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提要:本文分析了不同灭火剂用量计算公式所依据的混合-泄漏模型,提出了通用的灭火剂用量计算公式,并对如何确定IG541灭火剂的裕量进行了讨论。
固定灭火系统的灭火剂用量应该控制在灭火剂喷放后在防护区的浓度高于有效灭火浓度，又尽可能在正常情况下对人体不产生不良影响的范围内
。消防设计时必须根据防护区的体积、温度、压力以及灭火剂的物性来确定灭火剂的用量。
混合-泄漏模型
不同的设计方案，从浓度到用量的计算公式不尽一致。例如，天津消防科研所提出七氟丙烷（FM-220）用量计算公式为（1）：
W =（KV/S）·C/（100-C）
（式-1）
式中：W-防护区内七氟丙烷灭火（或惰化）设计用量（kg）；
C-七氟丙烷灭火（或惰化）设计浓度（%）；
V-防护区净容积（m3）；
K-海拔高度修正系数；
S-七氟丙烷过热蒸汽在101kPa和防护区最低温度下的比容
（m3/kg）， S = 0.1269 + 0.000513 T, 其中T
为温度(℃)。
安素(ANSUL)公司介绍的IG541用量计算公式为（2）：
X
= 2.303V/S·Log[100/(100-C)]·Vs
（式-2）
式中：X- IG541用量；
S = 9.7261 + 0.021 T, 其中T 为温度(˚F)；
V-防护区净容积（ft3）；
Vs- IG541在70˚F的比容 = 11.2093 (lb/ ft3)。
（式-1）和（式-2）的差异主要在于他们依据的混合-泄漏物理模型不同。（式-1）的模型是先混合后泄漏；（式-2）的模型是边混合边泄漏；还可以提出第三种模型---先泄漏后混合，即活塞流模型，其灭火剂用量和浓度
C 成正比。其中以（式-1）的模型求得的灭火剂用量最大，活塞流模型求得的灭火剂用量最小。
对于灭火过程的模拟表明（式-2）比较符合实际情况:设防护区净容积为V，上一瞬间灭火剂浓度为C，经历某一瞬间流入的灭火剂体积为V/10000，则防护区中的灭火剂浓度变为C
+ （100%/10000） - （C /10000）。兹将这样模拟计算的结果列于表一。
表一.
灭火剂边混合边泄漏的模拟计算(体积%)
|
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0
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
|
0
|
0.0
|
1.0
|
2.0
|
3.0
|
3.9
|
4.9
|
5.8
|
6.8
|
7.7
|
8.6
|
|
10
|
9.5
|
10.4
|
11.3
|
12.2
|
13.1
|
13.9
|
14.8
|
15.6
|
16.5
|
17.3
|
|
20
|
18.1
|
18.9
|
19.7
|
20.5
|
20.5
|
22.1
|
22.9
|
23.7
|
24.4
|
25.2
|
|
30
|
25.9
|
26.7
|
27.4
|
28.1
|
28.8
|
29.5
|
30.2
|
30.9
|
31.6
|
32.3
|
|
40
|
33.0
|
33.6
|
34.3
|
35.0
|
35.6
|
36.2
|
36.9
|
37.5
|
38.1
|
38.7
|
|
50
|
39.3
|
40.0
|
40.5
|
41.1
|
41.7
|
42.3
|
42.9
|
43.4
|
44.0
|
44.6
|
|
60
|
45.1
|
45.7
|
46.2
|
46.7
|
47.3
|
47.8
|
48.3
|
48.8
|
49.3
|
49.8
|
例如:
第5行40,第8列7,对应的数值37.5,表示 向防护区喷放相当于防护区容积47%的灭火剂后，防护区中灭火剂达到37.5%。其中47% 即美国NFPA2001所谓的“淹没系数”,本文以Y表示。淹没系数的解析式可表达为：
Y = Ln[ 100 /（100-C）]
（式-3）
普遍适用的表达方式
灭火剂的用量和灭火剂的物性有关,（式-1）（式-2）中的S是和物性有关的参数，成了“个案”。通过气体状态方程，可以将灭火剂的用量描述成通用公式。
灭火剂在防护区的体积和重量的关系为：
Vm
= WZRmT/P
式中：Vm -灭火剂在防护区条件下的体积（m3）；
W-灭火剂的重量（kg）；
Z-压缩因子，可以取为1；
Rm-灭火剂的气体常数 = 1000R/M
(J/kg)
其中 R = 8.31441;M是灭火剂的分子量,
FM-220
= 170.0, IG541 = 34.067;
T-防护区温度（K）；
P-防护区压力（Pa）。
∵ Vm = V·Ln[
100 /（100-C）]
∴ WZRmT/P= V·Ln[
100 /（100-C）]
W = V·P·Ln[ 100 /（100-C）]/ Rm/T
（式-4）
大气压和海拔高度的关联
消防设计手册上列有海拔高度对大气压力的修正系数表，使用时需要内插，不甚方便又不准确。因此本文提出采用指数方程关联：
P = P0·exp[（- h – 0.00008h2）/8340]
（式-5）
式中：P0-海平面的标准大气压, = 101325 Pa;
h-海拔高度(m)。
（式-5）和大英百科全书（3）所列Atmospheric
pressure 数据比较如下：
表二-1. 大气压计算误差
|
海拔
|
海拔
|
大气压
|
大气压
|
误差
|
误差
|
|
英尺
|
M
|
文献值,mBar
|
计算值,mBar
|
%
|
Pa
|
|
0
|
0
|
1013.25
|
1013.25
|
0
|
0
|
|
3240
|
987.55
|
900
|
899.26
|
-0.082
|
-74
|
|
8080
|
2462.8
|
750
|
749.80
|
-0.027
|
-20
|
|
18280
|
5571.7
|
500
|
504.25
|
0.846
|
425
|
|
33980
|
10357.1
|
250
|
264.06
|
5.623
|
1406
|
和《工程热力学》（4）一书的大气压数据比较如下：
表二-2.
大气压计算误差
|
海拔高度
|
大气压
|
大气压
|
误差
|
误差
|
|
m
|
文献值,kPa
|
计算值,kPa
|
%
|
Pa
|
|
0
|
101.26
|
101.325
|
0.064
|
65
|
|
500
|
95.39
|
95.41
|
0.017
|
16
|
|
1000
|
89.82
|
89.79
|
-0.034
|
-30
|
|
1500
|
84.50
|
| | 
