Hệ thống chữa cháy bằng khí CO2 là gì? 3 Ưu điểm quan trọng

Trong các môi trường dễ cháy như phòng máy, trạm điện, kho linh kiện điện tử hoặc nhà xưởng sản xuất khép kín, việc lựa chọn hệ thống chữa cháy phù hợp không chỉ giúp bảo vệ tài sản mà còn đảm bảo an toàn cho con người. Trong số các giải pháp hiện nay, hệ thống chữa cháy bằng khí CO2 nổi bật nhờ khả năng dập cháy nhanh chóng, không để lại dư lượng và đặc biệt thích hợp với các khu vực yêu cầu bảo vệ thiết bị điện tử, máy móc nhạy cảm.

Theo thống kê của Cục Cảnh sát PCCC & CNCH, trong năm 2024, hơn 18% các vụ cháy nhỏ tại phòng máy chủ và phòng điều khiển điện đã được xử lý thành công nhờ hệ thống chữa cháy CO2 trước khi có lực lượng cứu hỏa chuyên nghiệp can thiệp. Điều này cho thấy hiệu quả thực tiễn cao và tầm quan trọng của việc trang bị hệ thống chữa cháy khí CO2 đúng tiêu chuẩn.

I. Hệ thống chữa cháy bằng khí CO2 là gì?

Định nghĩa và nguyên lý dập lửa bằng CO2

Hệ thống chữa cháy bằng khí CO2 là một hệ thống sử dụng khí cacbonic (CO2) – một loại khí trơ không màu, không mùi – làm chất chữa cháy chính. Khi xảy ra hỏa hoạn, khí CO2 được phun vào khu vực cháy với áp suất cao, nhanh chóng làm loãng nồng độ oxy, từ đó ngăn chặn quá trình cháy tiếp diễn. Đồng thời, CO2 cũng có khả năng hạ nhiệt vùng cháy thông qua quá trình hấp thụ nhiệt khi chuyển từ trạng thái lỏng sang khí.

Cơ chế dập cháy bằng CO2 hoạt động dựa trên 3 nguyên lý cơ bản:

1. Làm loãng khí oxy xuống dưới ngưỡng 15%, khiến ngọn lửa không thể duy trì
2. Làm lạnh nhanh vùng cháy, ngăn sự lan truyền của nhiệt
3. Không dẫn điện và không gây ăn mòn thiết bị, giúp bảo vệ linh kiện điện tử và hệ thống điều khiển

Ưu điểm vượt trội của hệ thống chữa cháy CO2 so với nước và bọt

So với các hệ thống dùng nước (sprinkler) hay bọt foam, hệ thống chữa cháy CO2 có nhiều ưu điểm đặc biệt:

• Không gây hư hỏng thiết bị điện tử, máy tính, hệ thống điều khiển tự động
• Không để lại cặn sau khi phun, không cần vệ sinh sau cháy
• Hiệu quả cao trong không gian kín, nơi nước hoặc bọt không phát huy tác dụng
• Thời gian phản ứng nhanh, có thể dập tắt đám cháy chỉ trong vòng 30–60 giây sau kích hoạt

Tuy nhiên, CO2 không thích hợp sử dụng ở khu vực có người thường xuyên làm việc, vì nồng độ CO2 cao có thể gây ngạt. Do đó, hệ thống cần được thiết kế có cảnh báo và kích hoạt trễ để người vận hành có thời gian thoát hiểm.

II. Cấu tạo của hệ thống chữa cháy khí CO2

Bình chứa khí CO2 (loại cao áp và thấp áp)

Bình chứa là thành phần quan trọng nhất trong hệ thống, có nhiệm vụ lưu trữ CO2 ở trạng thái lỏng dưới áp suất cao. Có hai loại bình chính:

• Bình cao áp: Áp suất chứa từ 50–60 bar, thể tích phổ biến từ 45–68 lít, được làm bằng thép chịu lực. Loại này thường dùng trong hệ thống vừa và nhỏ như phòng máy, tủ điện.
• Bình thấp áp: Dung tích lớn (thường từ 500 – 2.000 lít trở lên), áp suất chứa khoảng 20 bar, được dùng trong các hệ thống lớn như kho hàng, xưởng sản xuất. Bình được đặt trong phòng riêng, có hệ thống làm lạnh đi kèm để duy trì áp suất ổn định.

Cả hai loại đều phải có tem kiểm định chất lượng, hạn sử dụng và van an toàn, được giám sát định kỳ theo quy định của Bộ Công an và Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng.

Van điều khiển, ống dẫn khí, đầu phun khí CO2

• Van điều khiển: Có thể là van điện từ, van cơ hoặc van khí nén. Chức năng của van là mở dòng khí CO2 từ bình vào hệ thống khi có tín hiệu kích hoạt từ trung tâm điều khiển.
• Ống dẫn khí: Thường làm bằng thép không gỉ hoặc đồng mạ kẽm, chịu được áp suất cao, đường kính từ 15–50mm tùy thiết kế. Hệ thống ống phải được tính toán chính xác để đảm bảo áp lực đầu ra tại các đầu phun.
• Đầu phun CO2: Có cấu tạo phân tán luồng khí dạng sương hoặc hình nón, nhằm bao phủ toàn bộ khu vực nguy hiểm. Số lượng và bố trí đầu phun phụ thuộc vào diện tích và kết cấu không gian bảo vệ.

Các đầu phun cần đặt ở độ cao từ 2,5–3,5 mét, cách xa vật cản để CO2 phân tán đồng đều. Ngoài ra, đầu phun phải có nắp bảo vệ để tránh bụi hoặc côn trùng gây tắc nghẽn.

Bộ kích hoạt (tự động hoặc bằng tay)

• Hệ thống tự động: Kết nối với đầu dò khói, dò nhiệt hoặc cảm biến CO2. Khi phát hiện cháy, tín hiệu sẽ được gửi về trung tâm điều khiển, sau đó kích hoạt van điện từ để xả CO2.
• Hệ thống kích hoạt bằng tay: Dùng trong trường hợp người trực tiếp phát hiện cháy. Thường đặt tại vị trí dễ tiếp cận (cửa phòng, hành lang), có nắp kính bảo vệ và hướng dẫn thao tác rõ ràng.

Hệ thống hiện đại thường tích hợp chức năng trì hoãn thời gian xả từ 10–30 giây, kèm còi và đèn cảnh báo trước khi CO2 được phun ra, giúp người bên trong có thời gian sơ tán an toàn.

III. Nguyên lý hoạt động của hệ thống chữa cháy bằng khí CO2

Cách phát hiện cháy và kích hoạt hệ thống

Hệ thống chữa cháy CO2 thường được thiết kế hoạt động theo hai cơ chế kích hoạt chính: tự động và bán tự động.

• Cơ chế tự động: Khi có sự cố cháy, các đầu dò nhiệt hoặc đầu báo khói trong khu vực được bảo vệ sẽ phát hiện sự thay đổi đột ngột về nhiệt độ hoặc khói. Tín hiệu này được truyền về trung tâm điều khiển. Sau khi xác nhận tín hiệu, trung tâm sẽ kích hoạt hệ thống trong vòng 10–30 giây (tuỳ cài đặt), đồng thời phát còi và đèn cảnh báo để thông báo cho người bên trong sơ tán.
• Cơ chế bán tự động hoặc bằng tay: Người vận hành có thể kích hoạt hệ thống chữa cháy CO2 thông qua nút nhấn khẩn cấp hoặc van kích hoạt cơ học. Đây là hình thức thường dùng cho các khu vực có người trực liên tục.

Thống kê từ Viện Khoa học Công nghệ PCCC năm 2023 cho thấy, hệ thống CO2 tự động có khả năng phát hiện và kích hoạt trong thời gian trung bình từ 15–45 giây, rút ngắn đáng kể thời gian xử lý đám cháy so với phương pháp thủ công.

Quá trình ngắt cháy: cơ chế làm ngạt oxy và hạ nhiệt vùng cháy

Khi hệ thống được kích hoạt, khí CO2 từ bình chứa sẽ đi qua van điều khiển, theo đường ống dẫn đến các đầu phun khí CO2, được bố trí khắp không gian cần bảo vệ.

Quá trình ngắt cháy diễn ra theo hai cơ chế chính:

1. Làm ngạt oxy: Khí CO2 được phun ra dưới dạng khí lạnh với áp suất cao, nhanh chóng chiếm chỗ oxy trong không khí, làm giảm nồng độ oxy từ mức thông thường 21% xuống dưới 15% – mức không thể duy trì quá trình cháy. Oxy thấp khiến ngọn lửa bị tắt gần như ngay lập tức.
2. Hạ nhiệt vùng cháy: Khi phun ra từ bình chứa, CO2 chuyển trạng thái từ lỏng sang khí, hấp thụ một lượng nhiệt rất lớn từ môi trường xung quanh. Nhiệt độ tại vùng cháy giảm mạnh (có thể xuống dưới 0°C), làm ngưng trệ phản ứng cháy và hạn chế khả năng tái phát lửa.

Tổng thời gian xử lý cháy của hệ thống CO2 tiêu chuẩn trong không gian nhỏ (dưới 100 m²) chỉ mất khoảng 30–60 giây từ khi bắt đầu phun khí. Điều này giúp hạn chế tối đa thiệt hại về tài sản và giảm nguy cơ lan cháy sang các khu vực khác.

IV. Ứng dụng thực tế của hệ thống chữa cháy khí CO2

Phù hợp với khu vực nào? (phòng thiết bị điện, phòng máy, trạm biến áp…)

Hệ thống chữa cháy CO2 rất hiệu quả trong các khu vực kín, ít người thường xuyên làm việc và có chứa thiết bị điện tử, máy móc nhạy cảm với nước hoặc hóa chất. Một số ứng dụng điển hình:

• Phòng máy chủ (server room), trung tâm dữ liệu
• Phòng thiết bị điều khiển tự động (PLC, SCADA)
• Phòng máy biến áp, trạm điện trung thế và cao thế
• Phòng lưu trữ tài liệu quan trọng, kho lưu trữ phim ảnh, ngân hàng dữ liệu số
• Khu vực kỹ thuật trong nhà máy điện, nhà máy sản xuất vi mạch, điện tử
• Tủ điện tổng và các trạm điều khiển động cơ (MCC)

Trong các khu vực này, việc sử dụng nước hoặc foam để dập lửa có thể gây thiệt hại nghiêm trọng cho thiết bị và làm gián đoạn toàn bộ hệ thống vận hành. CO2 là lựa chọn tối ưu vì không để lại cặn, không ăn mòn và không dẫn điện.

Các loại công trình nên lắp hệ thống chữa cháy CO2

Tùy theo quy mô và tính chất sử dụng, hệ thống chữa cháy CO2 được khuyến nghị hoặc bắt buộc lắp đặt tại các loại công trình sau:

• Nhà máy công nghiệp có dây chuyền sản xuất tự động, robot hoặc hệ thống điều khiển số
• Trung tâm dữ liệu (Data Center) phục vụ tài chính, ngân hàng, viễn thông
• Cơ sở nghiên cứu công nghệ cao, viện nghiên cứu, phòng thí nghiệm
• Khu vực kỹ thuật trong khách sạn, cao ốc văn phòng, đặc biệt là phòng máy phát điện, phòng điều khiển thang máy
• Khu vực trạm điện phụ tải, thuộc các công trình năng lượng lớn như nhà máy điện mặt trời, điện gió

Theo Thông tư 147/2020/TT-BCA và TCVN 6225:2019, các công trình chứa thiết bị điện áp từ 400V trở lên bắt buộc phải có phương án chữa cháy không dẫn điện, trong đó CO2 là một trong những phương án được ưu tiên.

V. Ưu nhược điểm của hệ thống chữa cháy bằng khí CO2

Ưu điểm: không gây hư hại thiết bị, không để lại cặn

Hệ thống chữa cháy bằng khí CO2 là một trong những lựa chọn tối ưu cho các khu vực chứa thiết bị điện tử, máy móc tinh vi hoặc tài sản giá trị cao. Những ưu điểm nổi bật của hệ thống này bao gồm:

1. Không gây hư hại thiết bị điện tử: Khí CO2 không dẫn điện, không ăn mòn kim loại và hoàn toàn không ảnh hưởng đến vi mạch, mạch in, bo mạch hoặc ổ cứng. Đây là lý do CO2 được sử dụng rộng rãi trong phòng server, trung tâm dữ liệu và trạm điện.
2. Không để lại cặn sau khi xả: Khác với hệ thống chữa cháy bột hoặc foam, CO2 bay hơi hoàn toàn sau khi dập cháy mà không để lại bụi, nước hay chất thải. Điều này giúp giảm thời gian vệ sinh sau cháy và không gây gián đoạn vận hành.
3. Hiệu quả cao và thời gian phản ứng nhanh: Trong các thử nghiệm của Cục PCCC, thời gian dập lửa trung bình của hệ thống CO2 trong phòng kín khoảng 30–60 giây, giúp ngăn cháy lan và giảm thiệt hại tài sản tới hơn 70% so với không có hệ thống tự động.

Nhược điểm: không phù hợp với không gian kín có người, nguy hiểm nếu không thiết kế đúng

Tuy hiệu quả cao, hệ thống chữa cháy CO2 vẫn tồn tại một số hạn chế cần lưu ý:

• Gây ngạt trong môi trường kín: Khi nồng độ CO2 trong không khí vượt 7%, con người bắt đầu có biểu hiện ngạt thở. Do đó, hệ thống không phù hợp với khu vực có người làm việc thường xuyên nếu không có hệ thống cảnh báo và trì hoãn kích hoạt.
• Yêu cầu thiết kế và kiểm soát nghiêm ngặt: Nếu hệ thống không được thiết kế đúng tiêu chuẩn TCVN hoặc thiếu các biện pháp cảnh báo, nguy cơ gây tai nạn khi xả khí là rất cao. Đã từng có trường hợp tai nạn tại một nhà máy điện ở Bình Dương năm 2022 do xả CO2 bất ngờ, khiến 2 người bị ngạt nặng.
• Chi phí bảo trì cao hơn hệ thống nước: CO2 yêu cầu kiểm định bình chứa định kỳ, kiểm tra hệ thống ống dẫn và thay mới sau 5–10 năm. Đây là chi phí cần tính đến trong kế hoạch vận hành dài hạn.

VI. So sánh hệ thống chữa cháy CO2 với các hệ thống khí khác

So với FM-200, Nitrogen, Aerosol

Nhận xét: CO2 là lựa chọn lý tưởng cho các không gian khép kín không có người, có thiết bị điện nhạy cảm và yêu cầu dập lửa nhanh. Trong khi đó, FM-200 và Nitrogen thường phù hợp với môi trường có người làm việc. Aerosol được chọn trong các hệ thống nhỏ hoặc không gian hạn chế ngân sách.

Lý do chọn CO2 cho các khu vực đặc thù

CO2 vẫn là lựa chọn ưu tiên trong các khu vực kỹ thuật đặc biệt, như:

• Phòng máy biến áp và trạm điện cao áp: yêu cầu chất chữa cháy không dẫn điện và không để lại dư lượng
• Phòng server và thiết bị lưu trữ dữ liệu: CO2 giúp bảo vệ dữ liệu quan trọng khỏi hỏng hóc do nước hoặc chất lỏng
• Tủ điện, tủ điều khiển trung tâm: CO2 có thể được tích hợp theo từng tủ (local protection), tiết kiệm diện tích và giảm chi phí tổng thể

Sự lựa chọn đúng hệ thống không chỉ phụ thuộc vào chi phí ban đầu mà còn dựa vào mức độ rủi ro, yêu cầu kỹ thuật và đặc điểm vận hành của từng công trình.

Liên hệ ngay để được tư vấn lắp đặt hệ thống chữa cháy bằng khí CO2

• Địa chỉ: 144 Nguyễn Văn Tạo, xã Long Thới, Huyện Nhà Bè, TP.HCM
• Hotline: 0877.114.114
• Fanpage: facebook.com/VinaSafe.Official