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，從系統技術優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在檔案庫房內的應用方式和經濟性優勢。實踐證明，高壓細水霧系統具有滅火高效、節能環保、水漬損失小，更高的性價比，是檔案滅火技術的更優選擇，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

    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。近年來，隨著國際社會對環護問題的日益關注，傳統的鹵代烷滅火系統因對大氣臭氧層具有破壞作用而逐漸被淘汰，代之以新型、環保的滅火系統。其中，細水霧滅火技術作為鹵代烷滅火系統*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，隨著我國現代化檔案館的快速發展以及細水霧滅火設計國家規范的制定，可以預見細水霧滅火系統必將在檔案庫房的火災防護中發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，從系統技術優勢、經濟性優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，發生熱解，生成揮發性組分和固定炭。第二階段是在火源的作用下揮發組分著火，形成了氣相火焰。明火的出現，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，不容易發現。檔案可能在兩種情況下發生陰燃：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生火災的重要原因。

3.高壓細水霧滅火技術及優勢

    3.1細水霧滅火技術的發展

    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展。目前全世界有近50家機構在研究、開發細水霧滅火技術。已有實踐證明，細水霧滅火系統有能力替代哈龍滅火系統，并為一些傳統滅火技術不能應用的場所提供新型的消防保護[3,4]。

    根據美國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增大，在環境溫度升高時，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勢

    (1)節能

    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，對環境無污染，更為環保。

    (3)安全

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

    高壓細水霧滅火系統噴放時，不會產生較大的氣壓和沖擊力，不會傷及現場人員。除火源局部區域的氧氣含量降低外，室內大部分區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，因此很難形成連續水流或表面水域。因此，高壓細水霧撲滅火災以后，對現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)節省空間，安裝、維護方便。

  4.檔案館滅火系統技術性能比較

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

    4.1預作用自動噴水滅火系統

    預作用自動噴水滅火系統是利用冷卻、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選擇。

    4.2氣體滅火系統

    七氟丙烷滅火系統、煙烙盡滅火系統等氣體滅火系統以其快速滅火和無水漬損失等優勢，在大型檔案館、圖書館的檔案庫房得到廣泛應用。但是，上述氣體滅火系統在實際使用中存在諸多問題：滅火的同時不能有效降低環境溫度，高溫會使未發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，系統不能重復啟動；儲氣瓶長期處于高壓狀態，對系統各產品部件的性能、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；氣體滅火系統需專業人員進行維護管理，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

    細水霧滅火系統是繼七氟丙烷、混合惰性氣體（IG541）滅火系統之后的又一種新型高效的自動滅火系統，也是近年來國際上*為流行的綠色滅火系統。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《檔案館哈龍替代技術優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、不污染環境、滅火以后不影響檔案質量等優點，是檔案庫房滅火系統的更佳選擇。

    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的應用

    5.1工程概況

    “檔案保管中心”工程是上海市閔行區檔案館的重要組成部分。它是實現全區重要檔案實體的統一保管、履行檔案工作統一領導、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。系統保護范圍為：一區地下室的數字化室、變配電間，二區地下室、一層、二層、四層的紙制庫房及二區三層的光盤庫房、聲像檔案庫房、實物珍藏庫房、母片庫房，共計十八個保護區域。

    5.2系統設計

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

    （3）考慮運營維護安全性的要求，選用區域控制閥組控制的組合分配系統，保證保護區內輸水管道平時處于無水狀態。當報警控制主機接受到兩路獨立探測信號報警后，打開區域控制閥組，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每個防護區都需設置一個輸氣管線的做法，只設置一根輸水干管，每個防護區從該干管接出支管，這種方式將管線數量有十多根降至一根，管徑由DN100降至DN25。

    （4）系統設自動控制、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：保護區域內一級報警后，啟動警鈴，同時關閉空調、送風系統；兩級報警確認火災后，切斷非消防電源，啟動保護區域內聲光報警器，啟動公共應急廣播，開啟對應保護區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；當系統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，通過區域控制閥組中的電動閥開啟手柄啟動系統。所有聯動設備動作后向消防控制中心反饋信號。

    5.3經濟性分析

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

    表1主體設備及經濟性比較

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

    因此，高壓細水霧滅火系統不僅具有明顯的技術優勢，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，以其快速滅火、高效除煙、人員安全、節能環保等優點，在檔案館應用中具有良好的發展前景。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設計、施工及驗收規范[7-9]。隨著國家《細水霧滅火系統技術規范》的編制出臺[10]，高壓細水霧滅火系統必將在檔案館中獲得廣泛認可與應用。