趙維剛 陳慶偉 胥金坤 張浩

國網(wǎng)山東省電力公司經(jīng)濟技術研究院

電力是經(jīng)濟社會發(fā)展的基礎命脈，數(shù)據(jù)中心則是近年來炙手可熱的新基建，電力行業(yè)和數(shù)據(jù)中心蓄電池室作為應急保障電源，其安全運行的重要性不言而喻。蓄電池在嚴重過充時，會將水電解成氫、氧氣體，并釋放至室內。在 1個大氣壓，15～20 ℃的空氣環(huán)境中，氫氣的爆炸極限是4.0%～75.6%（體積濃度）。如果氫氣在空氣中的體積濃度在 4.0%～75.6%之間時，遇火源就會爆炸，而當氫氣濃度小于 4.0%或大于 75.6%時，即使遇到火源，也不會爆炸。做好蓄電池室的通風系統(tǒng)設計，對于安全生產(chǎn)至關重要。

1 相關設計規(guī)范的規(guī)定差異

不同行業(yè)設計規(guī)范對蓄電池室通風系統(tǒng)設計規(guī)定有差異，即使同為電力行業(yè)，發(fā)電廠和變電站的設計規(guī)范對蓄電池室的通風設計要求也不相同。

現(xiàn)行《發(fā)電廠供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》DL5035-2016（以下簡稱《電暖規(guī)》）對蓄電池室的通風設計作出了具體規(guī)定?！峨娕?guī)》6 .2.2對閥控密封式蓄電池室通風設計相關規(guī)定條文[1]引述如下：

當室內未設置氫氣濃度檢測儀時，通風系統(tǒng)應符合下列規(guī)定：

1）平時通風系統(tǒng)排風量應按換氣次數(shù)不少于每小時3次計算。事故排風系統(tǒng)排風量應按換氣次數(shù)不少于每小時6次計算。平時通風用排風機的風量宜按2×100%配置，事故排風機可由兩臺平時通風用排風機共同保證。

2）當室內需要采取降溫措施時，應采用直流式降溫通風系統(tǒng)。

當室內設置氫氣濃度檢測儀時，通風系統(tǒng)應符合下列規(guī)定：

1）事故排風系統(tǒng)排風量應按換氣次數(shù)不少于每小時6次計算。

2）事故排風機應與氫氣濃度檢測儀聯(lián)鎖，當空氣中氫氣體積濃度比達到1%時，事故通風機應能自動投入運行。

3）當室內需要采取降溫措施時，降溫設備可采用防爆型空氣調節(jié)裝置，并應與氫氣濃度檢測儀聯(lián)鎖。

現(xiàn)行《220kV-750kV 變電站設計技術規(guī)程》DL5218-2012（以下簡稱《變電規(guī)》）對蓄電池室的通風設計作出了具體規(guī)定?！蹲冸娨?guī)》8 .2.5 相關條文[2]引述具體如下：

1）防酸隔爆蓄電池室的通風應采用機械通風，通風量按空氣中最大含氫量（按體積計）不超過 0.7%計算，換氣次數(shù)不應少于每小時6次……

2）免維護蓄電池的通風設計，按換氣次數(shù)每小時不少于3次的事故排風裝置，事故排風裝置可兼做通風用。

《35kV-110kV變電站設計規(guī)范》GB50059-2011中4.5.4對蓄電池室的通風設計的規(guī)定[3]與《220kV-750kV變電站設計技術規(guī)程》DL 5218-2012 中 8.2.5 規(guī)定[2]是一致的。

現(xiàn)行《數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范》GB50174-2017 中并沒有蓄電池室的通風系統(tǒng)設計相關具體規(guī)定[4]，僅在《數(shù)據(jù)中心制冷與空調設計標準》T/CECS487-2017 第9.0.10 規(guī)定[5]：設有空調系統(tǒng)的電池間，應設置排風裝置，換氣次數(shù)不宜小于0.5次/h。

個人認為同為蓄電池室的通風系統(tǒng)設計，各規(guī)范規(guī)定的內容不應有較大差異，應綜合各規(guī)范相關規(guī)定，通過分析研究對蓄電池室通風系統(tǒng)設計方案進行統(tǒng)一和優(yōu)化。

2 設計優(yōu)化建議

現(xiàn)在工程中采用的蓄電池基本都為閥控密封式鉛酸（免維護）蓄電池，該蓄電池為密封結構，在正常充、放電時，基本沒有氫氣產(chǎn)生。在嚴重過充狀態(tài)下，會將蓄電池內的水分解成氫氣和氧氣，當電池內部氣壓升高到一定值，為安全起見，蓄電池會打開單向安全閥，排出少量氣體至室內空氣中，大部分氫氣仍在蓄電池內部并與氧氣進行再化合反應[6]。據(jù)《電暖規(guī)》相關條文說明[1]，蓄電池室所需平時通風換氣次數(shù)不到1次/h，在極端過充事故時所需通風換氣次數(shù)約4.5次/h。

《工業(yè)建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》GB50019-2015（以下簡稱《工規(guī)》）6 .4 對事故通風的規(guī)定為[7]：對可能突然放散大量有毒氣體、有爆炸危險氣體或粉塵的場所，應設置事故通風系統(tǒng)，事故通風換氣次數(shù)不應小于12次/h。而根據(jù)相關計算結果[8-9]可知，蓄電池室采用的閥控密封式鉛酸蓄電池的析氫速率是非常緩慢的，正常工作條件下達到氫氣爆炸下限需48-84d，異常狀態(tài)2.4V浮充條件下達到氫氣爆炸下限需 1-2d，實際上氫氣達到爆炸濃度極限所需的時間要遠大于以上計算值。所以《工規(guī)》中的事故通風和蓄電池室的事故排風不是一個概念，蓄電池室不存在突然放散大量爆炸危險氣體的情況。

《建筑設計防火規(guī)范》（GB50016-2014）2018 年版強制條文8.4.3規(guī)定[10]：“ 建筑內可能散發(fā)可燃氣體、可燃蒸汽的場所應設置可燃氣體報警裝置?！薄痘馂淖詣訄缶到y(tǒng)設計規(guī)范》G B50116-2013 中 5.2.11 規(guī)定[11]：“下列場所宜選擇可燃氣體探測器：… …3其他散發(fā)可燃氣體和可燃蒸汽的場所”。蓄電池室屬可能散發(fā)可燃氣體、可燃蒸汽的場所，故原則上蓄電池室應設置氫氣濃度檢測報警裝置，平時蓄電池室內空氣中沒有氫氣或氫氣濃度較小時，通風系統(tǒng)可以不運行，只有當報警裝置報警時，才聯(lián)鎖啟動通風系統(tǒng)。這樣做有如下好處：

1）平時通風系統(tǒng)不運行，可節(jié)省通風系統(tǒng)電耗。

2）夏季通風系統(tǒng)不運行，可節(jié)省由于排風而帶來的冷負荷。

3）冬季通風系統(tǒng)不運行，也可以節(jié)省由于而排風帶來的熱負荷。

《電暖規(guī)》[1]要求當蓄電池室內空氣中氫氣體積濃度比達到 1%時聯(lián)鎖事故通風機運行，且事故排風系統(tǒng)的換氣次數(shù)不少于6 次/h。而《變電規(guī)》[2]要求免維護蓄電池事故排風系統(tǒng)的換氣次數(shù)不少于 3 次/h，空氣中最大含氫量（按體積計）不超過0.7%。需指出的是2017 年《電暖規(guī)》宣貫時將蓄電池室聯(lián)鎖風機啟動氫氣體積濃度由1%修正為0.4%，修正緣由為：《工規(guī)》中強制條文6.9.2規(guī)定[7]：“ 下列場所不得采用循環(huán)空氣：……3空氣中含有易燃易爆氣體，且氣體濃度大于或等于其爆炸下限值的 10%的其他廠房或倉庫”。國內蓄電池室空調普遍采用分體式防爆空調方案，相當于空調室內機采用室內空氣循環(huán)方式，按照 《工規(guī)》中6.9.2強條要求[7]，室內氫氣濃度(體積比)不得大于或等于其爆炸下限值的10%，氫氣的爆炸下限為4%，乘以10% 計算即為 0.4% ?！稓錃庹驹O計規(guī)范 》GB50177-2005中強制條文 8.0.6 規(guī)定[12]：“ 有爆炸危險房間內，應設氫氣檢漏報警裝置，并應與相應的事故排風機聯(lián)鎖。當空氣中氫氣濃度達到0.4%(體積比)時，事故排風機應能自動開啟。”此強條規(guī)定和《工規(guī)》中6.9.2強條[7]的要求是一致的。

綜合以上分析，為保證安全和節(jié)能運行，建議蓄電池室統(tǒng)一按照換氣次數(shù)不少于 6 次/h 計算事故排風量，蓄電池室內應設置氫氣濃度檢測報警裝置。當氫氣濃度檢測報警裝置檢測到空氣中氫氣體積濃度比達到 0.4%時應報警并聯(lián)鎖事故排風機自動投入運行，事故排風機平時可不運行。

另建議蓄電池室設置遠程控制與故障報警裝置，對風機的運行狀態(tài)進行遠程監(jiān)控并進行故障報警。當風機出現(xiàn)故障時，以便運維人員能及時檢修并采取相關應急措施。

3 不同消防方式對通風設計的要求

電力行業(yè)中的蓄電池室消防方式多為滅火器，而數(shù)據(jù)中心蓄電池室消防方式多為全淹沒氣體滅火方式。根據(jù)《氣體滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》G B50370-2005中強制條文6.0.4 規(guī)定[13]：“ 滅火后的防護區(qū)應通風換氣，地下防護區(qū)和無窗或設固定窗扇的地上防護區(qū)，應設置機械排風裝置，排風口宜設在防護區(qū)的下部并應直通室外。通信機房、電子計算機房等場所的通風換氣次數(shù)應不少于每小時5次?！彼詳?shù)據(jù)中心蓄電池室除了和電力行業(yè)蓄電池室一樣設置事故排風系統(tǒng)以外，還需設置氣體滅火后通風換氣系統(tǒng)（災后排風），通風換氣次數(shù)滿足不少于5次/h。

《氣體滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》G B50370-2005 中強制條文3.2.9 規(guī)定[13]：“ 噴放滅火劑前，防護區(qū)內除泄壓口外的開口應能自行關閉。”《數(shù)據(jù)中心設計規(guī)范》GB50174-2017 中 13.3.2 規(guī)定[4]：采用全淹沒方式滅火的區(qū)域，滅火系統(tǒng)控制器應在滅火設備動作之前，聯(lián)動控制關閉房間內的風門、風閥，并應停止空調機、排風機，切斷非消防電源等。故建議數(shù)據(jù)中心氣體滅火后通風換氣系統(tǒng)（災后排風）風管上設置常閉型電動防火閥或電動密閉閥，當發(fā)生火災時，以保證噴放滅火氣體前防護區(qū)的密閉，待滅完火后，經(jīng)人工確認不能復燃，聯(lián)鎖開啟電動防火閥或電動密閉閥和排風機進行通風換氣。

4 電力工程蓄電池室通風系統(tǒng)設計實例

某 220kV 變電站蓄電池室通風系統(tǒng)設計如圖 1所示，該蓄電池室設置換氣次數(shù)不小于6次/h 的自然進風、機械排風系統(tǒng)，用于事故排風，通風設備采用防爆軸流風機。事故排風系統(tǒng)吸風口上緣距離屋頂距離不大于0.1 m,并在被頂棚梁分隔的每個區(qū)域均設置吸風口。蓄電池室在房間上部設置氫氣濃度檢測報警裝置，當空氣中氫氣體積濃度達到0.4%時報警并聯(lián)鎖事故排風機自動運行，同時聯(lián)鎖關閉室內空調，以保證及時排除泄漏的氫氣，避免室內空氣再循環(huán)，空調為風冷分體式防爆空調。

圖1 某220kV變電站蓄電池室通風系統(tǒng)

蓄電池室內風機設置遠程控制與故障報警裝置。

5 數(shù)據(jù)中心蓄電池室通風系統(tǒng)設計實例

某數(shù)據(jù)中心蓄電池室通風系統(tǒng)設計如圖 2 所示，采用全淹沒氣體（七氟丙烷）滅火方式。該蓄電池室設換氣次數(shù)不小于6次/h的自然進風、機械排風系統(tǒng)，用于事故排風（風機1），另設置1臺換氣次數(shù)不小于5次/h氣體滅火后通風換氣風機（風機 2），風機均采用防爆軸流風機。事故排風系統(tǒng)吸風口上緣距離屋頂距離不大于0.1 m，并在被頂棚梁分隔的每個區(qū)域均設置吸風口。氣體滅火后通風換氣系統(tǒng)（災后排風）吸風口下緣距離房間地面距離不大于 0.2 m。蓄電池室在房間上部設置氫氣濃度檢測報警裝置，當空氣中氫氣體積濃度達到 0.4%時報警并聯(lián)鎖開啟相應電動密閉閥和風機1自動運行進行事故排風，同時聯(lián)鎖關閉室內空調，以保證及時排除泄漏的氫氣，避免室內空氣再循環(huán)，空調為風冷分體式防爆空調。

圖2 某數(shù)據(jù)中心蓄電池室通風系統(tǒng)

當發(fā)生火災時，消防報警系統(tǒng)聯(lián)鎖關閉蓄電池室內通風空調系統(tǒng)，經(jīng)人工確認后噴放七氟丙烷氣體滅火，滅完火后經(jīng)人工確認不能復燃，聯(lián)鎖開啟相應電動密閉閥（常閉）和風機2進行通風換氣。

蓄電池室內風機設置遠程控制與故障報警裝置。

6 結語

根據(jù)電力行業(yè)發(fā)電廠、變電站和數(shù)據(jù)中心蓄電池室的特點，分析了各規(guī)范規(guī)定的蓄電池室通風系統(tǒng)設計差異，并優(yōu)化和統(tǒng)一設計方案，提出如下結論：

1）蓄電池室均應設置氫氣濃度檢測報警裝置，平時通風系統(tǒng)不運行，節(jié)約風機電耗的同時還可節(jié)約由于排風而帶來的冷、熱負荷，實現(xiàn)節(jié)能降耗。當過渡季節(jié)時可運行通風系統(tǒng)，關閉室內空調，減少空調能耗。

2）統(tǒng)一蓄電池室事故排風啟動條件，當氫氣濃度檢測報警裝置檢測到空氣中氫氣體積濃度比達到0.4%時應報警并聯(lián)鎖事故排風系統(tǒng)自動投入運行，同時聯(lián)鎖關閉室內空調，以保證及時排除泄漏的氫氣，避免室內空氣再循環(huán)。

3）建議統(tǒng)一蓄電池室事故排風量計算標準，按照換氣次數(shù)不少于6次/h計算事故排風量更合理、安全和可靠。

4）蓄電池室除應設計事故排風系統(tǒng)外，當采用全淹沒氣體滅火方式時（如數(shù)據(jù)中心蓄電池室），還應設計獨立的氣體滅火后通風換氣系統(tǒng)（災后排風），通風換氣次數(shù)滿足不少于5次/h。當發(fā)生火災時，消防報警系統(tǒng)聯(lián)鎖關閉蓄電池室內通風空調系統(tǒng)，保證噴放滅火氣體前防護區(qū)的密閉，經(jīng)人工確認后噴放全淹沒氣體滅火，滅完火后經(jīng)人工確認不能復燃，聯(lián)鎖開啟相應的電動防火閥或電動密閉閥和排風機進行通風換氣。

5）建議蓄電池室設置遠程控制與故障報警裝置，對風機的運行狀態(tài)進行遠程監(jiān)控并進行故障報警，這也是國際通行做法[14]。當風機出現(xiàn)故障時，以便運維人員能及時檢修并采取相關應急措施，安全系數(shù)得到大幅提高。