数据中心中七氟丙烷组合分配灭火系统的设计要点分析

1数据中心中七氟丙烷组合分配灭火系统的设计要点分析建筑所罗海亮金刚许美兰1引言数据中心作为一种重要的设备房间，消防问题尤为重要。近些年来，洁净气体灭火系统已成为现今数据中心消防措施的首选。其中七氟丙烷（HFC-227ea）灭火剂具有系统空间体积小、灭火范围广、灭火效率高、效果好、灭火浓度低、环境污染轻、对臭氧层的损耗潜能值为零等优点，是当今应用最广泛的洁净气体灭火剂之一。七氟丙烷的灭火机理为一条化学链反应，并兼有冷却、降低氧浓度的作用。适用于扑救电气火灾、固体表面火灾、液体火灾及灭火潜能切断起源的气体火灾，不适用于扑救可燃固体物质的深位火灾。本文对数据中心中的七氟丙烷组合分配灭火系统的设计要点进行分析，为气体灭火系统的快速和优化设计提供参考。2七氟丙烷组合分配灭火系统规范要求我国于2006年5月1日实施《气体灭火系统设计规范》（GB50370-2005），以下就规范中对七氟丙烷组合分配灭火系统的主要规定做分项论述。2.1防护区相关要求表1防护区相关要求表防护区项目面积、容积围护结构开口温度七氟丙烷组合分配灭火系统1、不宜大于800m2，且容积不宜大于3600m3。1、围护结构及门窗的耐火极限均不宜低于0.5h；吊顶的耐火极限不宜低于0.25h。2、承受内压的允许压强，不宜低于1、应设置泄压口，应位于防护区净高的2/3以上。2、泄压口，宜设在外墙上。面积按相应气体灭火系统设计规定计算。1、最低环境温度不应低于-10℃。21200Pa。3、喷放灭火剂前，防护区内除泄压口外的开口应能自行关闭。2.2喷头布置表2喷头布置要求表喷头项目保护高度（距底距离）保护半径距顶距离七氟丙烷组合分配灭火系统1、最大保护高度不宜大于6.5m。2、最小保护高度不应小于0.3m。1、喷头安装高度小于1.5m时，保护半径不宜大于4.5m。2、喷头安装高度不小于1.5m时，保护半径不应大于7.5m。1、宜贴近防护区顶面安装，距顶面的最大距离不宜大于0.5m。2.3管网布置管网布置宜设计为均衡系统，且应符合下列规定：第一，喷头设计流量应相等；第二，管网的第一分流点至各喷头的管道阻力损失，其相互间的最大差值不应大于20%。2.4防护区设计参数的确定表3防护区设计参数表防护区温度（℃）灭火设计浓度（%）灭火实际浓度（%）设计喷放时间（s）灭火浸渍时间(min)电力房间≥-10（20）宜9≤1.1x9≤10≥13通信机房≥-10（20）宜8≤1.1x8≤8≥5注：-10℃指防护区的最低环境温度，20℃指灭火系统的设计温度。3七氟丙烷组合分配灭火系统设计要点3.1钢瓶间的尺寸确定在设计初期（可研、方案、初设阶段），如何快速并相对准确的确定钢瓶间的大小，是影响建筑平面布局的关键问题。解决方案：综合考虑钢瓶数量和投资的关系，钢瓶规格选取120L为宜。七氟丙烷组合分配系统选择二级增压，表压为4.2+0.1MPa。钢瓶布置方式采用双排布置，防护区净容积在2000m3以上的防护区采用两套管网同时保护一个防护区的方式，防护区净容积在2000m3以下的防护区采用一套管网保护一个防护区的方式。以北京地区通信机房为例，设计初期的初设气体灭火参数，及预估钢瓶间尺寸等指标见表4所示。表4设计初期预估参数表防护区净容积(m3)灭火设计浓度(%)设计用量(kg)充装率(kg/m3)钢瓶计算体积(L)钢瓶规格(L)钢瓶数量(个)钢瓶间尺寸(mxm)VC1WaVyVpn360082274.135004548.27120386x8350082210.965004421.93120376x8340082147.795004295.59120366x8330082084.625004169.25120356x8320082021.455004042.91120346x8310081958.285003916.56120336x8300081895.115003790.22120326x7290081831.945003663.88120316x7280081768.775003537.54120296x7270081705.605003411.20120286x7260081642.435003284.86120276x7250081579.265003158.52120266x7240081516.095003032.18120256x7230081452.925002905.84120246x6220081389.755002779.50120236x6210081326.585002653.16120226x6200081263.415002526.82120216x64190081200.245002400.48120204x8180081137.075002274.13120194x8170081073.905002147.79120184x8160081010.735002021.45120174x815008947.565001895.11120164x714008884.395001768.77120154x713008821.225001642.43120144x712008758.045001516.09120134x711008694.875001389.75120124x610008631.705001263.41120114x69008568.535001137.0712094x68008505.365001010.7312084x67008442.19500884.3912074x66008379.02500758.0412064x55008315.85500631.7012054x54008252.68500505.3612044x53008189.51500379.0212034x5注：上表中充装率采用500kg/m3，为根据实际工程经验考虑克服管道阻力和经济性进行取值，可根据实际工程上下调整。3.2防护区浓度超标问题在七氟丙烷组合分配灭火系统中，按照最大防护区灭火剂量计算钢瓶充装率，往往造成组合分配系统其他某个防护区内（尤其是保护体积小的防护区）实际灭火浓度超过规定设计浓度的1.1倍，从而达到对人体有害的药剂浓度，违反规范的要求。解决方案：在计算之初，对一个系统的所有防护区进行灭火剂设计用量的初算，从而确定合适的钢瓶容积及相应的钢瓶充装率；另外，对于保护体积很小的防护区，难以满足上述要求的情况下，可以考虑采用柜式预制系统。3.3管网管道容积超标问题《气体灭火系统设计规范》（GB50370-2005）第3.3.11条规定，管网的管道内容积,不应大于流经该管网的七氟丙烷储存量体积的80%。此条规定是为保证七氟丙烷在管网中的流动性能要求及系统管网计算方法上的要求而设定的。而针对实际工程中的气体灭火系统计算，此条规范往往难以满足。解决方案：这里的七氟丙烷储存量体积指的是液态七氟丙烷的体积，而不是氮气体积，更不是钢瓶体积。在压力条件满足的条件下，此条规范不满足时，可采取如下措施：第一，气体灭火喷头布置间距不宜过小，在满足喷头保护半径的5前提下，喷头布置间距选取5~8m为宜，最大不能超过10m，且由于无法穿孔等加工问题，所计算出的喷头等效开孔面积不宜大于6cm2；第二，布置管网时，大管径管道会导致管道容积迅速增大，由表5可见，将管道缩小到相邻管径，可有效减小管道容积大约40%，缩小管径有助于管网调整以满足规范3.3.11要求，同时，尽量不要采用太大管径的无缝钢管（如DN150），在防护区体积较大的情况下，可设计2套管网，并用同一启动瓶同时启动两套管网灭火系统。第三，系统试算时，若仅规范3.3.11条不能满足，可采取如下方法进行试算：减小管径、降低储瓶充装率并减小管径、增加充压压力并减小管径。表5管道容积变化规律表管径（DN）每米容积(m3/m)相邻级差（m3）相邻级差（倍）200.00035-0.000220.6140250.00057-0.000230.7125320.0008-0.00050.6154400.0013-0.00070.6500500.002-0.00130.6061650.0033-0.00170.6600800.005-0.00290.63291000.0079-0.00440.64231250.0123--3.4均衡系统问题气体灭火系统的灭火机理是在规定时间内，使灭火剂在整个防护区内达到灭火浓度，灭火方式属于全淹没式。《气体灭火系统设计规范》（GB50370-2005）第3.1.12条关于喷头的保护高度和保护半径的规定，以及第3.3.12条管网布置宜设计为均衡系统的规定，均是达到以上灭火目标的具体实施条件。解决方案：为了尽可能使整个防护区空间在同一时刻达到灭火剂的灭火浓度，布置气体灭火系统喷头及管网时，应尽量均衡布置，即为均衡系统；对于同一个防护区内包含多个保护体积的案例，应按照不同的保护体积分别计算灭火剂用量，且各自布置为均衡系统。3.5组合分配问题《气体灭火系统设计规范》（GB50370-2005）第3.1.4条规定，两个或两个以上的防护区采用组合分配系统时，一个组合分配系统所保护的防护区不应超过68个。规范限制了一个组合分配系统所能保护防护区个数的上限，而不是说任意8个防护区都可以由一个组合分配系统保护。《气体灭火系统设计规范》（GB50370-2005）第3.3.11条规定了管网管道容积的上限，对于一个保护体积已知的防护区来说，灭火剂药剂量可以根据灭火浓度确定在一个范围内，这样管道容积的上限也已确定；另一方面，第3.3.16条规定了喷头工作压力的下限。这两条规定是相互制约的，增大管网管道容积，可以减少管道阻力损失，提高喷头工作压力，反之亦然。解决方案：七氟丙烷组合分配灭火系统的输送距离不能太远，要求系统钢瓶间的位置尽量位于满足各防护区输送要求的位置，不能随意设置；经过多次的实例验算，七氟丙烷气体灭火管网的气源到末端喷头的管路长度宜控制在45m以内，气源到第一分流点的管路长度宜控制在25m以内。而且根据建筑平面，考虑容积相近的防护区宜划分在一个组合分配系统中，在此基础上，防护区不能随意强行组合，须通过计算确定是否可以组合以及如何组合分配。