劉波 霍亭 初正鵬

山東省建筑設計研究院有限公司

醫(yī)院放射科室主要包括X 光機、CT、CR、DR、數(shù)字胃腸、鉬靶等功能房間，這些房間內醫(yī)療設備一般比較貴重，一旦發(fā)生火災，需要避免用水撲救，一般情況下就采用氣體滅火方式[1]。目前氣體滅火常用的介質為IG-541 混合氣體、七氟丙烷和熱氣溶膠。IG-541混合氣體的GWP=0，ODP=0，對人體也沒有毒性。七氟丙烷的GWP=0.6，ODP=0，對大氣基本沒有影響，對人體為低毒性。熱氣溶膠的GWP=0，ODP=0，對大氣沒有影響，對人體為低毒性。由于有些氣體滅火介質有毒，為了安全起見，GB50370-2005《氣體滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》第6.0.4 條作為強制性條文規(guī)定：“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)應不小于每小時5 次”。醫(yī)院影像科室一般為無窗房間，設置機械排風裝置在所難免。為敘述方便，本文在此定義此排風方式為氣體滅火后排風。由于熱氣溶膠釋放后會形成煙霧，影響火場人員逃生。IG541 氣體壓力大，不利于運輸、儲存，安裝也較為困難，工程造價高，故醫(yī)院放射科室氣體滅火介質主要采用七氟丙烷[2-3]。在本文中，筆者將結合自己的工作實踐，闡述一下醫(yī)院放射科室七氟丙烷滅火后排風系統(tǒng)的設計。

1 七氟丙烷滅火后排風特性

1.1 七氟丙烷滅火后排風理論模型

假設七氟丙烷滅火后排風過程中七氟丙烷在防護區(qū)內分布是均勻的，某時刻排出介質氣體質量為：

式中：G 為單位時間排出氣體介質質量流量，kg/s；τ 為時間，s；V 為房間凈體積，m3；S 為介質氣體質量體積，m3/kg；C 為介質氣體在防護區(qū)內體積濃度，%。

其中：

式中：A 為房間面積，m2；勻 為房間凈高，m；n 為七氟丙烷滅火后排風房間設計換氣次數(shù)，次/h。

將式（2）、（3）代入式（1）中積分后得式（4），泄壓口置于防護區(qū)凈高2/3 以上，泄壓口以上七氟丙烷含量極少，整個房間介質氣體初始濃度應為。

式中：C0為七氟丙烷在防護區(qū)內滅火設計濃度，%。

圖1、圖2 和圖3 分別表示n=2 次/h、n=5 次/h、n=10 次/h 時理想狀態(tài)下七氟丙烷氣體體積濃度隨時間變化曲線。由圖中可以看出：1）初始時刻排除七氟丙烷濃度急劇下降，隨著時間推移，濃度下降速度越來越小。這是初始時刻七氟丙烷濃度大，單位風量排出七氟丙烷多的緣故。2）當n=2 次/h、n=5 次/h 和n=10 次/h 時，七氟丙烷降到初始濃度的一半的時間分別大約為525 s，210s 和105 s。

圖1 七氟丙烷氣體體積濃度隨時間變化曲線(n=2 次/h)

圖2 七氟丙烷氣體體積濃度隨時間變化曲線(n=5 次/h)

圖3 七氟丙烷氣體體積濃度隨時間變化曲線(n=10 次/h)

GB50370-2005《氣體滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》第6.0.7條強制性規(guī)定“有人工作防護區(qū)的滅火設計濃度或實際使用濃度。不應大于有毒性反應濃度（LOAEL 濃度），該值應符合本規(guī)范附錄G 的規(guī)定?！币?guī)范中所述七氟丙烷的有毒性反應濃度（LOAEL 濃度）為10.5%，無毒性反應濃度（NOAE 濃度）為9%[4]。根據(jù)筆者經驗醫(yī)院影像科中滅火設計濃度一般為8%～9%。理論上，氣體滅火后防護區(qū)無需通風七氟丙烷濃度就在NOAE 濃度以下。

1.2 七氟丙烷滅火后排風實際特性

由于七氟丙烷密度比空氣密度大，氣體滅火后七氟丙烷沉積在防護區(qū)下部，防護區(qū)內七氟丙烷分布不均勻，泄壓口置于防護區(qū)凈高2/3 以上，可以認為泄壓口以上基本沒有七氟丙烷氣體。因此，氣體滅火后防護區(qū)某些區(qū)域七氟丙烷濃度很有可能會超過LOAEL濃度，七氟丙烷滅火后排風很有必要。實際排風過程方程為：

圖4、圖5 和圖6 分別表示n=2 次/h、n=5 次/h、n=10 次/h 時實際狀態(tài)下七氟丙烷氣體體積濃度隨時間變化曲線。考慮到氣體滅火后進入防護區(qū)人員的安全性，取七氟丙烷滅火后排風終止?jié)舛葹闊o毒性反應濃度（NOAE 濃度）的一半，一般醫(yī)院影像科中滅火設計體積濃度為9%，終了體積濃度為4.5%。由圖4、圖5和圖6 可以看出，當n=2 次/h、n=5 次/h 和n=10 次/h時，七氟丙烷降到初始濃度的一半的時間分別大約為1250 s、500 s 和250 s。

圖4 七氟丙烷氣體體積濃度隨時間變化曲線(n=2 次/h)

圖5 七氟丙烷氣體體積濃度隨時間變化曲線(n=5 次/h)

圖6 七氟丙烷氣體體積濃度隨時間變化曲線(n=10 次/h)

2 七氟丙烷滅火后排風方式設計探討

根據(jù)對七氟丙烷滅火后排風的設計及思索，認為該排風方式可分為三類：借用平時排風系統(tǒng)的排風方式、獨立的七氟丙烷滅火后排風方式和可拆裝式七氟丙烷滅火后排風方式。

2.1 借用平時排風系統(tǒng)的排風方式

根據(jù)GB 51039-2014 規(guī)定，“醫(yī)療用房的集中空調系統(tǒng)的新風量每人不應低于40 m3/h，或新風量不應小于2 次/h”[5]，影像科排風量一般等于新風量。條件合適時，可以利用已有的排風系統(tǒng)配合一些自控措施為放射科室進行七氟丙烷滅火后排風。根據(jù)平時排風口與七氟丙烷滅火后排風口是否共用，一般分為利用平時排風口排風和另設七氟丙烷滅火后排風口兩種方式。還可以根據(jù)平時排風系統(tǒng)服務房間是否全是氣體滅火房間，可分為部分房間為氣體滅火房間排風系統(tǒng)和所有房間為氣體滅火房間排風系統(tǒng)。

2.1.1 按照排風口是否共用分類

利用平時排風口進行七氟丙烷滅火后排風要兼顧平時排風與七氟丙烷滅火后排風兩種情況，由于七氟丙烷密度比空氣大，排風需要做下排風方式，兩者兼用時平時排風也需要做成下排風方式。如圖7 所示，進入房間支管上加電動風閥，平時常開，對應房間氣體滅火時關閉，七氟丙烷滅火后排風時開啟。

圖7 風口共用排風方式

該種方式優(yōu)點是省掉一套進入房間的風管支管、風閥和排風口，減少了投資和施工工作量。缺點是排風口未設置在功能房間的設備上方，平時設備散熱導致的上升空氣不能及時排走，氣流組織不佳。此外，GB50370-2005 規(guī)定排風口“宜”設置在防護區(qū)下部，下部排風不算強制性要求，當條件不允許時，也可以將排風口設置于吊頂上。這樣做的優(yōu)點是平時設備散熱導致的上升空氣可以及時排走，氣流組織好。缺點便是七氟丙烷滅火后排風效果不佳，根據(jù)上文分析，如果要達到下排風的同等效果，需要增大氣體滅火時換氣次數(shù)或增加排風時間。風口共用的排風方式還存在一個問題是：末端風管及風口選型一般根據(jù)平時排風量設計，平時排風量一般為2 次換氣次數(shù)，七氟丙烷滅火后排風規(guī)范規(guī)定換氣次數(shù)為5 次/h，有可能存在末端排風管及末端風口風速超速以及產生的噪音問題。筆者認為七氟丙烷密度比空氣密度大，風速適當大一些更有利于排除七氟丙烷氣體，況且七氟丙烷滅火后排風無需考慮噪音問題，所以排風管道及風口可以按照平時排風要求設計。

另設七氟丙烷滅火后排風口的方式如圖8 所示，平時排風末端支管上風閥選常開電動風閥，對應房間氣體滅火時關閉。七氟丙烷滅火后排風末端支管上風閥選常閉電動風閥，對應房間氣體滅火時開啟。另設七氟丙烷滅火后排風口的方式規(guī)避了風口兼用排風的弊端，但是增加了一套進入房間的風管支管、風閥和排風口，增加了投資與施工工作量。

圖8 另設七氟丙烷滅火后排風口方式

2.1.2 平時排風統(tǒng)服務房間是否全是氣體滅火房間

對于一個平時排風系統(tǒng)所服務的房間中只有幾個房間是需要做七氟丙烷滅火后排風，其他房間不需要做氣體滅火的情況，如圖9 所示。根據(jù)規(guī)范要求，房間平時的換氣次數(shù)設計為2 次/h，氣體滅火房間的七氟丙烷滅火后排風的換氣次數(shù)為5 次/h，如果氣體滅火房間面積和小于平時排風系統(tǒng)房間面積的40%，此種情況可采取如下設計方法：普通房間排風支管設置電動風閥，常開，七氟丙烷滅火后排風時關閉；氣體滅火房間排風支管設置電動風閥，常開，氣體滅火時關閉，七氟丙烷滅火后排風時開啟。排風干管和排風風機與平時排風系統(tǒng)共用，氣體滅火房間排風支管以及排風口按照平時排風量大小設置。

圖9 平時排風系統(tǒng)服務兩種房間類型示意圖1

當氣體滅火房間總面積大于平時排風系統(tǒng)服務總面積的40%時，如圖10 所示，此時需要根據(jù)具體情況將七氟丙烷滅火后排風系統(tǒng)劃分兩個排風子系統(tǒng)，配合控制挨個系統(tǒng)進行七氟丙烷滅火后排風，由前面分析可知，當換氣次數(shù)為5 次/h 時，一個子系統(tǒng)進行七氟丙烷滅火后排風至排風終止?jié)舛刃枰?.5 分鐘。8.5 分鐘之后進行下一個子系統(tǒng)七氟丙烷滅火后排風。圖10 所示排風系統(tǒng)進行七氟丙烷滅火后排風時可以將氣體滅火房間1、2、3 劃分為一個子系統(tǒng)，氣體滅火房間4、5、6 劃分為另一個子系統(tǒng)，每個氣體滅火房間排風支管上設電動風閥，子系統(tǒng)進行七氟丙烷滅火后排風時，子系統(tǒng)內房間排風支管閥門開啟，其他氣體子系統(tǒng)房間支管閥門關閉，挨個子系統(tǒng)進行排風。當然，也可以根據(jù)總的氣體滅火房間滅火后排風量和平時排風量配置雙速風機，平時排風時風機低速運行，七氟丙烷滅火后排風時高速運行。此外，已建成建筑如果沒有裝設自控系統(tǒng)，按照平時排風換氣次數(shù)為2 次/h進行七氟丙烷滅火后排風，只要時間足夠長（按照前面分析大約為21 分鐘），也是可以將七氟丙烷體積濃度降到無毒性反應濃度（NOAE 濃度）的一半，但違背了規(guī)范GB50370-2005《氣體滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》第6.0.4條換氣次數(shù)的要求。

圖10 平時排風系統(tǒng)服務兩種房間類型示意圖2

當平時排風系統(tǒng)服務房間全是氣體滅火房間時，按照規(guī)范氣體滅火后最小排風總風量是平時排風的2.5 倍，可以將七氟丙烷滅火后排風系統(tǒng)分為三個子系統(tǒng)，按照上文所述方法進行排風。

借用平時排風系統(tǒng)的排風方式節(jié)省了一套排風系統(tǒng)，降低了施工工作量及初投資，但控制復雜，風閥數(shù)量多，對自控要求高。

2.2 獨立的七氟丙烷滅火后排風方式

該種方式對氣體滅火房間單獨設置一套七氟丙烷滅火后排風系統(tǒng)，風機、風管和風口等與平時排風系統(tǒng)互相獨立，互不影響。根據(jù)系統(tǒng)大小和科室具體情況還可以分有子系統(tǒng)和無子系統(tǒng)的七氟丙烷滅火后排風系統(tǒng)。

對于氣體滅火面積小的區(qū)域，如圖11 所示情形。設置一套七氟丙烷滅火后排風系統(tǒng)足矣，為降低壓低吊頂?shù)某潭?，七氟丙烷滅火后排風管道可以適當?shù)臏p小尺寸。

圖11 獨立的七氟丙烷滅火后排風方式示意圖1

對于氣體滅火面積大的區(qū)域，如圖12 所示情形，如果七氟丙烷滅火后排風不分子系統(tǒng)，配置的排風機以及排風管道會很大，必然會增加初投資以及安裝難度，參照前面所述，將排風系統(tǒng)分為多個子系統(tǒng)，減小排風管道尺寸，挨個子系統(tǒng)進行排風，這樣既可以降低初投資，也可以方便安裝。當然，相應代價的是自控方面變復雜了。

圖12 獨立的七氟丙烷滅火后排風方式示意圖2

2.3 可拆裝式七氟丙烷滅火后排風

考慮到上述七氟丙烷滅火后排風自控系統(tǒng)復雜，風管安裝會壓低吊頂導致空間凈高降低，且此系統(tǒng)在平時和火災時不使用，只在火災結束后開啟排放七氟丙烷。結合上述特點，筆者在設計過程中，思索出一種“可拆裝式七氟丙烷滅火后排風系統(tǒng)”。其基本原理如下：在需七氟丙烷滅火后排風的房間與走廊之間的墻上留洞，洞底距離地面200～300 mm，洞口大小根據(jù)具體氣體排風量大小與風速確定，洞口平時用可拆卸的密封材料封堵。當需要進行七氟丙烷滅火后排風時，將封堵拆掉，接上鋼絲波紋塑料軟風管，風管連接風機。一般情況下可以將排風風機置于新風機房，新風機房預留電源，通過新風機房外窗排出室外。房間補風可以通過人為開門進行補風，先開啟排風風機再人為開門補風。一般放射科室房間40～50 m2，凈高3 m，按照5 次/h 換氣次數(shù)計算，排風量為750 m3/h，按照最不利房間到新風機房阻力選擇風機，風機風量可選850 m3/h。一般一個影像科室只需配置一個排風機即可，如有多個房間需要排風，可挨個房間進行排風，對于50 m2房間，8.5 分鐘即可將七氟丙烷濃度降到初始濃度的一半，然后進行下一房間排風。

3 七氟丙烷滅火后排風機供電設計

《2009 全國民用建筑工程設計技術措施-暖通空調動力》第4.4.4 條指出事故風機應由消防電源供電。也可能源于此很多工程設計中將七氟丙烷滅火后排風電源設計為消防電源[6]，筆者認為這是不正確的。首先，七氟丙烷滅火后排風不是事故排風。其次，事故排風機也不是消防設備。具體原因可以參考文獻[7-8]中詳細闡述，筆者在此只列出結論：七氟丙烷滅火后排風機不是消防設備，不應列入消防負荷。此外，根據(jù)《醫(yī)療建筑電氣設計規(guī)范》第4.2.1 要求，影像科七氟丙烷滅火后排風負荷等級應為一級[9]。

4 結論

1）通過理論分析可知，當換氣次數(shù)為5 次/h 時，七氟丙烷濃度降到初始濃度的一半的時間分別大約為8.5 分鐘。

2）本文中提出了幾種七氟丙烷滅火后排風系統(tǒng)設計方案，排風方案沒有固定格式，各有優(yōu)缺點，需遵從設計規(guī)范，結合具體建筑布局，靈活設計。

3）提出一種拆裝式七氟丙烷滅火后排風的想法。

4）七氟丙烷滅火后排風機不是消防設備，不應列入消防負荷。