全淹没系统防护区设置要求及二氧化碳总用量计算

（一）系统的分类

（1）按防护区的特征和灭火方式分。全淹没灭火系统和局部应用系统。

（2）按系统结构特点分。管网系统和无管网系统。管网系统又可分为组合分配系统和单元独立系统。

（3）按储压等级分。高压系统（储存）和低压（储存）系统。高压系统储存压力为5.17 MPa，低压系统储存压力为2.07 MPa。

（4）按管网布置形式分。均衡系统管网和非均衡系统管网。

（二）系统的组成

二氧化碳自动灭火系统一般为管网系统，它是由储存灭火剂的储存容器和容器阀，连接软管和止回阀、集流管、输送灭火剂的管道和管道附件、喷嘴、泄压装置，应急操作机构、储存启动气源的小钢瓶和电磁瓶头阀、气源管路、固定支架（对于组合分配系统适应有选择阀）以及探测、报警控制器等组成。

（三）防护区的设置要求

（1）设置全淹没系统的防护区，应是一个固定的封闭空间，以保证二氧化碳灭火浓度的建立。防护区的面积一般不宜大于500m2，总容积不宜大于2000m3。

（2）防护区四周围护结构的耐火极限不应小于0.5h，吊顶的耐火极限不应小于0.25h。

（3）防护区开口应能自动关闭。对气体、液体、电气灭火和固体表面火灾，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的3％，且开口不应设在底部。

（4）防护区设置的通风机和通风管道的防火阀，在喷放二氧化碳前应自动关闭。

（5）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。

（6）密闭防护区应设置泄压口，防止灭火剂的施放造成防护区内压力升高，应根据围护结构的允许压强设置泄压口。泄压口面积按式（7-66）计算为

式中　A——泄压口面积，m2；

Qr——二氧化碳喷射速率，kg/min；

Pr——防护区围护结构允许压强，高层建筑Pr=1200Pa，地下建筑Pr=2400Pa，Pa。

（四）储瓶间的设置要求

（1）全淹没系统储存容器一般设置在专用储瓶间内，储瓶间要靠近防护区、其出口要通向室外或通道耐火等级不低于2级，环境温度为0～49℃。局部应用系统储存容器可按需要设置在防护区附件的安全围栏内。

（2）储瓶间内储存容器可单排布置或双排布置，其操作面距离或相对操作面之间距离不宜小于1.0m。

（3）储存容器必须固定牢固，固定件及框架应作防腐处理。

（4）储瓶间设备的全部手动操作点，应有标明对应防护区名称的耐久标志。全部手动操作机构应有加铅封安全销或防护罩。

（五）输送灭火剂的管材及连接方式

（1）管材。一般采用无缝钢管内外镀锌，其标准应符合现行国家标准GB8163《冷拔式冷轧精密无缝钢管》中规定的无缝钢管要求。若环境对镀锌层有腐蚀和特殊要求时，管道也可采用不锈钢管或其他材质。连接软管必须能承受系统的工作压力，并宜采用符合现行国家标准中规定的不锈钢软管连接。

（2）连接方法。公称直径不大于80mm的管道，宜采用中、高压螺纹连接；公称直径大于80mm的管材，宜采用法兰连接或采用沟槽式机械接头。

（六）设计计算

1.全淹没系统的设计计算

全淹没系统的计算包括灭火剂用量及系统管网两大部分。

（1）灭火剂用量计算。对于全淹没系统，二氧化碳总用量为设计灭火用量和剩余量之和。

1）设计灭火用量。决定全淹没系统设计用量的主要因素是灭火设计浓度、开口流失量、防护区的容积及表面积有关。二氧化碳的设计用量可按式（7-67）计算为

式中　M——二氧化碳设计用量，kg；

Kb——物质系数；

K1——面积系数，kg/m2，取0.2kg/m2；

K2——体积系数，kg/m3，取0.7kg/m3；

A——折算面积，m2；

AV——防护区的内侧、顶面（包括其中开口）的总面积，m2；

Ao——开口总面积，m2；

V——防护区的净容积，m3；

Vv——防护区容积，m3；

Vc——防护区内非燃烧体和难燃烧体的总体积，m3；

30——常数，开口补偿系数。

防护区的净容积是指防护区空间体积扣除固定不变的实体部分的体积，如果有不能停止的空调系统，则应考虑空调系统的附加体积。

2）管网和储存容器内灭火剂剩余量。剩余量是根据我国现行采用的40L储存容器测试结果得出的，充装量为25kg，喷放后的剩余量为1～2kg，占充装量的5％～8％。所以，存储容器剩余量可按设计用量的8％计算，管网剩余量可忽略不计。

（2）系统管网计算。管网最好布置成均衡系统，所谓均衡系统，应是选用同一规格尺寸的喷头，给定每只喷嘴的设计流量相等，系统计算结果应满足式（7-68）要求为

式中　hmax——喷头装在“最不利点”的全程阻力损失；

hmin——喷头装在“最利点”的全程阻力损失。

1）管网计算的原则是管道直径应满足输送设计流量的要求，同时管道最终压力还应满足喷头入口压力不低于喷头最低工作压力的要求。

灭火剂喷射时间：表面火灾为1min，对深位火灾为7min，但必须在2min以内使防护区达到30％的浓度。(https://www.daowen.com)

2）管网系统计算步骤如下：①储存容器数量的估算。根据灭火剂总用量和单个存储容器的容积及其在某个压力等级下的充装率，求出储存容器个数。②根据管网布置，确定计算管段长度（计算长度为管段实长与管道附件当量长度之和）。③初定管径。④计算输送干管平均质量流量。⑤计算管路终端压力。⑥以每个喷嘴流量和入口压力，标出喷嘴等效孔口面积，根据等效孔口面积选定喷嘴产品规格。

二氧化碳管网流体属二相流，其水力计算较复杂，这部分最好与选用产品的厂家共同设计。

2.局部应用系统的设计计算

局部应用系统的设计分为面积法和体积法。当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。

（1）面积法设计计算。用面积法设计时，首先应确定所需保护的面积，计算保护面积时应将火灾的临界部分考虑进去，必要时还需考虑火灾可能蔓延到的部位。面积法进行系统设计时，应符合下列规定：

1）计算保护面积应按整体保护表面垂直投影面积考虑。

2）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。局部应用系统常用的喷头有架空型和槽边型两种。

3）喷头数量。喷头宜纵横等距布置，应充分利用每只喷头在设计高度下的额定保护面积（一般用正方形布置），采用边界相接的方法进行排列，使其完全覆盖被保护对象表面，所需喷头的数量按式（7-69）计算为

式中　nt——喷头数量，只；

Kb——物资系数；

SL——保护面积，m2；

Si——单个喷头的保护面积，m2。

（2）体积法设计计算。采用体积法设计时，首先在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，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，封闭罩内保护对象所占的体积不应扣除。

3.二氧化碳的设计用量

二氧化碳设计用量的确定有两种方法：

（1）根据喷头的保护面积和相应的设计流量及喷射时间，灭火剂设计用量按式（7-70）计算为

式中　M——二氧化碳设计用量，kg；

nt——喷头数量；

Qi——单个喷头的设计流量，kg/min；

t——喷射时间，一般不小于0.5min，但对于燃点温度低于沸点温度的可燃液体和可燃固体，其喷射时间不小于1.5min，min。

（2）根据面积及喷射强度灭火剂设计用量按式（7-71）计算为

式中　M——二氧化碳设计用量，kg；

SL——计算保护面积，m2；

qs——单位面积喷射强度，kg/（min·m2）。

通过实验，喷头在不同安装高度上其面积喷射强度不相同。安装在1m高度时，面积喷射强度为13kg/（min·m2），随着安装高度增加，灭火强度也需增大。为安全可靠，推荐以式（7-76）来计算二氧化碳用量。

1）喷射强度：①当被保护对象的物质系数Kb=1，全部侧面有实际围封时，喷射强度可取4kg/（min·m2）；②当被保护对象的物质系数Kb=1，所设定的封闭罩其侧面完全无实际围封结构时，喷射强度可取16kg/（min·m2）；③当设定的封闭罩侧面只有部分实际围封结构，则喷射强度介于上述两者之间时，其喷射强度可通过围封系数来进行确定。围封系数是指实际围护结构与假想封闭罩总侧面积的比值，围封系数按式（7-72）计算为

式中　KW——围封系数；

Ap——在假定的封闭罩中存在实体墙等实际围封面的面积，m2；

At——假定的封闭罩侧面围封面积，m2。

二氧化碳单位体积的喷射率按式（7-73）计算为

式中　qv——单位体积的喷射强度，kg/（min·m2）；

Kb——物质系数；

Ap、At——同式（7-72）。

2）灭火剂设计用量。二氧化碳设计用量按式（7-74）计算为

式中　M——二氧化碳的设计用量，kg；

VL——保护对象的计算体积，m3；

qv——单位体积的喷射强度，kg/（min·m2）；

t——喷射时间，min。

在体积法设计时，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。局部应用灭火系统采用局部施放，通过喷头把二氧化碳以液态形式直接喷射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汽化部分。高压储存系统的储存量为基本用量的1.4倍；低压储存系统的储存量为基本设计用量的1.1倍。组合分配系统的二氧化碳储存量，不应小于所需储存量最大的一个保护对象的储存量。

当管道敷设在环境温度超过45℃的场所且无绝热层保护时，应计算二氧化碳在管道中的蒸发量，蒸发量按式（7-75）计算为

式中　MV——二氧化碳在管道中的蒸发量，kg；

Mg——受热管网的管道质量，kg；

Cg——管道金属材料的比热，钢管可取0.46kg/（kg·℃），kJ/kg；

T1——二氧化碳喷射前管道的平均温度，℃；

T2——二氧化碳平均温度，高压储存系统取15.6℃，低压储存系统取20.6℃，℃；

H——液态二氧化碳蒸发潜热，高压储存系统取150.7kJ/kg，低压储存系统取276.3kJ/kg，kJ/kg。