储能电站消防气体用量与舱室泄漏补气量计算书

储能电站消防气体用量与舱室泄漏补气量计算书第14页/文档编号：CN-XA-FIRE-2026-001储能电站消防气体用量与舱室泄漏补气量计算书项目名称：西安100MW/200MWh电网侧独立储能电站设计阶段：施工图设计计算类型：消防专项计算书编制日期：2026年10月18日编制：__________________校核：__________________审核：__________________批准：__________________XX电力设计研究院有限公司

目录TOC\o"1-2"\h\z\u1编制依据与设计标准 12计算范围与防护区划分 13主要设计参数选取 23.1环境参数 23.2灭火剂性能参数 23.3舱室气密性参数 24灭火剂设计用量计算 34.1电池预制舱全氟己酮灭火剂用量计算 34.2PCS升压舱七氟丙烷灭火剂用量计算 44.3电缆夹层IG541灭火剂用量计算 44.4灭火剂储存量与备用量确定 55泄压口面积计算与结构安全核验 56舱室泄漏量计算与补气量确定 66.1舱体气密性标准与泄漏率换算 66.2浸渍时间内灭火剂浓度衰减分析 76.3泄漏补气量精确计算 77喷放过程动态压力校核 88多维度安全核验 98.1灭火剂浓度安全性核验 98.2围护结构承压安全核验 98.3浸渍时间保持核验 98.4海拔高度修正核验 99计算结果汇总 1010结果分析与工程指导意义 1011施工与运维注意事项 1112免责声明 111编制依据与设计标准本计算书依据国家现行相关标准、规范及工程设计文件进行编制，引用的主要标准文件如下：标准编号标准名称GB50370-2005《气体灭火系统设计规范》GB55036-2022《消防设施通用规范》GB/T51048-2025《电化学储能电站设计标准》GB/T42288-2022《电化学储能电站安全规程》GB50016-2014(2018版)《建筑设计防火规范》GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》T/CECS10171-2022《预制式全氟己酮灭火装置》GB50193-2019《二氧化碳灭火系统设计规范》NFPA2001《洁净气体灭火系统标准》项目文件西安100MW/200MWh电网侧独立储能电站施工图本计算书中的公式、参数取值、计算方法均严格遵循上述标准的相关规定，确保计算结果的准确性、合规性与可报审性。2计算范围与防护区划分本计算书针对西安100MW/200MWh电网侧独立储能电站中需设置气体灭火系统的防护区进行消防气体用量与舱室泄漏补气量计算。根据规范要求和火灾危险性分析，各防护区划分如下：序号防护区名称数量长×宽×高(m)净容积(m³)火灾类型灭火剂1电池预制舱(单舱)4012.19×2.44×2.9040.0A类+电气+B类全氟己酮2PCS升压舱(单舱)86.0×3.0×3.045.0电气+B类七氟丙烷3电缆夹层118.0×8.0×3.5485.0A类+电气IG541根据GB55036-2022第8章及GB/T51048-2025相关规定，电池预制舱火灾危险性为乙类，PCS舱为丙类，电缆夹层为丙类。各防护区均采用全淹没气体灭火系统设计。3主要设计参数选取3.1环境参数参数名称符号取值单位说明海拔高度H405m西安市平均海拔海拔修正系数K1.000—≤1000m取1.0(GB50370附录B)最低环境温度T-5℃西安冬季极端最低温度标准大气压P₀101325Pa标准大气压围护结构允许压强Pf1200PaGB50370≥1200Pa重力加速度g9.81m/s²标准值3.2灭火剂性能参数参数名称全氟己酮七氟丙烷IG541灭火设计浓度C₁6.5%8.0%37.5%安全系数1.45倍1.3倍1.3倍设计喷放时间≤10s≤8s≤60s灭火浸渍时间≥10min≥5min≥10minNOAEL浓度10.0%9.0%43.0%比容系数k₁0.06640.12690.65799比容系数k₂0.0002740.0005130.0022933.3舱室气密性参数根据GB/T36547-2018《电化学储能系统接入电网技术规定》及储能预制舱行业验收标准，电池预制舱气密性要求为：舱体整体充压至500Pa，保压30分钟，压降≤10%（≤50Pa）为合格。PCS舱同等要求。本计算按偏保守气密性水平进行泄漏量计算，即取30分钟压降10%作为设计基准。4灭火剂设计用量计算根据《气体灭火系统设计规范》GB50370-2005第3.3.14条及《预制式全氟己酮灭火装置》T/CECS10171-2022，全淹没灭火系统灭火剂设计用量通用计算公式如下：W=K·V·C₁/[S·(100-C₁)]式中：W——灭火设计用量(kg)；K——海拔高度修正系数；V——防护区净容积(m³)；C₁——灭火设计浓度(%)；S——灭火剂过热蒸气比容(m³/kg)，按S=k₁+k₂·T计算。4.1电池预制舱全氟己酮灭火剂用量计算4.1.1净容积确定单个40英尺电池预制舱内净尺寸：长12.19m×宽2.44m×高2.90m，毛容积V₀=86.3m³。舱内28个电池簇及配电柜等附属设备占用体积约46.3m³。根据GB50370规定，实体物体积超过净容积25%时应予扣除。考虑锂电池舱药剂需渗透至模组间隙的特殊性，计算净容积保守取V=40.0m³。4.1.2比容计算S=0.0664+0.000274×(-5)=0.06503m³/kg4.1.3设计用量计算W=1.0×40.0×6.5/[0.06503×(100-6.5)]=42.77kg考虑锂电池热失控复燃风险及GB/T51048-2025要求的防复燃时间≥24h，增加50%冗余用于持续抑制与二次喷放：W₁=42.77×1.5=64.2kg考虑储存容器内剩余量（按充装量2%计，约1.5kg），系统灭火剂储存量：W₀=64.2+1.5=65.7kg，取整配置W₀=70kg/舱即单舱配置70kg全氟己酮灭火剂，采用柜式预制灭火装置，选用2台35kg柜体式装置，分置于舱体两端，确保喷放均匀。全站40个电池舱合计配置2800kg全氟己酮灭火剂。4.2PCS升压舱七氟丙烷灭火剂用量计算4.2.1基本参数单个PCS舱内净尺寸：6.0m×3.0m×3.0m，毛容积54.0m³。扣除PCS功率模块、开关柜、变压器等设备体积约9.0m³，取净容积V=45.0m³。灭火设计浓度C₁=8%（电气火灾，GB50370第3.3.5条），设计喷放时间≤8s。4.2.2比容与用量计算S=0.1269+0.000513×(-5)=0.12434m³/kgW=1.0×45.0×8.0/[0.12434×(100-8)]=31.6kg考虑容器及管道剩余量约2.0kg，系统储存量：W₀=31.6+2.0=33.6kg，取整配置W₀=40kg/舱即单舱配置40kg七氟丙烷灭火剂，选用单台40L柜式预制灭火装置。全站8个PCS舱合计配置320kg七氟丙烷灭火剂。4.3电缆夹层IG541灭火剂用量计算电缆夹层净容积V=18.0×8.0×3.5=504m³，扣除桥架及电缆体积约19m³，取V=485m³。IG541灭火设计浓度C₁=37.5%（电气火灾），喷放时间≤60s（喷放至95%设计用量时）。IG541灭火剂设计用量按GB50370第3.4.4条公式计算：W=(V/S)·ln[100/(100-C₁)]S=0.65799+0.002293×(-5)=0.64653m³/kgW=(485/0.64653)×ln[100/(100-37.5)]=750.2×0.4700=352.6kg选用70L/15MPa标准储瓶，单瓶充装量约14.8kg。考虑管道剩余量（约5%）后总需药量约370kg，需储瓶数量n=370/14.8=25瓶，向上取整配置26瓶（即2组13瓶组合分配系统），合计充装384.8kg。4.4灭火剂储存量与备用量确定根据GB50370-2005第3.1.7条，组合分配系统的灭火剂储存量应按储存量最大的防护区确定；备用量应按原储存量的100%配置（当72小时内不能完成充装恢复时）。本工程电池预制舱及PCS舱均采用预制灭火装置（无管网），不设备用量；电缆夹层IG541系统为管网组合分配系统，按规范配置100%备用量，即另设备用钢瓶组26瓶。防护区灭火剂类型单舱设计用量单舱配置量数量总配置量电池预制舱全氟己酮42.8kg70kg402800kgPCS升压舱七氟丙烷31.6kg40kg8320kg电缆夹层IG541352.6kg385kg(26瓶)1+1(备用)770kg(52瓶)5泄压口面积计算与结构安全核验根据GB50370-2005第3.2.7条，防护区应设置泄压口，防止灭火剂喷放时防护区内压超过围护结构允许压强，造成结构破坏。泄压口面积计算公式如下：5.1七氟丙烷/全氟己酮泄压口Fx=0.15·Qx/√Pf式中：Fx——泄压口面积(m²)；Qx——灭火剂平均喷放速率(kg/s)，Qx=W/t；Pf——围护结构允许压强，取1200Pa。电池预制舱全氟己酮喷放速率Qx=70/10=7.0kg/s，则：Fx=0.15×7.0/√1200=1.05/34.64=0.0303m²，取0.04m²PCS舱七氟丙烷喷放速率Qx=40/8=5.0kg/s，则：Fx=0.15×5.0/√1200=0.75/34.64=0.0217m²，取0.03m²5.2IG541泄压口Fx=1.1·Qx/√PfIG541喷放速率Qx=385/48=8.02kg/s（喷放时间取48s），则：Fx=1.1×8.02/√1200=8.82/34.64=0.255m²，取0.26m²5.3泄压口设置要求（1）泄压口应设置在防护区净高2/3以上位置。电池舱净高2.9m，泄压口下沿不低于1.93m；（2）泄压口应采用自动泄压装置（压力驱动式），动作压力设定为800~1000Pa，低于围护结构允许压强；（3）泄压口宜设置在外墙上，喷放灭火剂前除泄压口外的所有开口应能自行关闭。6舱室泄漏量计算与补气量确定6.1舱体气密性标准与泄漏率换算储能预制舱的气密性直接影响灭火剂浸渍时间内的浓度保持能力。根据储能行业验收标准，舱体气密性测试条件为：充压至500Pa（表压），保压30min，压降≤50Pa（即10%）为合格。采用压降法将气密性指标换算为等效泄漏面积和泄漏率。根据理想气体状态方程，等温条件下泄漏率公式：Q=(V·ΔP)/(P₀·t)式中：Q——标准状态下体积泄漏率(m³/s)；V——舱室净容积(m³)；ΔP——压降(Pa)；P₀——大气压(Pa)；t——保压时间(s)。以电池预制舱为例（取毛容积86.3m³计算气密性）：Q=(86.3×50)/(101325×1800)=4315/182,385,000=2.37×10⁻⁵m³/s=0.085m³/h即标准合格舱体在500Pa压差下每小时泄漏量约0.085m³。气体灭火系统在浸渍阶段舱内外压差较小（灭火剂蒸气与空气混合后密度差产生的压差通常在几十帕量级），根据缝隙流动的伯努利方程，实际泄漏量与压差的平方根成正比：Q(ΔP)=Q₅₀₀×√(ΔP/500)6.2浸渍时间内灭火剂浓度衰减分析灭火剂喷放完成后，由于舱体缝隙泄漏，灭火剂浓度随时间逐渐衰减。对于全氟己酮（分子量316，蒸气密度约为空气的10.9倍），喷放后主要沉积于舱体下部，泄漏主要发生在泄压口闭合后的微缝隙处。浸渍阶段舱内外压差主要来自：①灭火剂蒸气与空气的密度差导致的静压差（底部正压、顶部负压）；②温度变化导致的热压；③通风空调停机后的残余压力。综合估算浸渍期平均压差约ΔP=20Pa。Q(20Pa)=0.085×√(20/500)=0.085×0.20=0.017m³/h在10min浸渍时间内，混合气体泄漏量：ΔV=0.017×(10/60)=0.0028m³该泄漏量占净容积40m³的0.007%，可忽略不计。由此可见，满足行业气密性标准（500Pa/30min压降≤10%）的储能预制舱，在浸渍时间内自然泄漏对灭火剂浓度的影响极小，浓度衰减不超过0.1个百分点，能够有效维持灭火浓度。6.3泄漏补气量精确计算尽管标准气密性舱体泄漏量很小，但考虑工程实际中存在以下不利因素，需设置泄漏补偿补气措施：（1）施工安装后实际气密性可能存在偏差（取2倍安全系数）；（2）长期运行后密封胶条老化、门缝变形等导致气密性下降（按验收值3倍考虑长期工况）；（3）进排风管道防火阀关闭后的微小缝隙泄漏；（4）电缆穿越孔洞封堵不严的泄漏。综合考虑上述因素，取最不利泄漏率为验收标准状态的3倍，即150Pa压差下泄漏率约0.051m³/h（对应舱体气密性降级情况）。要求浸渍时间内灭火剂浓度不低于最低灭火浓度（全氟己酮取4.5%，即设计浓度的69%）。泄漏补气量按补偿浸渍时间内泄漏的灭火剂质量计算：W补=ρ剂×Q泄漏×t浸×C式中：ρ剂为灭火剂蒸气密度（全氟己酮约13.9kg/m³，七氟丙烷约7.3kg/m³）。代入电池舱数据：W补=13.9×(0.051×√(20/150))×(10/60)×0.065=13.9×0.0186×0.167×0.065=0.0028kg计算表明，即使在3倍偏差的气密性条件下，10min浸渍时间内泄漏的灭火剂量也不足0.01kg，基本无需主动补气。但考虑锂电池舱的特殊防复燃需求，设计上采取以下措施：（1）灭火剂配置预留50%冗余量（已在4.1节计入），兼作泄漏与多次喷放补偿；（2）配置浓度监测传感器，当舱内灭火剂浓度低于5%时自动触发二次喷放；（3）建议运维中每年进行一次舱体气密性测试，压降超标及时整改密封。7喷放过程动态压力校核灭火剂喷放瞬间，大量气体迅速释放导致舱内压力骤升，需校核峰值压力是否在泄压口泄放能力范围内，避免损坏围护结构。以电池舱全氟己酮喷放工况为例：70kg灭火剂在10s内喷放，峰值质量流量约10kg/s（考虑喷放初期流量大于平均值）。全氟己酮蒸气密度13.9kg/m³，驱动氮气约1.0kg（2.5MPa增压氮气折算），瞬时气体体积生成率：dV/dt=(10/13.9)+(1.0/1.165)×(2.6/0.101)≈0.72+22.1=22.8m³/s泄压口（0.04m²）在Pf=1200Pa下的泄放能力：Q泄=Fx×C×√(2·Pf/ρ)=0.04×0.85×√(2×1200/1.2)≈1.52m³/s由于瞬时产气量（22.8m³/s）远大于泄压口泄放量（1.52m³/s），喷放初期舱内压力将快速上升。经计算，峰值压力约为：Pmax≈P₀+(dV/dt)·ρ/(2·C²·Fx²)≈1600~1800Pa此峰值压力持续时间极短（<0.5s），属于冲击载荷。储能预制舱为钢结构焊接箱体，围护结构承压能力通常≥3000Pa，能够承受该瞬时压力。若采用民用建筑轻质隔墙（允许压强1200Pa），需增大泄压口面积至0.06m²或加强围护结构。8多维度安全核验8.1灭火剂浓度安全性核验根据GB50370-2005第6.0.7条，有人工作区域的灭火剂实际使用浓度不应大于NOAEL（无毒性反应浓度）。本工程：•电池预制舱/PCS舱正常为无人值守，全氟己酮设计浓度6.5%<NOAEL(10%)，七氟丙烷8%<NOAEL(9%)临界值，设置30s延时启动和声光报警，人员可安全撤离；•IG541设计浓度37.5%<NOAEL(43%)，人员短时间暴露安全。8.2围护结构承压安全核验防护区峰值压力估算围护结构耐压安全系数结论电池预制舱1600~1800Pa≥3000Pa(钢结构)≥1.7合格PCS升压舱1200~1500Pa≥2500Pa(钢结构)≥1.7合格电缆夹层1000~1200Pa≥2000Pa(混凝土)≥1.7合格8.3浸渍时间保持核验在设计气密性条件下（500Pa/30min压降≤50Pa），10min浸渍期内灭火剂浓度衰减量<0.1个百分点，远低于规范允许的浓度下降阈值，能够维持有效灭火浓度。建议验收时进行10min浓度保持测试，浓度下降不应超过0.5%。8.4海拔高度修正核验项目所在地海拔405m（<1000m），根据GB50370附录B，海拔修正系数K=1.000，无需进行海拔修正。若未来项目位于海拔1000m以上地区，应严格按附录B查表修正。9计算结果汇总计算项目电池预制舱(单舱)PCS舱(单舱)电缆夹层备注防护区净容积(m³)40.045.0485.0灭火剂类型全氟己酮七氟丙烷IG541设计浓度(%)6.58.037.5含安全系数设计用量(kg)42.831.6352.6理论计算值实际配置量70kg40kg385kg(26瓶)含冗余/备用喷放时间(s)≤10≤8≤48浸渍时间(min)≥10≥5≥10泄压口面积(m²)0.040.030.26泄漏补气量(kg)<0.01<0.01<0.5由冗余量覆盖全站合计2800kg(40舱)320kg(8舱)770kg(52瓶)含备用10结果分析与工程指导意义通过上述系统计算与多维度核验，得出以下结论与工程指导意见：（1）灭火剂选型合理：电池舱选用全氟己酮，其优异的绝缘性、低毒性和降温能力适配锂电池火灾防控需求；PCS舱选用七氟丙烷技术成熟、成本适中；电缆夹层选用IG541环保无污染、适合长距离管网输送。三种介质的选型均满足2026年最新国标GB/T51048-2025的要求。（2）用量配置留有充足裕度：电池舱按设计用量1.5倍配置，充分考虑了锂电池热失控复燃风险，满足24小时防复燃要求；PCS舱及电缆夹层配置均满足规范要求。（3）泄压口面积经严格计算，能够在保证围护结构安全的前提下有效泄放超压，七氟丙烷和全氟己酮泄压口设置在净高2/3以上位置，符合规范要求。（4）舱室泄漏补气分析表明：满足行业气密性