0 引言

近年来，我国冰雪运动快速发展，特别是2022年冬奥会成功申办以来，国家体育总局发布了《2022年北京冬奥会参赛实施纲要》《“带动三亿人参与冰雪运动”实施纲要（2018-2022年）》系列文件，提出要普及群众冰雪运动，到2022年实现三亿人参与冰雪运动，为冰雪运动的发展带来了重大助力。

冰雪场地是开展冰雪运动的基本载体，国家体育总局等部委联合发布的《全国冰雪场地设施建设规划（2016-2022年）》《冰雪运动发展规划（2016-2025年）》提出要加大场地设施供给，建设公共冰雪运动场地设施，到2022年全国新建滑冰馆数量不少于500座，新建滑雪场数量不少于240座。随着2022年的即将到来，冰雪场地的建设进入加速期。

我国南北地域跨度广，气候差异大，大部分地区冬季平均温度都在零度以上，而冰雪场地要求较低的温度维持冰雪的存在，保证其正常使用。因此，对于冰雪场馆来说，最核心的是建设维持功能的制冷系统。氨是一种性能优良的制冷剂，具有高效、环保、廉价、可降解等优点，氨制冷技术成熟可靠，广泛用作食品生产行业中的冷库制冷。对于冰雪场馆，氨也是常用制冷剂，国外冰雪场馆使用比较普遍。借鉴国外冰雪场馆的建设运维经验，氨制冷系统也将应用于我国冰雪场馆的建设。因此，氨制冷机房将成为我国在建冰雪场馆的重要组成部分。

1 氨的特性

由氨的理化特性可知^[1]，氨气的急性毒性暴露极限远低于其爆炸下限。因此，氨气的主要危害作用是毒性，次要危险性是火灾危险性。国际标准ISO 817-2014^[2]从毒性和火灾危险性的角度对制冷剂进行了分类：根据制冷剂的允许暴露量，将毒性分为A、B两类^[2]；根据制冷剂的爆炸极限、燃烧热、燃烧速度等参数将制冷剂的可燃性分为1级（不可燃）、2L级（低可燃性）、2级（可燃）、3级（高可燃性）四类^[2]。ISO 817-2014中将氨的危险性定为B2L级，即氨是一种高毒性、低可燃性的制冷剂。

国内的《危险化学品重大危险源辨识》（GB18218-2018）将氨列入毒性气体类别中^[3]。在《制冷剂编号方法和安全性分类》（GB/T 7778-2017）中，氨的安全性分类为B2L^[4]，即按照国内的分类方法，氨也属于高慢性毒性弱可燃性制冷剂。

2 氨制冷机房给排水设计

2.1 氨泄漏给排水设计方案

通常来讲，氨泄漏事故的泄漏物的处理方法有4种：隔绝泄漏物、稀释收容、中和处理和废弃^[5]。对于民用建筑氨制冷机房，因为周围具有完备的生活给水和消防给水系统，水源是充足可靠的，故稀释收容的方法是合适的。稀释收容方法是基于氨气极易溶于水，常温常压下1体积水可溶解700倍体积氨气的特点，因此氨泄漏事故可以采用大量水稀释。因为氨水具有一定的毒性，氨水溶液也极不稳定，不能直接排放于下水道中，故需要设置事故水池予以贮存，再通过专业机构的槽罐容器抽取后，转运进行最终处理。

为防止氨气破坏环境，并保证人员安全，氨的稀释要在机房外处理，氨气稀释主要有两种方式：

(1）方式一。当氨制冷机房内氨气浓度过高时排风系统会停止，将氨气封闭在氨制冷机房内，通过几道疏散门的路径往外扩散，在室外疏散门处预留给水龙头，确认扩散后手动控制，通过软管和喷头从给水点接出给水进行稀释，类似花园浇花设备。稀释氨气的水源为自来水，引入管道设置防污染措施。给水龙头处压力为0.2～0.3MPa，软管长度30m，规格DN25，流量2m³/h，设定氨气泄漏在1h内应急处理完毕。沿氨制冷机房四周设置排水沟槽收集稀释氨水溶液，然后流入事故水池。这种方式也是国外冰雪场馆氨制冷机房事故处理方式，见图1。

图1 氨制冷机房事故处理方案1   

Fig.1 Schematic diagram of accident handling plan 1for ammonia refrigeration room

(2）方式二。在氨制冷机房屋顶设置事故风机，事故风机设置有水清洗设备，统称为洗氨设备。当氨制冷机房内发生泄漏时，事故风机动作，系统开始给水，在水清洗设备内水和氨气充分混合，通过连接的排水管排入事故水池。稀释氨气的水源为自来水，引入管道设置防污染措施。进水管管径为DN100，压力0.15MPa，流量70m³/h，考虑氨气泄漏在1h内应急处理完毕。这种方式是国内安监总局提出的氨泄漏事故处理方式。

对于国内普通赛事标准设置的氨制冷机房，考虑安监总局为主管负责单位，最好采用方式二。而对于冬奥会这样的国际赛事场馆，则方式一和方式二同时采用，此时方式一作为方式二的辅助措施，主要针对从维护结构泄露的少量氨气，确保同时满足国际和国内要求。

图2 氨制冷机房事故处理方案2   

Fig.2 Schematic diagram of accident handling plan 1for ammonia refrigeration room

2.2 洗眼器和紧急淋浴装置的设置

当氨气发生泄漏时，为保证人员安全，人员应该迅速撤离，并在疏散门外设置洗眼和紧急淋浴装置进行冲洗，其水源从给水系统接入。

2.3 室内泵坑的设置

氨制冷机房内部最低处应设置排水泵坑排除非事故时机房内氨制冷过程中产生的废水，并在室外排出管设置矿物油脂分离器。氨泄漏事故发生时，潜水泵应关机停运，待事故处理相关专业部门处理其中的含氨废液。

2.4 事故水池的设置

对应氨气稀释方式，事故水池设置要求如下：

(1）氨制冷机房外四周设置明沟收集室外浇洒稀释的氨水，排水沟末端通过不锈钢管道连接雨水管道和事故水池，并设置两处阀门进行控制，见图1。平时阀门A关闭，阀门B开启，确保平时状态下的雨水不进入事故水池。事故时，氨气泄漏信号探测后，电动开启阀门A，关闭阀门B，含氨废水进入事故水池，待专业处理机构处理。

(2）给水系统接入洗氨设备，排水接入事故水池。当探测到氨气泄漏信号，开启事故风机，启动洗氨设备进水管上的电动阀，氨气在洗氨设备中与水充分反映融合，并由管道排至事故水池。

对于同时设置这两种方式应对氨泄漏事故的，事故水池最好分别设置。

对于其他的给水点，则和其他民用建筑一致，满足使用即可。

3 氨制冷机房消防设计

氨制冷机房消防设计无专门的规范或条文规定，只能参照类似相关条文执行，探讨如下：

(1）氨与液化石油气具有相近的危险性，但氨的易燃易爆性还是远低于液化石油气^[6]，故氨制冷机房的消防设计可以参照燃油锅炉房进行。《建筑设计防火规范》（GB 50016-2014,2018年版，以下简称“建火规”）3.2.5及条文说明，燃油锅炉房属于丁类厂房，耐火等级不低于二级。故氨制冷机房独立设置时，其性质可以参照定性为二级耐火等级的丁类厂房。根据“建火规”8.2.1-1，应该设置室内消火栓系统，无设置自动喷水灭火系统的要求。

而当氨制冷机房非独立设置时，除应设置室内消火栓系统外，其他可参照的条文为“建火规”5.4.12-8，即当建筑内其他部位设置自动喷水灭火系统时，应设置自动喷水灭火系统。鉴于氨的特殊性，结合后续关于喷淋设置的探讨结果，笔者认为非独立设置的氨制冷机房不应设置自动灭火系统，可不参照执行此条文。

(2）氨的火灾危险性类别为乙类（爆炸下限不小于10%的气体），氨制冷机房内有氨液储罐。“建火规”8.3.10“甲、乙、丙类液体储罐的灭火系统设置应符合下列规定：1单罐容量大于1 000m³的固定顶罐应设置固定式泡沫灭火系统；2罐壁高度小于7m或容量不大于200m³的储罐可采用移动式泡沫灭火系统；3其他储罐宜采用半固定式泡沫灭火系统；……”。按照本条规定，氨制冷机房内的氨液储罐应该根据其容量设置泡沫灭火系统。一般来说，此条规范对应的是工业建筑或者室外储罐，本文探讨的是民用建筑内的氨制冷机房，对应此条款并不适用。且《泡沫灭火系统设计规范》（GB 50151-2010）中也没有氨制冷机房内液氨储罐相应的设计条文和参数。

(3）《冷库设计规范》（GB 50072-2010）中第8.3.3条规定：“库区及氨压缩机房和设备间（靠近贮氨器）门外应设室外消火栓。大型冷库的氨压缩机房对外进出口处宜设室内消火栓并配置开花水枪”。8.3.4条规定：“大型冷库的氨压缩机房贮氨器上方宜设置水喷淋系统，并选用开式喷头，……”。从条文解释可见此条款是为了控制和消除液氨泄漏，以稀释事故漏氨，非消防灭火措施。因液氨特性，应禁止用水直接冲击泄漏的液氨或泄漏源，故只能采用水喷雾喷头。氨作为一种可燃的制冷剂，欧洲标准EN 378-3-2008中规定氨制冷机房内不应使用水喷淋系统。因此，是否在氨罐上部设置水喷淋系统，国内外有不同的要求。对照分析国内外规范、标准认为，围护结构开口处附近均设置接自非消防系统的喷水管道以稀释事故漏氨；屋顶又设置专门的洗氨设备稀释事故漏氨，可不再设置开式喷头稀释事故漏氨。

(4）氨制冷机房内应设置灭火器，采用磷酸铵盐或二氧化碳干粉灭火器。对于独立的氨制冷机房建筑，应设置室内消火栓系统、灭火器，无需设置自动喷水灭火系统。对于氨液储罐，是否设置泡沫系统需进一步探讨。

4 设计案例分析

北京2022年冬奥会某冰雪场馆配套的独立氨制冷机房，建筑面积1 359m²，建筑体积8 665m³，建筑高度7.5m，建筑层数1层。室内设置液氨储罐2座，每座容积97m³，液氨可流淌范围长度约17.5m，宽度约13.5m。

(1）给排水系统。设置两种途径的氨泄漏事故处理方法。由市政直接供给给水。设置两座事故水池，分别为100m³和270 m³。在三道疏散门外分别设置洗眼器和紧急淋浴装置。室内最低点设置排水泵坑，泵坑尺寸2m×1.5m×1.5m，设置专用排水泵，事故时泵应停止动作。

(2）消防系统。(1)消防用水量：室外消火栓系统25L/s，室内消火栓系统15L/s，不设置自动喷水灭火系统；(2)消防水源：消防水池常高压供给，室内外消火栓共用系统；(3)室内消火栓设置4个，室外消火栓设置2个，并设置水泵接合器；(4)灭火器：制冷机房属于严重危险B、C类火灾，每处放置30kgCO₂灭火器5具，保护距离18m。

(3）氨液储罐保护———低倍数泡沫灭火系统设计讨论。根据前述探讨，可以不设置泡沫灭火保护。如果设置的话，笔者认为可以参见下面采用泡沫系统保护氨液储罐的设计进行。

对于室内液氨储罐，《泡沫灭火系统设计规范》（GB 50151-2010）中没有相应的条文和参数，参考该规范4.5.2、4.5.3条，可选用表4.5.2和表4.5.3中的参数高限。考虑水溶性液体的供给强度，乙类液体的连续供给时间，选用3%AFFF/AR抗溶性水成膜泡沫液，供给强度为12L/（min·m²），连续供给时间为30min。

混合液流量q=12×17.5×13.5/60=47.25(L/s）。

选用6把流量为8L/s的泡沫枪PQ8，混合液流量共计Q=48L/s（大于45.5L/s，满足供给强度要求）

泡沫液用量m=47.25×30×60×3%=2551.5(L），选用6台500L的半固定式泡沫灭火装置PY8/500(3%）。

综上，2座液氨储罐选用6套半固定式泡沫灭火装置（含配套消防水带）PY8/500(3%）和6把泡沫枪PQ8防护。泡沫灭火系统参数见表1。

表1 泡沫灭火系统参数

Tab.1 Foam fire extinguishing system parameter list

注：每套含移动式推车1个、泡沫液储罐1个、比例混合器1个、PQ8泡沫枪1把、13-65-25型聚氨酯水带1卷（含接口）。用室内栓或者室外栓的水带连接比例混合器进口即可使用。

5 结论

(1）氨制冷机房的给排水设计主要包括稀释时的给水、洗眼器和紧急淋浴装置的给水和事故的排水，提供了两种稀释方案供参考。

(2）消防主要以氨液储罐为目标，通过设置消火栓和灭火器达到消防保护目标，不设置自动喷水灭火系统。

(3）泡沫系统是增强氨液储罐安全性的一种方式，其设置的必要性及设计参数、方法还需探讨。

(4）工业氨制冷机房的设计有一些规范条文进行了要求，但是对于设置开式喷头的相关压力，是否应喷出雾状水，布置要求以及喷射时间等参数均未有明确规定。

(5）考虑氨具有重大危害性，有必要编制氨制冷机房相关各专业的规范条文，对其设计进行指导。

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申静