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隨著工業化、智能化和城市化的快速發展，各類設施的復雜度和火災風險顯著增加。尤其是在數據中心、發電廠、油氣儲運、檔案館、博物館、精密制造車間等場所，一旦發生火災，不僅會造成人員傷亡，更可能造成難以估量的經濟損失和重要數據、文物的不可逆破壞。固定式氣體滅火系統（以下簡稱“氣體滅火系統”）以其滅火迅速、無溶劑殘留、對設備損傷小等優點，成為保護此類場所的重要手段。

一、定義與分類

固定式氣體滅火系統是指將滅火氣體通過固定安裝的管網、噴嘴和釋放裝置，向被保護空間投放足量的氣體滅火劑，以控制或撲滅初起或發展中的火災的自動或手動系統。按滅火劑的性質與作用方式，常見的氣體滅火系統主要可以分為以下幾類：

• 惰性氣體系統：以氮氣（N2）、氬氣（Ar）或混合惰性氣體（如Inergen，混合氮、氬、二氧化碳）為滅火介質。其滅火機制主要為降低被保護空間的氧氣濃度至燃燒不能維持的水平，從而實現滅火。

• 化學氣體系統（鹵代烷類及其替代品）：以哈龍替代品或類似作用的化學氣體（如HFC-227ea、FM-200等）為代表。其滅火機制主要通過化學抑制，即在燃燒鏈分解過程中捕獲自由基，抑制鏈式反應，并有一定的熱吸收作用。

• 二氧化碳系統（CO2）：以高濃度二氧化碳作為滅火劑，通過降低局部氧濃度和強烈的冷卻作用撲滅火焰。CO2系統在一些封閉空間（如發動機艙、鍋爐房、變壓器間）仍有應用，但因對人員危險性較高，使用受限。

• 清潔氣體/混合氣體：近年來出現的低溫或環境友好型混合氣體，旨在兼顧滅火效率與環保性能，如氟替代產品和新型惰性混合氣體等。

二、工作原理與滅火機理

不同類型氣體滅火系統的滅火機理雖有差異，但總體上可以概括為物理抑制和化學抑制兩大類：

• 物理抑制（窒息與冷卻）：惰性氣體和二氧化碳主要通過降低氧濃度和吸收燃燒熱來阻斷燃燒過程。惰性氣體通過置換空氣使氧濃度降至一定閾值（通常在10%—15%左右，依據燃料特性而定），而二氧化碳還具有顯著的冷卻效果。

• 化學抑制：以HFC-227ea、FM-200等為代表的化學氣體通過與燃燒反應中的自由基（如H·、OH·）發生反應，抑制鏈式反應，終止燃燒。這類氣體在較低濃度下即可實現高效滅火，且不依賴大幅降低氧含量，因此對人員更為友好（但仍有一定毒性與窒息風險）。

在實際系統中，設計者需要綜合考慮被保護物品的易燃性、空間密封性、人員在場可能性、環境與法規限制等因素，選擇合適的滅火劑與釋放策略（快速釋放、控釋或分區釋放等）。

三、關鍵組成與系統配置

一個完整的固定式氣體滅火系統一般包括以下主要部分：

• 儲瓶與容器：用于儲存滅火氣體或液態滅火劑。儲瓶壓力等級、材質與數量須滿足設計釋放劑量和可靠性要求。惰性氣體系統多采用高壓儲瓶，化學氣體可能采用常壓或低壓液相儲存。

• 管網與噴嘴：通過管道將滅火劑輸送至被保護區域，并由噴嘴或分配裝置均勻釋放。噴嘴形式、流量系數和布置需要保證有效覆蓋、避免死角并滿足泄流壓力條件。

• 控制與探測裝置：包括火災探測器（煙感、溫感、火焰感）、控制器、手動釋放與自動釋放裝置。控制器應具備故障自診斷、事件記錄、聯動控制（如切斷電源、啟動通風關閉）和多級報警功能。

• 驅動與釋放機構：高壓氣瓶通常通過電磁閥、爆破片或快速開閥機構釋放氣體。釋放機構必須保證在觸發后能在規定時間內實現設計濃度。

• 輔助裝置：如安全閥、壓力表、泄放管道、緊急警報系統、人員疏散指示、環境監測與排風系統等。

四、設計要點與規范考量

氣體滅火系統的設計既有理論計算，也有工程實踐規則。主要設計要點包括：

• 保護對象與風險評估：明確保護對象的火災分類（A、B、C類）、火源分布、可燃物特性與火災后果評估，決定滅火劑類型與保護水平。

• 密封與有效容積計算：惰性氣體與某些化學氣體要求空間有足夠的密封性能，以確保釋放后能維持滅火濃度一定時間（典型保持時間為10分鐘或更長，依據規范）。泄漏損失計算與容積修正是關鍵步驟。

• 釋放濃度與劑量計算：依據滅火劑特性與被保護物燃燒特性，計算所需的設計濃度與相應劑量。不同氣體有不同的最低有效濃度（例如HFC-227ea常用濃度約6.25%—9%范圍，惰性氣體視混合比例在30%—40%體積分數區間）。

• 時間參數（釋放時間、維持時間）：系統需在規定的時間內將空間氣體濃度提升到設計值（通常釋放時間為10秒至60秒，視滅火劑和被保護空間而定），并在維持時間內保持該濃度以確保燃燒完全撲滅并防止復燃。

• 人員安全與撤離策略：若被保護空間可能有人停留（如控制室），采用的滅火劑濃度必須兼顧滅火效果與人員安全，或通過延時釋放、警報和通風聯動保證人員撤離。對于CO2系統，通常要求無人員存在方可使用。

• 聯動與消防預案：氣體滅火系統應與建筑消防、通風系統、報警系統、電源切斷等聯動。并制定詳細的應急預案、人員培訓與疏散程序。

在多數國家與地區，固定式氣體滅火系統的設計與安裝應遵循相關標準與法規，例如國際上常引用的NFPA（美國國家消防協會）標準、ISO標準及各國本土標準（如中國的GA/T、GB標準等）。合規性不僅關系技術可靠性，也涉及法律與保險責任。

五、安全、健康與環境影響

盡管氣體滅火系統在保護精密設備和敏感物品方面具有優勢，但其安全性和環境影響需要認真評估：

• 對人員的危害：高濃度二氧化碳與惰性氣體會導致窒息風險，快速釋放更可能引發沖擊效應或低溫傷害。化學氣體（如HFC類）通常在設計濃度下對短時間暴露的人員風險較低，但仍需關注急性毒性、長期暴露風險和作業安全。

• 電離與化學反應副產物：在高溫燃燒中，某些化學氣體可能發生分解，生成有毒氣體或腐蝕性產物，對人員與設備造成二次損害。系統設計與事故響應需考慮這些潛在副產物的處理與排放。

• 環境影響：許多傳統化學氣體（如早期的哈龍）對臭氧層破壞和全球變暖具有顯著影響，因而在國際上被逐步淘汰。新一代替代品雖然在臭氧消耗潛勢（ODP）上已大幅降低，但其全球變暖潛勢（GWP）和大氣壽命仍是評價指標之一。惰性氣體對環境影響相對較小，但其儲存與運輸所需的高能耗和高壓容器安全也需考量。

• 法規限制與替代路徑：許多國家對哈龍類滅火劑實行嚴格禁用或限制，推動使用無氯、低GWP的替代滅火劑以及惰性氣體。在系統選型時，應結合當地法規與環保政策，優先選用既能滿足滅火需求又具較好環保特性的方案。

六、維護、檢測與運行管理

氣體滅火系統作為生命與財產安全的重要保障，其可靠性直接取決于日常維護與定期檢測。關鍵管理措施包括：

• 定期檢查：包括儲瓶壓力檢測、閥門與爆破片完好性檢查、管網與噴嘴的通道檢測、控制器與探測器功能測試、聯動設備（門禁、通風）和報警裝置的檢查。通常按相關標準有例行檢查周期（例如月檢、季檢、年檢等）。

• 實施功能測試與演練：定期開展不釋放式功能測試（如模擬火警信號、控制器響應、聯動動作）和計劃演練，確保人員熟悉應急流程并驗證聯動設備的協同工作。

• 更換壽命部件：氣瓶閥、密封件、探測器、控制器電池等均有使用壽命與性能遞減，需按制造商和標準規定及時更換或校驗。

• 漏泄與再充裝管理：對惰性氣體和化學氣體系統，監測泄漏并在必要時進行補充或更換滅火劑；對使用壽命到期或因規范淘汰的氣體，應通過合規渠道進行回收和銷毀，避免環境污染。

• 記錄與認證：建立完整的檢測、維護與故障記錄，接受主管部門或認證機構的監督與檢查，以滿足監管和保險要求。