حساب كمية غاز FM200 للغرفة يتم بمعادلة الغمر الكلي في معيار NFPA 2001: الوزن بالكيلوجرام يساوي الحجم الصافي مقسوماً على الحجم النوعي للبخار، مضروباً في نسبة التركيز إلى (100 ناقص التركيز). ويتغير الحجم النوعي مع أدنى درجة حرارة متوقعة في الغرفة، ثم يُصحح الناتج بمعامل الارتفاع عن سطح البحر، وتُختار الأسطوانة بحيث يقع الوزن داخل حدود التعبئة التي يحددها المصنع.
يشرح هذا المقال كل خطوة بأرقام موثقة، ويعرض مثالاً محلولاً للتوضيح فقط. أما التصميم النهائي فيعده مصمم مؤهل ببرنامج الحساب المعتمد للنظام المدرج نفسه، وهو ما يقدمه فريق التصميم والحسابات الهندسية في أزيدك لأنظمة Context Plus بغاز HFC-227ea.
الخلاصة السريعة
- المعادلة: W = (V / S) × (C / (100 − C))، والحجم النوعي S = k1 + k2 × T، وقيمتا غاز HFC-227ea هما k1 = 0.1269 وk2 = 0.000513 (بالمتر المكعب لكل كيلوجرام، وT بالدرجة المئوية).
- تُستخدم أدنى درجة حرارة متوقعة لحساب الكمية، ثم يُتحقق من التركيز الفعلي عند أعلى درجة حرارة مقارنة بحدود التعرض.
- تركيز التصميم لا يُختار تقديراً، بل يُؤخذ من دليل تصميم النظام المدرج ومن إصدار المعيار الذي يعتمده الاستشاري.
- معامل الارتفاع يقلل الكمية في المواقع المرتفعة، ويذكر دليل Fike مثلاً 0.89 عند 1,000 متر و0.78 عند 2,000 متر.
- حجم الأسطوانة يُختار من جدول التعبئة لدى المصنع، فأسطوانات Context Plus مثلاً محددة بكثافة تعبئة بين 30 و70 رطلاً لكل قدم مكعب.
محتويات المقال
- ما هي معادلة حساب كمية غاز FM200 وفق NFPA 2001؟
- كيف يُحسب الحجم الصافي للغرفة؟
- تركيز التصميم: من أين تأتي النسبة؟
- معامل الحرارة: لماذا تُستخدم أدنى درجة حرارة؟
- تصحيح الارتفاع عن سطح البحر
- مثال محلول (توضيحي فقط)
- كيفية حساب حجم اسطوانة FM200 وحدود التعبئة
- برنامج حساب FM200: ما الذي لا تحسبه المعادلة اليدوية؟
- أخطاء شائعة في حساب كمية الغاز
- أسئلة شائعة
- خلاصة
ما هي معادلة حساب كمية غاز FM200 وفق NFPA 2001؟
غاز FM-200 اسم تجاري لمادة HFC-227ea (الهبتافلوروبروبان). ونظام الغمر الكلي يملأ حيزاً مغلقاً بتركيز محدد من الغاز خلال زمن تفريغ قصير. ولحساب الوزن اللازم تستخدم أدلة التصميم المعادلة التالية، وهي نفسها في NFPA 2001 وفي المعيار الدولي ISO 14520:
W = (V / S) × (C / (100 − C))
- W: وزن الغاز المطلوب بالكيلوجرام.
- V: الحجم الصافي للخطر المحمي بالمتر المكعب.
- C: تركيز التصميم بالنسبة المئوية الحجمية.
- S: الحجم النوعي لبخار الغاز بالمتر المكعب لكل كيلوجرام عند درجة حرارة التصميم.
والجزء C / (100 − C) يفسر لماذا ترتفع الكمية بسرعة مع التركيز: رفع التركيز من 7% إلى 9% يزيد الوزن بنحو 31% وليس بنحو 29% فقط، لأن الغاز يحل محل جزء من الهواء الذي يخرج من الغرفة أثناء التفريغ.
كيف يُحسب الحجم الصافي للغرفة؟
الحجم الصافي هو نقطة البداية، وأي خطأ فيه ينتقل مباشرة إلى الكمية. ويُحسب من المخططات المعمارية والمعاينة معاً:
- الحجم الإجمالي: الطول × العرض × الارتفاع من الأرضية الإنشائية أو من سطح الأرضية المرتفعة إلى السقف، حسب حدود الحيز المحمي.
- الفراغات المحمية: إذا قرر المصمم حماية الفراغ تحت الأرضية المرتفعة (Raised Floor) أو فوق السقف المستعار، يُضاف حجمها ويُحسب لها توزيع فوهات خاص.
- الخصم: يسمح دليل Fike بخصم حجم الأجسام الصلبة غير المنفذة وغير القابلة للإزالة فقط، مثل الأعمدة الخرسانية. أما الرفوف والخزائن والأجهزة القابلة للنقل فلا تُخصم.
- الإضافة: الحجم المتصل بالغرفة ولا يمكن عزله، مثل مجاري الهواء دون مخمدات (Dampers) أو الفتحات التي لا تُغلق، يُضاف إلى الحجم المحمي.
ويُستكمل الحساب دائماً بـاختبار إحكام الغرفة (Room Integrity Test).
تركيز التصميم: من أين تأتي النسبة؟
يبدأ تركيز التصميم من أدنى تركيز إطفاء ثبت في الاختبار للوقود المعني، ثم يُضرب في معامل أمان بحسب فئة الحريق. ومنذ إصدار 2012 من NFPA 2001 (البند 5.4.2.5 وفق نشرة SFPE) أصبح الحد الأدنى لتركيز تصميم الفئة C (المعدات الكهربائية المكهربة) يساوي أدنى تركيز إطفاء مضروباً في معامل أمان 1.35 بدلاً من 1.2، ولا يقل تركيز الفئة A عن تركيز إطفاء الهبتان. لذلك تختلف الأرقام بين المراجع وإصداراتها:
| المرجع | الفئة A (المواد الصلبة) | الفئة B (الهبتان) | ملاحظات |
|---|---|---|---|
| دليل Fike لغاز HFC-227ea (المراجعة 3، ديسمبر 2015) | 6.25% (لفئتي A وC وفق NFPA 2001) | 8.7% | قيمة دليل صادر في 2015، ولا تكفي وحدها لتصميم الفئة C وفق الإصدار الحالي |
| ISO 14520-9:2019 | 7.9% | 9.0% | 8.5% لمخاطر الفئة A الأعلى خطورة |
| حدود التعرض (ISO 14520-9:2019) | NOAEL = 9.0% وLOAEL = 10.5% | يُقارن بها التركيز الفعلي في الأماكن المشغولة | |
فغرف السيرفرات والكهرباء مخاطر من الفئة C، وتصميمها وفق الإصدار الحالي من NFPA 2001 يطبق معامل 1.35، فلا تُنقل قيمة 6.25% إليها دون مراجعة دليل الإدراج الحالي للنظام. القاعدة العملية: يُؤخذ التركيز من دليل التصميم المدرج للنظام الذي سيُركب، وفق إصدار المعيار المنصوص عليه في مواصفات المشروع. ومعيار NFPA 2001 مرجع فني يتبناه المصمم والاستشاري، أما الاعتماد في المملكة فيمر عبر الدفاع المدني ضمن متطلبات كود الحماية من الحرائق السعودي SBC 801.
معامل الحرارة: لماذا تُستخدم أدنى درجة حرارة؟
الحجم النوعي S يزداد مع الحرارة وفق العلاقة S = k1 + k2 × T. وقيمتا HFC-227ea في دليل Fike وفي ISO 14520-9:2019 هما k1 = 0.1269 وk2 = 0.000513. فعند 16°م يكون S نحو 0.1351 م³/كجم، وعند 30°م نحو 0.1423 م³/كجم.
كلما انخفضت الحرارة صغر S وزادت الكمية المطلوبة، لذلك يبني دليل Fike الحساب على أدنى درجة حرارة محيطة متوقعة في الحيز. ويطلب الدليل نفسه حساب التركيز المتوقع عند أعلى درجة حرارة، لأنه خطوة لازمة لتقييم حدود التعرض وزمن الإخلاء. وفي غرف السيرفرات المكيفة يُحدد الحدان مع مهندس التكييف لا بالتقدير.
الجدول التالي محسوب بالمعادلة نفسها، ويعطي كيلوجرامات الغاز لكل متر مكعب قبل تصحيح الارتفاع. وهو للتوضيح فقط:
| التركيز | عند 16°م | عند 21°م | عند 30°م |
|---|---|---|---|
| 6.25% | 0.493 كجم/م³ | 0.484 كجم/م³ | 0.469 كجم/م³ |
| 7.0% | 0.557 كجم/م³ | 0.547 كجم/م³ | 0.529 كجم/م³ |
| 7.9% | 0.635 كجم/م³ | 0.623 كجم/م³ | 0.603 كجم/م³ |
| 9.0% | 0.732 كجم/م³ | 0.718 كجم/م³ | 0.695 كجم/م³ |
تصحيح الارتفاع عن سطح البحر
عند الارتفاع ينخفض الضغط الجوي فيتمدد الغاز أكثر، فيكفي وزن أقل لبلوغ التركيز نفسه. لذلك يُضرب الوزن المحسوب في معامل تصحيح. ويذكر دليل Fike هذه القيم:
| الارتفاع (متر) | 0 | 1,000 | 1,500 | 2,000 | 2,500 | 3,000 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| معامل التصحيح | 1.00 | 0.89 | 0.82 | 0.78 | 0.72 | 0.70 |
في المدن الساحلية مثل جدة والدمام يكون المعامل قريباً من 1.00. أما المواقع المرتفعة فيُحدد ارتفاعها من بيانات الموقع، ويُؤخذ المعامل من جدول الدليل المعتمد للنظام.
مثال محلول (توضيحي فقط)
الأرقام التالية افتراضية لشرح الخطوات، ولا تصلح للتنفيذ أو للتقديم للاعتماد:
- الحجم: غرفة سيرفرات 6 × 5 × 3 م، أي 90 م³، دون فراغات محمية ودون أجسام قابلة للخصم.
- التركيز: 7.0% (قيمة افتراضية للمثال).
- أدنى حرارة: 16°م، فيكون S = 0.1269 + 0.000513 × 16 = 0.1351 م³/كجم.
- الوزن: W = (90 / 0.1351) × (7 / 93) = 666.1 × 0.0753 ≈ 50.1 كجم.
- الارتفاع: عند مستوى سطح البحر يبقى 50.1 كجم. ولو كان الموقع على ارتفاع 1,000 م لصار 50.1 × 0.89 ≈ 44.6 كجم.
- التحقق عند أعلى حرارة: بفرض 30°م ووزن معبأ 50.2 كجم، يكون التركيز الفعلي نحو 7.35%، وهو أقل من NOAEL البالغ 9.0%.
معادلة التحقق هي الصورة العكسية: C = 100 × W × S / (V + W × S)، وتلزم خصوصاً بعد تقريب الوزن لأسطوانة أكبر.
كيفية حساب حجم اسطوانة FM200 وحدود التعبئة
بعد معرفة الوزن تُختار أسطوانة مادة الإطفاء النظيفة التي يقع هذا الوزن داخل حدي تعبئتها. وتحدد الداتا شيت الخاصة بأنظمة Context Plus HFC-227ea أقصى تعبئة عند كثافة 70 رطلاً/قدم³ (نحو 1,121 كجم/م³) وأدنى تعبئة عند 30 رطلاً/قدم³ (نحو 481 كجم/م³)، بضغط تشغيل 360 psi عند 21.1°م ومدى حرارة من 0 إلى 54.4°م. وللمقارنة يذكر دليل Fike مدى 481 إلى 1,080 كجم/م³ لأسطوانات نظامه، ويذكر ISO 14520-9:2019 حداً أقصى 1,150 كجم/م³ لأنظمة 25 بار. والقيمة الحاكمة هي قيمة المصنع للأسطوانة المدرجة.
| موديل Context Plus | أقصى تعبئة | أدنى تعبئة | مقاس المحبس (الصمام) |
|---|---|---|---|
| CP90035-E | 35 رطل (15.9 كجم) | 16 رطل (7.3 كجم) | 1 بوصة |
| CP90070-E | 71 رطل (32.2 كجم) | 31 رطل (14.1 كجم) | 1 بوصة |
| CP90150-E | 152 رطل (68.9 كجم) | 69 رطل (31.3 كجم) | 1-1/2 بوصة |
| CP90250-E | 253 رطل (114.8 كجم) | 109 رطل (49.4 كجم) | 1-1/2 بوصة |
| CP90375-E | 379 رطل (171.9 كجم) | 163 رطل (73.9 كجم) | 2-1/2 بوصة |
| CP90560-E | 561 رطل (254.5 كجم) | 241 رطل (109.3 كجم) | 2-1/2 بوصة |
| CP901200-E | 1,211 رطل (549.3 كجم) | 519 رطل (235.4 كجم) | 4 بوصة |
في المثال التوضيحي يقع 50.1 كجم بين حدي CP90150-E، بينما يتجاوز أقصى تعبئة CP90070-E. وتفضيل أسطوانة كبيرة واحدة أو عدة أسطوانات على مجمع (Manifold) قرار يتأثر بالمساحة وتوزيع الفوهات والتكلفة، كما يشرح مقال سعر نظام FM200 في السعودية. والوزن المعبأ نفسه هو ما يُعاد إليه عند إعادة تعبئة FM200 بعد الإطلاق.
برنامج حساب FM200: ما الذي لا تحسبه المعادلة اليدوية؟
المعادلة تعطي الوزن الإجمالي فقط. أما الأنظمة الهندسية (Engineered) فتحتاج حساب جريان ثنائي الطور في المواسير، وتحدده برامج المصنعين المدرجة. وتذكر الداتا شيت أن Context Plus توفر برنامج حساب يحدد الجريان وأقطار المواسير وتفاصيل الفوهات، ويسمح بتصميمات غير متوازنة وحماية فراغات السقف والأرضية. ويحسب البرنامج عادة:
- زمن التفريغ: يحدده NFPA 2001 للغازات الهالوكربونية بنحو 10 ثوانٍ ما لم تطلب الجهة المختصة غير ذلك، ويُقاس بزمن خروج 95% من كتلة الغاز اللازمة لبلوغ الحد الأدنى لتركيز التصميم. ويحدده دليل Fike بين 6 و10 ثوانٍ.
- أقطار المواسير وأحجام فتحات الفوهات وتوزيع الغاز بين الحيز والفراغات.
ويبقى خارج المعادلة أيضاً حساب فتحات تخفيف الضغط وزمن الاحتفاظ وتسلسل الإطلاق. وتفاصيل المعيار في دليل NFPA 2001. أما حساب نظام Novec 1230 فيتبع الصيغة نفسها لكن بثوابت مختلفة لغاز FK-5-1-12 تُؤخذ من دليل نظامه، فلا تُنقل ثوابت HFC-227ea إليه.
أخطاء شائعة في حساب كمية الغاز
- استخدام الحرارة التصميمية للتكييف (مثل 21°م) بدل أدنى حرارة متوقعة، فتنقص الكمية.
- نقل تركيز من مشروع آخر أو من إصدار قديم للمعيار دون الرجوع لدليل النظام المدرج.
- إغفال التحقق من التركيز عند أعلى حرارة بعد تقريب الوزن لأسطوانة أكبر.
- اختيار أسطوانة يقع الوزن فيها خارج حدي التعبئة، أو الخلط بين المقاس الاسمي للأسطوانة ووزن الغاز المعبأ.
أسئلة شائعة
ما هي طريقة حساب fm200 للغرفة باختصار؟
احسب الحجم الصافي، وخذ تركيز التصميم من دليل النظام المدرج، واحسب S عند أدنى حرارة، ثم طبق W = (V / S) × (C / (100 − C)) واضرب في معامل الارتفاع.
كم كيلو FM200 يحتاج المتر المكعب؟
يعتمد على التركيز والحرارة. عند 7% و16°م يكون نحو 0.557 كجم/م³ قبل تصحيح الارتفاع، وعند 9% نحو 0.732 كجم/م³. هذه أرقام توضيحية وليست قيمة تصميم.
كيفية حساب حجم اسطوانة fm200؟
اختر الأسطوانة التي يقع وزن الغاز المحسوب بين أدنى وأقصى تعبئة لها في جدول المصنع، أو وزع الوزن على عدة أسطوانات متساوية على مجمع.
هل يكفي برنامج حساب fm200 مجاني من الإنترنت؟
لا للتنفيذ. حساب الجريان والفوهات يجب أن يتم ببرنامج المصنع المدرج مع النظام نفسه، لأن الإدراج يغطي النظام وطريقة حسابه معاً.
هل يمكن رفع التركيز احتياطاً؟
في الأماكن المشغولة يجب أن يبقى التركيز الفعلي عند أعلى حرارة ضمن حدود التعرض في دليل النظام والمعيار المعتمد، فالزيادة ليست احتياطاً مجانياً.
خلاصة
حساب كمية غاز FM200 سلسلة مترابطة: حجم صافٍ صحيح، وتركيز من دليل النظام المدرج، وحجم نوعي عند أدنى حرارة، وتصحيح للارتفاع، ثم أسطوانة ضمن حدود التعبئة وتحقق من التركيز عند أعلى حرارة. والمعادلة اليدوية مفيدة لمراجعة العروض، لكن التصميم المنفذ يعده مصمم مؤهل ببرنامج النظام المعتمد.
لديك غرفة سيرفرات أو غرفة كهرباء تحتاج حساب غاز FM200؟ أرسل لنا المخططات وأبعاد الغرفة والفراغات المحمية وموقع المشروع، ونعد لك الحساب واختيار أسطوانات Context Plus المناسبة. تواصل مع فريق أزيدك
