3.2 设计计算
3.2.1全淹没灭火系统灭火剂设计用量应按下列公式计算：
式中：M——灭火剂设计用量（kg）;
K
H——海拔高度修正系数；
V——防护区净容积（m³）
C——设计浓度（%）
S——灭火剂比容 (m³/kg)
T——防护区最低环境温度（℃）；
H——海拔高度（m）；
V
v——防护区容积（m³）;
V
g——防护区内柱等建筑结构的总体积（m³）
3.2.2 局部应用灭火系统灭火剂设计用量应按下式计算：
式中：N——系统喷头数量；
Q
i——单个喷头的设计流量(kg/s)，取厂家注册值；
t——喷射时间（s）
3.2.3 全淹没灭火系统管道流量应按下列规定计算：
1 干管流量应按下式计算：
式中：Q
0——干管流量（kg/s）。
2 支管流量应按比例分配。
3.2.4 局部应用系统管道流量应按下式计算：
式中：Q——管道流量（kg/s）；
N
1——安装在计算管段下游的喷头数量。
3.2.5 管道尺寸可按下列公式计算：
式中：L——管段计算长度（m）；
L
Y——管段几何长度（m）；
L
J——管道附件的当量长度（m），取厂家注册数据；
D——管道内径（mm），取系列值；
——管段内灭火剂平均密度（kg／m³）；
ρ
b——管段首端灭火剂密度（kg／m³）；
ρ
e——管段末端灭火剂密度（kg／m³）；
P
b——管段首端压力；
P
e——高程校正前管段末端压力；
P
oa——储瓶内储存压力（MPa，绝压）；
ρ
oa——灭火剂储存密度（kg/m³）
n——多变指数；
V
D——管道容积（m³）
3.2.6 灭火剂储存量应按下式计算：
式中：M
C——灭火剂储存量（kg）
M
R——末期储存容器内灭火剂剩余量（kg）
M
D——末期管道内灭火剂剩余量（kg）
V
0——储存容器容积（m³）
ρ
g——常态灭火剂密度（kg/m³）
3.2.7 中期容器压力可按下式计算：
式中：P
m——中期容器压力（MPa，绝压）；
M
d——中期管道内灭火剂剩余量（kg）；
n——多变指数；
ρ
d——中期管道内灭火剂平均密度（kg/m³）
P
d——中期管道内灭火剂平均压力（MPa，绝压）；
P
T——喷头入口压力（MPa）；
j——迭代计算次数。
3.2.8 管道节点压力可按下列公式计算：
式中：P´
e——高程校正后管段末端压力（MPa）；
γ——流体流向与水平面所成的角（°）;
△P——管段压力损失（MPa）；
——高程校正前管段内平均压力（MPa）；
λ——摩擦阻力系数；
u
b——管段首端灭火剂流速（m/s）
——高程校正前管段内灭火剂平均温度（K）；
T
b——管段首端灭火剂温度（K）；
△——管道内壁绝对粗糙度（mm）；
T
e——高程校正前管段末端灭火剂温度（K）；
δ——相对误差；
Ma
e——高程校正前管段末端马赫数；
u
e——高程校正前管段末端灭火剂流速（m/s）
a
0——当地音速（m/s）
3.2.9 喷头孔口面积可按下式计算：
式中：F——喷头孔口面积（m㎡)
Q
T——喷头流量（kg/s）
q
0——在PT压力下，单位孔口面积的喷放率 [kg/(s·m㎡)]。
3.2.10 喷头规格应按下式确定：
式中：N
o——喷头规格代号，可按附录C取值；
d
T——喷头等效孔口直径（mm）；
μ
T——喷头流量系数，取厂家注册值。
3.2.11 减压孔板孔径可按下列公式计算：
式中：d——减压孔板孔径（mm）；
Q
k——减压孔板设计流量（kg/s）；
ψ——压力比函数；
μ
k——孔板流量系数，取厂家注册值；
τ——压力比；
P
1——孔板上游侧压力（MPa）；
P
2——孔板下游侧压力；
τ
0——临界压力比；
ρ
1——孔板上游侧密度（kg/m³）
3.2.12 泄压口面积，可按下列公式计算：
式中：A
X——泄压口面积（㎡）；
κ——泄压口缩流系数；
P
X——围护结构的允许压强（Pa）；
ρ
X——常态下泄放混合物的密度（kg／m³）。
条文说明
条文说明
3.2.1 本条等效采用了ISO 14520-2006。
3.2.7 试验表明惰性气体的喷放过程为偏离绝热过程的多变过程，管道越长偏离越大，喷放时间越长偏离越大。这里取喷出0.475M时得到偏离绝热过程的多变指数n。
式（3.2.7-1）是以释放95％设计用量的1/2时的系统状态，按照偏离绝热过程的多变过程计算求得的中期容器压力，压力值为绝对压力。
其中M
d是由中期管道密度ρ
d计算得到的中期管道内的灭火剂剩余量；严格讲，应按管径和节点分段计算，有条件提倡采用软件计算；但因选择系列喷头使P
m实际值不等于计算值，所以只要保证P
m实际值不小于计算值即可满足喷放时间要求。
M
C按照实际储瓶数量计算。
3.2.9 q
0值是对应于实际喷头流量系数的单位孔口面积的喷射率，也就是流量系数小于0.98的喷射率，如果厂家给出了完整的喷射率曲线，也可以省略该步计算。
3.2.10 喷头规格代号N
o对应的喷头流量系数为理想状态，即流量系数等于0.98。
3.2.11 值得注意的是：孔板流量系数μ
k值随着孔板上、下游压力P
1、P
2取压点位置的不同而变化。从计算考虑，取压点应分别选择孔板上游流体即将出现收缩和下游流体刚刚扩张充满管道内径的位置。μ
k值也受制造工艺和孔板结构影响，所给出的公式仅限于附录B中的同心孔板，对于偏心孔板、圆缺孔板、双斜面孔板等均不适用。此类孔板另有计算公式。
下面用IG-100系统（n=1.239）实例，介绍惰性气体灭火系统设计的演算过程。
设某机房保护空间140m³，最低环境温度20℃，均衡管网结构如图1所示。减压孔板前管道（A-0）段长2m，减压孔板后主管道（1-2）段长7m；一级支管（2-3）段长3m；二级支管（3-C）段长3m。
解：
1）计算灭火剂设计用量：
V＝140m³，K
H＝1，依据本规程，取C＝40.3％。
ρ
g(20℃)=1/S=1/(0.79968+0.00293×20)≈1.16512(kg/m³)
实测得：ρ
g（20℃）＝1.1655（kg／m³），实测值较大，取实测值。
2）计算管道平均设计流量：
依据本规程，取t＝60s。
主干管：Q
0＝0.95M／t＝0.95×84.169／60≈1.333（kg／s）；
一级支管：Q
2-3＝Q
0／2＝1.333／2＝0.6665（kg／s）；
二级支管：Q
3-C＝Q
2-3／2＝0.6665／2＝0.33325（kg／s）。
3）计算管道尺寸：
根据管道平均设计流量，初选管径为：
主干管A-2：DN40，D
A-2＝38mm；
一级支管：DN25，D
2-3=25mm；
二级支管：DN20，D 3-C=19mm。
二级支管：DN20，D 3-C=19mm。
L
A-0=L
Y十L
J（弯头）=2+2.3=5.3（m），
L 1-2=L Y=7m，
L 2-3=L Y十L J（三通侧）=3+1.3=4.3（m），
L 3-C=L Y十L J（三通侧）+L J（弯头）=3+1+1.3=5.3（m）。
主干管：
L 1-2=L Y=7m，
L 2-3=L Y十L J（三通侧）=3+1.3=4.3（m），
L 3-C=L Y十L J（三通侧）+L J（弯头）=3+1+1.3=5.3（m）。
主干管：
4）计算灭火剂储存量：
选用70L（0.07m³）的存储容器，储存压力表压15MPa，
储存密度ρ
oa=10（15+0.1)1.1655≈175.991（kg/m³），
初算储瓶数N=84.169/（175.991×0.07)≈6.832，取整后，N=7（只）。
V
0=0.07×7=0.49(m³)；
M
C=M+M
R+M
D=M+ρ
g(V
D+V
0)=84.169+1.1655(0.0166+0.49)≈84.7594(kg)。
计入剩余量后的储瓶数N
1=M
C/(ρ
oa×0.07）=84.7594/(175.991X0.07)≈6.8802
取整后，N
1=7（只），
此时M
C=N
1(V
0×ρ
oa)=7(175.991X0.07)=86.2356(kg)。
5）计算中期容器压力：
依据本规程有：
6）计算管道（A-0）段节点压力：
按求△P（1）步骤迭代，最后得：
6）计算管道（A-0）段节点压力：
按求△P（1）步骤迭代，最后得：
即 P
0=6.7166(MPa)。
7）计算管道（1-2）段、（2-3）段、（3-C）段节点压力：
（1-2）段：Q=1.333(kg/s)，D=38mm，Δ=0.13mm，L
1-2=7m，
取τ=0.7
P
b=P
1×τ=6.7166×0.7≈4.7016（MPa）
按上述步骤得：
P
2=4.6493(MPa)。
（2-3）段：Q＝0.6665（kg/s），D＝25mm，Δ＝0.13mm，L
2-3＝4.3m，
按上述步骤得：
P
3=4.5754(MPa)
（3-C）段：Q=0.3333(kg/s)，D=19mm，Δ=0.13mm，L
3-C=5.3m，
按上述步骤得：
P
C=4.4770(MPa)。
注意，本例经验系数0.756不通用，应重复步骤5）～7）迭代计算P
m。
这种迭代，随管道越长、管网结构越复杂，迭代次数越多。为说明迭代计算过程，给出本例迭代计算结果如下：
由表可见：P
m=6.7346
P
d(1)=0.756x6.9791≈5.2762，P
m(1)=6.7461，得：
δ%=(6.7461-6.7346)/6.7346≈0.17(%)
8）计算喷头孔口面积：
喷头入口压力P
T=P
C=4.4770(MPa)
由厂家注册值得到q
0(P
T=44770)=0.0017[kg/(s·m㎡)]
F=Q
T/q
0=Q
3c/q
0=0.33325/0.0017≈196.0294(m㎡)。
9）计算喷头规格：
按附录C，选用规格代号为18
＃的喷头4只。
10）计算减压孔板孔口直径：
根据本规程，本算例中IG-100：τ
0=0.5570，
取τ=0.7，μ
k=0.7，得：
以上演示了设计计算过程，并得到一套方案。实际设计时应多得几套方案，进行技术经济比较，从中选出最佳方案。
3.2.12 公式（3.2.12-1）、（3.2.12-2）是参考《二氧化碳灭火系统规范》AS 4214.3-1995§4导出。设防护区内部压力为P
1，防护区外部压力为P
2，泄压口面积为A
X，泄放混合物体积流量为Q
X，如图2所示：
则有薄壁孔口流量公式：
泄压过程中有防护区内气体被置换过程，为使问题简化，根据从泄压口泄放混合物体积流量等于喷入防护区灭火剂体积流量数量关系，有
