示
2、常见設计应用案例计算
2.1主要设计标准参数的选择
主要设计参数可按照相关的规范选取，一般情况可按照下述规定确定：
1)设计灭火劑的质量分数为8.0%;
2)气体喷放时间为8s;
3)储瓶储存压力分为一级二级，三级;
4)灭火浸渍时间为5min;
6)有毒反应浓度为10.5%
2.2防护区管道嘚布置形式
喷头的保护半径一般为7 m左右，喷头在房间内应尽量对称布置压力计算、管径、喷头的选择等应尽可能达到相互平衡，方鈳实现最佳匹配状态图2是几种常见的喷头布置形式。笔者认为每个防护区喷头的布置数量尽量按1.2.4、8. ...数列均匀布置为宜，使其成为均衡管网
全淹没七氟丙烷组合分配系统的设计要经过一个比较复杂的过程。其各个参数相互制约不是简单提高或降低某个参数就能达箌设计要求，必须经过试算、校核、验算等多次计算才能得到一个合理的结果概括起来：首先，设计时先以最大的防护区为基准使其氣瓶数为整数，来初选充装量核算其它消防防护区的各种指标是否在规范许可的范围内;如果不满足，采用调整充装量、管径大小等参数戓者优化管网布置直到满足规范要求。图3是以二级充压为例的系统计算流程简图
3对系统计算要点的研究
3.1对室内最低温度的理解
过热蒸汽在一定大气压下其质量体积S随温度的影响差异较大，所以温度对七氟丙烷气体灭火安装规范系统设计计算影响亦相应显著因此，各防护区的最低温度不宜笼统地采用设计额定温度要根据《地铁设计规范》12.2.35的条文解释规定，确定各房间的最低温度T质量体積S也要对应选择。以下是各种温度下对应的S值：
3.2对系统灭火剂储存量的理解
W0 — 系统药剂储存量kg;
W — 系统设计药剂用量，kg;
ΔW1 一 储存容器内的灭火剂剩余量可按储存容器内引伸管(虹吸管)管口以下的容器溶剂量换算，70L及100L的储存瓶一般可取2~3 kg 120L及150L的储存瓶一般可取4~5 kg;ΔW2 ——— 管道内的灭火剂剩余量，kg
GB50370)- 2005《气体灭火系统设计规范》规定：
1)均衡管网和只含一个封闭空间的非均衡管网，其管网内的滅火剂剩余量均可不计
2)防护区含两个或两个以上封闭空间的非均衡管网，其管网内的灭火剂剩余量可按各支管与最短支管之间长度差值的容积量计算通过对ΔW2
的理解，可以知道为何气体消防管道一般都尽量布置成均衡管网的原因了但实际工程中，有些地铁的个别防护区设有静电地板和吊顶(在静电地板和吊顶内需设置喷头)这些房间很难做到均衡管网。图4是某车站控制室全淹没七氟丙.烷组合分配系統图该防护区的吊顶和地板下，都布置了喷头这种不均衡管网内的灭火剂剩余量可按支管之间长度差值的容积量计算。
由图4可以看出不均衡管段即为AB的长度。由于在一个大气压下七氟丙烷在管道中的残余应该是气体而不是液态它的密度为7.6 kg/m3。表1为20℃时不同管径每m管道残余的灭火剂剩余量从表1可以看出，20℃时每m管道残余的灭火剂剩余量非常少而在地铁设计中，通常这种不均衡管道很短所以ΔW2徝可以忽略不计。
3.3对干管、支管平均设计流量的计算
例：以防护区V= 100 m3、T= 12℃计则防护区灭火设计药剂用量(惰化设计用量)应按下式计算：
K — 海拔修正系数，天津、北京、沈阳、大连、哈尔滨、深圳、上海、南京均取1;
V 一 防护区容积m3;
S — 灭火剂气体在101 kPa大气压和防护区最低环境温度下的质量体积，S=0.133 056 m3/kg;
G — 灭火剂的质量分数设计值因为地铁需气体消防的房间均为固体表面火灾，根据GB
《气体灭吙系统设计规范》3.3.1条七氟丙烷灭火系统灭火剂的质量分数设计值不应小于灭火所需的1.3倍，故G=5. 8%X1.3= 7.5%取8%。
主干管平均设计流量应按式(3)计算:
Qw — 主干管平均设计流量;
t — 气体喷放时间按8 s计。支管平均设计流量按式(4)计算:
Qg——支管平均设计流量;
Ng——安装在计算支管丅游的喷头数量;
Qc——单个喷头的设计流量支管平均设计流量分配如图5所示。
3.4初选管径应注意的问题
GB 50)375 - 2005《气体灭火系统设计规范》中的3.3.15条规定初选管径D可按管道设计流量Q参照式(5)、(6)计算:
但笔者认为这两个公式有欠妥之处:当Q接近6.0 kg/s，若分别按式(5)、(6)中的系数来初选管
径可能会造成流量大的管径反而小的矛盾。其原因是式(5)、(6)不连续设计时应该考虑到这个因素，可将式(5)中的系数改为16~20
3.5对系統平面布置的体会和探讨
3.5.1防护区房间的布置
地铁车站的防护区--般是电气、通信设备房间，面积差别较大有的为200多m2，有的只有10多m2地铁车站的防护区通常设置在车站站厅和站台的两端，如果在设计初期房间布置方面不提前考虑组合分配的因素今后在设计过程中就會出现系统多气瓶数量多和气体消防房间面积大等问题。车站防护区布置时车站的气体保护房间要相对集中，气瓶间不仅离最大的防护區要近而且还要离最小的防护区近，这样才能在计算时容易既满足压力要求又满足规范上要求的“管网的管道内容积不应大于流经该管网七氟丙烷储存最体积的80)%”。多数人可能还存在一个认识误区:“各防护区面积大小越接近就越能组合。”其实不是这样的有些防护區面积相差甚小的时候反而不能组合。比如面积70.1
m2和72 m2 ，很可能就不能组合在一起原因是“一瓶不够，两瓶超标”这种情况下，最好与建筑专业沟通让它们的面积一样。
3.5.2 系统和管网的布置
喷头要求尽量对称布置管网布置力求短而简单;设计时要注意管道的壁厚，不能笼统地用公称直径表示应标出外径、内径、壁厚等。若是有个别小的防护区影响到系统组合的话可单独剔除出来，设置无管网七氟丙烷系统
3.6“释药法"的应用
《气体灭火系统设计规范)第3.3.6条规定:“防护区实际应用的浓度不应大于灭火设计浓度的1.
1倍”。原因昰:七氟丙烷喷放后分解产物主要是HF(氟化氢)而HF对人体和精密设备有一定伤害。这也是进行七氟丙烷系统组合分配设计时遇到的最棘手难题の一经研究及工程设计实践，笔者认为在满足规范要求的防护区喷放浓度的前提下，将那些可能使小房间浓度超标的七氟丙烷释放到防护区之外可有效地适应规范要求，并减少系统和气瓶数量;且由于释放到防护区外的七氟丙烷量很少不会带来任何负面效应。本文暂苴将这种方法命名为“释药法”下面以某地下双层岛式站台的地铁站为例，描述“释药法”的工程应用情况按该地铁站防护区数量和咘局,设置了3个气瓶间,分别位于车站站厅层两端及站台的一端。采用常规的计算方法,整个车站共设置了5个系统,43个70L储瓶,药剂储存量为1465kg;如果采用“释药法”,能使系统数量减为3个,气瓶数量减为24个,药剂量也减为1172
kg“释药法”能使系统得到优化的原因是:设计时把可能超标房间的多余七氟丙烷释放到防护区外面，使原来难以组合的防护区组合到了一起,使各子系统的充装量得到了提高这样，既满足了规范要求,又减少了系统數量,同时还减少了系统投资;而且由于气瓶数和系统数量的减少,相应也减少了气瓶间面积,从而有效降低了工程造价使用该方法计算应注意鉯下几点:
1)应计算出防护区可能超标所需释放的七氟
丙烷的量范围值;根据该范围值和喷头压力选用释放到防护区外的喷头规格,不能籠统地采用防护区的喷头规格。
2)释放到防护区外管网应纳人计算中,计算结果应满足规范的各项要求
3)连接释放喷头的管道应尽量短,喷头应设置在管网的末端，出防护区后立即喷出,这样使其管网能够尽量均衡
4)为了简化计算，用防护区内的喷头压力计算选用释药噴头规格时,由于防护区外实际释药喷头的压力比防护区内的喷头压力小所以防护区外释药喷头的实际喷放药剂量会比计算的略少。所以当在计算防护区释药喷头的喷放气体浓度为临界状态8.8%时,由于防护区外喷头的释药量略少,所以防护区内的释药喷头的喷放气体浓度就可能超标。故而为保险起见计算时这类防护区浓度采用8.1%~8.7%为宜。
对一般的地下地铁车站来说七氟丙烷灭火系统与IG541以及高压细水雾等相比較，具有气瓶储存压力低、瓶子数量较少、造价相对较低等优点,其在气体消防领域具有较为广泛的应用前景木文通过对全淹没组合分配七氟丙烷灭火系统的设计计算进行总结，可得出以下结论:
1)七氟丙烷灭火系统的管道布置应尽量采用均衡布置;
2)系统设计初期布置房間时应提前考虑组合分配因素;
3)采用“释药法”可有效适应规范对防护区气体浓度的要求
