高壓細水霧滅火技術在檔案館保護中的應用
【摘要】本文通過對檔案館火災危險性分析，結合高壓細水霧技術特點，從系統(tǒng)技術優(yōu)勢方面說明高壓細水霧在檔案館重要危險場所的適用性，并結合工程案例，介紹了高壓細水霧系統(tǒng)在檔案庫房內的應用方式和經(jīng)濟性優(yōu)勢。實踐證明，高壓細水霧系統(tǒng)具有滅火高效、節(jié)能環(huán)保、水漬損失小，更高的性價比，是檔案滅火技術的更優(yōu)選擇，具有廣泛的應用前景。

    [關鍵詞]檔案館，火災危險性，高壓細水霧滅火系統(tǒng)

    1.概述

    檔案館是搜集、整理、保存、鑒定和提供重要檔案資料的重要部門。它保存具有重要價值的收發(fā)電文、會議記錄、人事材料、會議文件、出版物原稿、財會簿冊、印模、照片、音像資料、錄音帶、光盤等儲存介質、圖紙以及各種具有保存價值的文書等檔案材料。在檔案庫房內收藏的各類檔案材料中，絕大多數(shù)都是可燃物，易受火的侵害。并且檔案易受水的損害，因此對撲救檔案庫房火災的固定滅火系統(tǒng)有著特殊的要求[1]。

    過去檔案庫房保護多采用鹵代烷氣體滅火系統(tǒng)。近年來，隨著國際社會對環(huán)護問題的日益關注，傳統(tǒng)的鹵代烷滅火系統(tǒng)因對大氣臭氧層具有破壞作用而逐漸被淘汰，代之以新型、環(huán)保的滅火系統(tǒng)。其中，細水霧滅火技術作為鹵代烷滅火系統(tǒng)*潛力的替代技術獲得了廣泛關注，已被應用在國內外多個檔案庫房的消防保護中。未來，隨著我國現(xiàn)代化檔案館的快速發(fā)展以及細水霧滅火設計國家規(guī)范的制定，可以預見細水霧滅火系統(tǒng)必將在檔案庫房的火災防護中發(fā)揮越來越重要的作用。

    本文通過分析檔案庫房的火災危險性，結合高壓細水霧滅火技術特點，從系統(tǒng)技術優(yōu)勢、經(jīng)濟性優(yōu)勢等方面說明高壓細水霧在檔案館重要危險場所的適用性，并結合實際工程案例，對高壓細水霧系統(tǒng)在檔案庫房內的應用給出建議。

    2.檔案館的火災危險性

    檔案館儲存大量圖書、報紙、雜志、檔案、膠片等信息載體，均是可燃物，如果按照每m3的檔案量為449kg計算，每個庫房的火災載荷很大。而木制的書架、檔案架、柜、箱等以及室內裝飾多為可燃材料，進一步增加了火災危險性。

    我國的檔案基本上是以紙品為載體，年代越久越珍貴，而年代愈久愈是以紙和竹簡等材料為主，屬于可燃固體。可燃固體的燃燒可以分為三個階段：*階段是在外部熱量作用下，發(fā)生熱解，生成揮發(fā)性組分和固定炭。第二階段是在火源的作用下?lián)]發(fā)組分著火，形成了氣相火焰。明火的出現(xiàn)，又向檔案反饋熱量，使熱解作用加強。這時，即使去掉點火源，檔案仍能持續(xù)燃燒。第三階段是當檔案本身溫度達到較高值時，固定炭也開始燃燒。第二階段的氣相燃燒是防火關注的重點。紙張的燃點約為230℃。檔案的點燃和燃燒與其數(shù)量的多少，放置方式(平放或立放)，紙張間的密實程度，一組檔案的厚度及其底面積，檔案的裝存形式等有著密切關系[2]。

    檔案燃燒的另一特點是陰燃。陰燃溫度較低，燃燒速度很慢，不容易發(fā)現(xiàn)。檔案可能在兩種情況下發(fā)生陰燃：一是對檔案進行某種技術處理(如微波消毒)后，在其內有足夠的殘余熱量；另一是火災過程中，明火撲滅后的陰燃。

    另外，電器安裝使用不當（如大功率燈泡碘鎢燈烤著附近的布簾、紙張引起燃燒；電氣線路絕緣損壞出現(xiàn)短路起火等）和吸煙、亂扔煙頭或攜帶進危險品也是檔案館發(fā)生火災的重要原因。

3.高壓細水霧滅火技術及優(yōu)勢

    3.1細水霧滅火技術的發(fā)展

    細水霧滅火技術始于20世紀50年代中期。1987年《關于消耗臭氧層物質的蒙特利爾議定書》簽署之后，細水霧滅火技術作為哈龍的主要替代技術之一，得到各界的廣泛關注和青睞，成為研究的熱點。進入20世紀90年代，細水霧技術得到了飛躍性的發(fā)展。目前全世界有近50家機構在研究、開發(fā)細水霧滅火技術。已有實踐證明，細水霧滅火系統(tǒng)有能力替代哈龍滅火系統(tǒng)，并為一些傳統(tǒng)滅火技術不能應用的場所提供新型的消防保護[3,4]。

    根據(jù)美國NFPA750標準，細水霧定義為在噴頭的*設計工作壓力下，霧滴的累積體積分布Dv0.99小于1000微米的水霧[5]。然而研究表明Dv0.9小于200微米的高壓細水霧更能反映細水霧滅火技術的本質。

    細水霧滅火主要是靠汽化吸熱降溫和隔絕氧氣的窒息作用撲滅火災。細水霧滅火的基本機理為：

    (1)汽化吸熱降溫作用

    由于水滴尺寸很小，它的比表面積很大，因而水滴的表面換熱系數(shù)增大，在環(huán)境溫度升高時，可以迅速汽化。水的汽化潛熱很大，約為2257kJ/kg，遠大于水的溫升吸熱量（387kJ/kg），因而可吸收大量熱量，降低火災溫度，保護人員與設備。

    (2)隔絕氧氣窒息作用

    水滴在汽化過程中吸收熱量同時，體積迅速膨脹，可擴大1700多倍。根據(jù)道爾頓分壓定律，對于封閉空間，在水滴汽化前，氧氣在空氣中的比例為21%，氮氣為79%，相應的氧氣和氮氣的分壓力分別為2.06×104帕和7.75×104帕；隨著水的迅速汽化，水蒸汽分壓力迅速增大。對于30m3的空間，5升水完全汽化形成的水蒸汽分壓力可達2.78×104帕，相應的氧氣的壓力降低到1.48×104帕，即氧氣的含量將降低到15.05%，從而隔絕氧氣，窒息滅火。

    (3)衰減熱輻射

    細水霧具有屏蔽輻射熱作用，降低火源對周圍物體的熱輻射，阻止火災的蔓延，減少熱輻射對人員的傷害作用。

    3.2高壓細水霧滅火技術優(yōu)勢

    (1)節(jié)能

    高壓細水霧利用水噴淋1/20的水量或水噴霧1/10的水量，撲滅同等規(guī)模的火災，并且控火、滅火時間更短，滅火效率更高，高效利用水資源。

    (2)環(huán)保

    高壓細水霧以水作為滅火介質，相比IG541、FM200等鹵代烷氣體替代技術，對環(huán)境無污染，更為環(huán)保。

    (3)安全

    鹵代烷、IG541、FM200等氣體滅火系統(tǒng)噴放時，產(chǎn)生較大的氣壓和沖擊力，滅火劑彌漫整個滅火分區(qū)，氧氣含量迅速降低，危及現(xiàn)場人員的生命安全。

    高壓細水霧滅火系統(tǒng)噴放時，不會產(chǎn)生較大的氣壓和沖擊力，不會傷及現(xiàn)場人員。除火源局部區(qū)域的氧氣含量降低外，室內大部分區(qū)域氧濃度仍維持在安全濃度以上。并且高壓細水霧具有良好的除煙、消毒和降溫作用，增強了人員在火場條件下的逃生與維生能力。

    (4)水漬損失小

    高壓細水霧在滅火過程中，一部分細水霧霧滴會快速氣化，一部分細水霧霧滴可以長時間地懸停在空中，只有少部分的細水霧滴落到可燃物的表面，而真正進入設備內部的細水霧極少，這些進入設備內部的細水霧也因為直徑非常小，匯聚凝結需要數(shù)量非常龐大的霧滴和極長的時間才能完成，因此很難形成連續(xù)水流或表面水域。因此，高壓細水霧撲滅火災以后，對現(xiàn)場造成的水漬損失很小。

    (5)良好的電氣絕緣性

    高壓細水霧具有良好的電氣絕緣性，可以直接在設備帶電條件下實施滅火，將火災的損失（包括直接損失和間接損失）降低到*小。

    (6)節(jié)省空間，安裝、維護方便。

  4.檔案館滅火系統(tǒng)技術性能比較

    在檔案館的消防保護中，目前常用的滅火系統(tǒng)主要包括：預作用自動噴水滅火系統(tǒng)，IG541、FM200等氣體滅火系統(tǒng)和細水霧滅火系統(tǒng)。

    4.1預作用自動噴水滅火系統(tǒng)

    預作用自動噴水滅火系統(tǒng)是利用冷卻、窒息、沖擊乳化、稀釋的原理，迅速撲滅火災。它將火災探測報警技術和自動噴水滅火系統(tǒng)結合起來，既能快速探測報警，又能減少誤噴時水漬造成的損失。但是，滅火過程中，大量的水勢必會破壞檔案、圖書等保護對象，對于檔案等對水漬損失要求較高的場所不是理想的系統(tǒng)選擇。

    4.2氣體滅火系統(tǒng)

    七氟丙烷滅火系統(tǒng)、煙烙盡滅火系統(tǒng)等氣體滅火系統(tǒng)以其快速滅火和無水漬損失等優(yōu)勢，在大型檔案館、圖書館的檔案庫房得到廣泛應用。但是，上述氣體滅火系統(tǒng)在實際使用中存在諸多問題：滅火的同時不能有效降低環(huán)境溫度，高溫會使未發(fā)生火災的檔案快速碳化破壞；不能消除煙氣，煙氣對檔案造成嚴重腐蝕作用；不能防止火災復燃，火災復燃后，系統(tǒng)不能重復啟動；儲氣瓶長期處于高壓狀態(tài)，對系統(tǒng)各產(chǎn)品部件的性能、制造工藝以及承壓標準都有較高的要求，在使用中安全防范要求較高；氣瓶間占地面積較大，輸氣管線多且粗，不利于管線綜合布置和較高的建設成本；氣體滅火系統(tǒng)需專業(yè)人員進行維護管理，滅火劑價格比較昂貴而且需定期更換，運營管理費用比較高。

    4.3細水霧滅火系統(tǒng)

    細水霧滅火系統(tǒng)是繼七氟丙烷、混合惰性氣體（IG541）滅火系統(tǒng)之后的又一種新型高效的自動滅火系統(tǒng)，也是近年來國際上*為流行的綠色滅火系統(tǒng)。2002年，由國家檔案局立項、上海市檔案館承擔、上海亞泰消防工程有限公司具體實施的《檔案館哈龍?zhí)娲夹g優(yōu)選及細水霧技術應用研究》課題研究表明[6]：細水霧滅火技術是一種國際*新的潮流，它具有投資成本低、滅火效率高、不污染環(huán)境、滅火以后不影響檔案質量等優(yōu)點，是檔案庫房滅火系統(tǒng)的更佳選擇。

    相對于中低壓細水霧（霧滴粒徑200μ≤Dv0.9≤400μ）滅火技術，高壓細水霧（霧滴粒徑Dv0.9≤200μ）霧滴粒徑更小，吸熱降溫效率更高，滅火性能更佳，而且滅火后，水漬損失更小，更適合檔案等對水漬損失要求較高的場所。

    5.檔案館高壓細水霧滅火系統(tǒng)的應用

    5.1工程概況

    “檔案保管中心”工程是上海市閔行區(qū)檔案館的重要組成部分。它是實現(xiàn)全區(qū)重要檔案實體的統(tǒng)一保管、履行檔案工作統(tǒng)一領導、分級管理法律要求的具體實踐，在消防設施配置上實行高標準。

    本工程采用高壓細水霧滅火系統(tǒng)。系統(tǒng)保護范圍為：一區(qū)地下室的數(shù)字化室、變配電間，二區(qū)地下室、一層、二層、四層的紙制庫房及二區(qū)三層的光盤庫房、聲像檔案庫房、實物珍藏庫房、母片庫房，共計十八個保護區(qū)域。

    5.2系統(tǒng)設計

    （1）檔案館被保護對象主要為檔案和電氣設備，良好的滅火性能和電氣絕緣性能是系統(tǒng)選型的首要條件。與中低壓細水霧相比，高壓細水霧霧滴直徑更小、滅火效果更好、系統(tǒng)用水量更少，因而更適合檔案館的消防需要，并得到了國際上的廣泛認可。

    （2）與氣體滅火系統(tǒng)相比，高壓細水霧滅火系統(tǒng)具有較強的可持續(xù)控火、滅火的能力，系統(tǒng)選用泵組式細水霧自動滅火系統(tǒng)。

    （3）考慮運營維護安全性的要求，選用區(qū)域控制閥組控制的組合分配系統(tǒng)，保證保護區(qū)內輸水管道平時處于無水狀態(tài)。當報警控制主機接受到兩路獨立探測信號報警后，打開區(qū)域控制閥組，開啟水泵及相應閥門實施滅火。該設置方式改變了氣體滅火系統(tǒng)每個防護區(qū)都需設置一個輸氣管線的做法，只設置一根輸水干管，每個防護區(qū)從該干管接出支管，這種方式將管線數(shù)量有十多根降至一根，管徑由DN100降至DN25。

    （4）系統(tǒng)設自動控制、手動控制和應急操作三種控制方式。自動啟動的控制程序為：保護區(qū)域內一級報警后，啟動警鈴，同時關閉空調、送風系統(tǒng)；兩級報警確認火災后，切斷非消防電源，啟動保護區(qū)域內聲光報警器，啟動公共應急廣播，開啟對應保護區(qū)域控制閥組的電動閥，然后啟動高壓水泵，完成細水霧滅火系統(tǒng)的啟動。當人員目測確認火災或自動控制還未動作，可按下手動啟動按鈕啟動系統(tǒng)；當系統(tǒng)不能自動啟動或者手動啟動按鈕控制失靈時，可進行機械應急操作，通過區(qū)域控制閥組中的電動閥開啟手柄啟動系統(tǒng)。所有聯(lián)動設備動作后向消防控制中心反饋信號。

    5.3經(jīng)濟性分析

    針對閔行區(qū)檔案保管中心的數(shù)字化室、變配電間、檔案庫房等十八個滅火分區(qū)，進行高壓細水霧滅火系統(tǒng)和IG541氣體滅火系統(tǒng)經(jīng)濟性比較，高壓細水霧選用Danfoss-semco進口設備，IG541選用國產(chǎn)和國外進口設備，主體設備及經(jīng)濟分析見表1。

    表1主體設備及經(jīng)濟性比較

    從表中可以看出：工程造價方面，進口IG541氣體滅火系統(tǒng)造價*高，其次為高壓細水霧滅火系統(tǒng)，國產(chǎn)IG541氣體滅火系統(tǒng)*低；運營維護造價方面，高壓細水霧滅火系統(tǒng)遠低于氣體滅火系統(tǒng)，僅為氣體滅火系統(tǒng)的1/8－1/7；總造價方面，高壓細水霧滅火系統(tǒng)低于氣體滅火系統(tǒng)，僅為國產(chǎn)氣體滅火系統(tǒng)的55％，為進口氣體滅火系統(tǒng)的43％。

    因此，高壓細水霧滅火系統(tǒng)不僅具有明顯的技術優(yōu)勢，而且具有更低的一次性投資和總投資。特別是從長期使用的角度來看，高壓細水霧滅火系統(tǒng)具有*高的使用價值和*低的年均使用成本。

  6.結束語

    檔案館是貯存著珍貴文物歷史資料和人事檔案資料，屬于國家機密機構，其消防安全極為重要。而高壓細水霧系統(tǒng)，以其快速滅火、高效除煙、人員安全、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點，在檔案館應用中具有良好的發(fā)展前景。目前，北京、浙江、江蘇、湖北等省市均已頒布實施了細水霧滅火系統(tǒng)設計、施工及驗收規(guī)范[7-9]。隨著國家《細水霧滅火系統(tǒng)技術規(guī)范》的編制出臺[10]，高壓細水霧滅火系統(tǒng)必將在檔案館中獲得廣泛認可與應用。