高压细水雾灭火系统在档案馆项目中的应用与管理探析
2023-10-06谢道敏
谢道敏
摘要：消防安全是档案馆管理工作最为重要的内容之一。本文针对这一问题，首先分析了档案馆火灾发生的特点，明确其消防系统对防范范围、灭火效率的要求。其次，剖析了高压细水雾的消防特性和机理，指出其在档案馆消防系统设计中的应用合理性与实用价值。最后，以某档案馆为例，依据其空间大小、结构特点，设计了基于高压细水雾的灭火系统，设计内容包括：参数计算、设备选型、控制系统等方面，并提出该系统在应用管理方面需要注意的事项。
关键词：高压细水雾；档案馆；灭火系统
引言
高压细水雾式消防系统相较于传统的消防喷淋系统，对水量、水渍污染程度要求均较小，适合于扑救固体火灾、易燃物质火灾或者电气火灾等，如在电子计算机室、通信机械间、电器装置间、光缆隧道和电缆间的嵌入、文物仓库、博物馆、美术室、档案库等区域内的火灾事故[1]。《“十四五”全国档案事业发展规划》中明确将“推进档案安全体系建设”“加强档案馆库建设与管理”列为“十四五”重要任务，要求对档案馆（室）库、后备库进行全面安全检查，对存在安全隐患问题的场馆进行监督检查。可见，档案安全是档案管理工作的重中之重，各相关单位需要加大对安全设施的投入，确保档案实体安全和信息安全。目前在国内，高压细水雾消防体系已顺利运用于多家档案室建设项目中，系统运行平稳，为该方案的实际应用提供了重要参考。
一、档案火灾的特点
（一）可燃等级高
大部分档案资料都属于易燃材料，一旦发生火灾，火势会通过纸张、书籍等快速蔓延，从而容易引发巨大的火灾事故，而图书馆中的书籍均价值较高，因此会造成巨大的经济损失。
（二）施救困难
为了防潮防虫，档案室内基本上都是利用铁皮箱或者密集架来分类放置资料，这种方式有利于资料的归整与保护。但由于堆放过于密集，降低了消防通道的畅通性，在火灾发生时，消防人员很难准确分区，对较大火势进行扑救时存在困难。
（三）风险大
纸张、磁盘等物品都具有易燃特点，普通灭火剂很难将其快速彻底扑灭，导致过火时间延长，继而增加档案资料的损坏程度。
二、高压细水雾灭火机理及优越性
高压细水雾灭火机理（见下图1）：当水流（压力在10MPa以上）通过一个特制塑料喷嘴涌出后，产生了大小约为10—100微米大小的液雾，遇火后立即蒸发，容积可扩大1700—5800倍，并带走大部分热量，使燃烧表面温度急剧下降；当水分完全蒸发时产生大量水汽，全面包裹并掩盖可燃部位，使燃烧因缺氧而迅速熄灭。高压细水雾具备冷却、隔绝空气的双重消防功能，用水量只有常规消防的1%，但灭火效果却高出200—300倍。
档案主要是纸质载体，普通的自动喷淋系统不利于档案保护，不符合档案行业标准。七氟丙烷灭火系统等气体灭火系统因灭火速度快、灭火后无残留等优势，在大型档案馆、图书馆得到广泛应用。相对于高压细水雾灭火系统，气体灭火系统在灭火的同时不能有效降低环境温度、不能消除烟气，高温、烟气都会对档案造成损坏。此外，气体灭火系统的储气瓶、输气管线等占地面积大，建设成本较高，气体灭火系统需专业人员进行维护，气体灭火剂需定期更换，价格比较昂贵，运营管理费用也比较高。相对于传统气体灭火系统，高压细水雾灭火系统具有灭火效率高、对人员、环境和设备无影响、安装维护方便等特点。
三、项目概况
本工程为某市档案馆项目，总建筑面积74862m2，地上建筑面积68541m2，共二十一层。拟对一至二十一层库房等采用高压细水雾开式自动灭火系统保护。根据档案馆的现场情况，依据细水雾国标和档案行业标准，设置一套高压细水雾灭火系统对库房等进行自动灭火保护，本项目总保护面积约32721m2。
四、系统的类型选择
细水雾系统按照工作气压大小，可分成中低压（等于1.21MPa）体系、中压（1.21MPa～3.45MPa）体系、高压（等于3.45MPa）体系。由于低温体系工作气压较低，所生成的水分微粒较大，可形成建筑表面湿润效果，对扑救较深层的a型火灾很有效果；高压系统所形成的水雾滴直径较小[2]，更适合于扑救大空间、被遮蔽的火灾事故；中低压体系处于低压与高压系统中间。该建筑仓库空间较大，且书架布局紧凑，失火时的阻遮挡性较大，因此需要考虑对归档文书的影响，选用中高压或细水雾系统。2021年9月28日，國家档案局修订发布了《档案馆高压细水雾灭火系统技术规范》（DA/T45-2021），2021年10月1日起实施。修订后的新标准删除了高压细水雾灭火系统不宜保护的档案库房类型，将高压细水雾灭火系统的试用范围改为“各类档案库房、服务用房、档案业务与技术用房、办公用房和附属用房”，进一步扩大了高压细水雾灭火系统的适用范围。
由于档案馆火势扩散很快，常闭式喷嘴往往无法使喷雾气体有效遮盖整个火势范围，再加上常闭控制系统的窒息效果相对较弱，消防效果并不理想。另外，由于目前常闭控制系统在国内档案馆的实际使用案例较少，也没有工程实践资料，故目前主要选择开式控制系统。在供气形式方面，由于泵组式控制系统的使用范围广阔，相比于罐组式控制系统具有灵敏性高、稳定性好、安全性高的优势，所以更加适用于长时间、连续作业的工作场景[3]。
五、系统设计
（一）配置方案
1.设计参数
1）持续喷雾时间30min；
2）喷雾强度不小于1.3L/min·m2；
3）最不利点喷头工作压力大于10MPa；
4）系统的设计流量应按下式计算[4]：
式中：Q——系统的设计流量，L／min；
n——累计计算的喷头数；
qi——每个计算喷头的实际流量，L／min。
2.主要设备选型
1）喷头选型。根据保护对象火灾危险性和空间尺寸选择喷头：一层保护区选用K1=1.5的开式喷头，二层～二十一层等选用K2=1.0的开式喷头，喷头安装间距不大于3.0m，喷头与墙壁的距离不大于喷头最大布置间距的1/2。
2）泵组单元选型。系统最大流量防护区为五层城建库房共64只喷头，为保证泵组单元正常工作，在其进水口设置补水泵2套（1用1备），XBD2/13.9—80L-125，N=5.5kW。
3）水箱。系统供水的水质不应低于现行國家标准有关规定。系统设40m3不锈钢水箱一套，实现消防供水，其中供水压力不低于0.2MPa，且不得大于0.6MPa。
4）细水雾灭火装置控制柜。设置细水雾灭火装置控制柜，总功率为320kW，采用双电源模式供电。
5）巡检柜。针对本项目增加相应配套设备巡检柜一套。
3.与建筑专业接口
1）泵组单元需做混凝土基础，基础尺寸4780×1820×300（mm）；泵组单元两台一组上下放置，两台重1000kg。高压细水雾泵房布置应紧凑，在能够满足功能需要的前提下尽可能降低占地面积，并缩短敷设管路距离，提高系统反应速度。本项目基于一体化理念对泵组进行设计，包含有工作泵以及备用泵、稳压泵系统。
2）40m3水箱尺寸（长×宽×高）4000×4000×2500（mm），需做300×3200×300（mm）混凝土地梁4根。
3）细水雾灭火装置控制柜需做混凝土基础，基础尺寸1000×900×300（mm）。
4.与供电专业接口
配电系统需提供两路AC380V，50Hz/320kW消防电源至高压细水雾泵房并接至细水雾灭火装置控制柜处，设备金属外壳需做接地保护。
5.与火灾自动报警专业接口
1）细水雾防护区的出口均应安装危险距离检测器，并经过总线连接火灾自动报警装置，以控制每个细水雾防护区对应的危险距离检测器。
2）高压细水雾泵组控制箱是被控装置，在消防中心设有远程自动控制泵组单元启停、接收泵组单元运转情况和故障信息的设备。
（二）系统组成、控制方式及工作原理
1.系统组成
1）高压细水雾灭火装置由水泵组部件、补水泵、稳压泵、不锈耐酸钢板水泵、分区控制阀门、细水雾喷嘴、自来水装置和不锈钢管道、闸门等所构成。泵组单元主要由主泵、安全溢流闸、阀片、齿轨等所构成。
2）细水雾式灭火系统控制箱设有自动、手工两种管理方法，与手动报警系统联合管理，在接到报警信号的同时，监控泵组启动，并同时向自动控制中心传递有关泵组的数据。
3）控制阀安装在进口处，有手动和自动两种控制方式，接入控制中心[5]。
2.控制方式
高压细水雾、消防控制系统和火灾报警控制系统联动，有自动和手动两种监控方法。
1）自动控制：在发现火灾事故后，通过火灾事故传感器侦察到火灾风险，待监控中心确认后，火灾报警控制器发出启动信息，泵组单元自动开启，并对该保护分区进行喷雾扑救。
2）手动控制：当有人发现火灾事故时，消防系统未能有效启动，可以自动开启细水雾消防系统。对配备自动报警按键的区域，如果人员确定发生火灾事故，可以直接按下对应防护区域的报警按键开启系统。
3.对电气、暖通专业的要求
考虑到档案馆内资源比较贵重，而且多数都是纸质资料，火灾蔓延性较高，故一般电气专业都不配备感温探测器，而使用感烟探测器或其他比较灵敏的传感器代替[6]。通风方面的建议：考虑到细喷雾在受风机的抽吸影响后，灭火作用将会受到干扰，故在高压细水雾所保护区域不设机械排烟系统，只设通风装置。
六、应用管理
高压细水雾设计要尽量按照相关规范要求。根据火源种类和空间大小的特点，正确规划消防分区，力求减少高压泵机和贮配水装置数量以降低费用和消耗。如果改变建构筑物的用途、货物堆放地点、堆存高度等，会危及到系统正常安全工作，应由系统重新核查并重新设置。
高压细水雾式消防系统是一种具备很高技术含量的自动消防系统，对水质要求非常严格。当档案馆位于市政管线末梢或二次加压管线、水体的硬度变化较大时，要慎重考虑消防水源是否进行接管[7]，在必要时建议安装反渗漏装置以保证质量。
结语
现代化档案馆大楼的建筑强度标准值较高、功能复杂，其消防性能也因此优于一般民用建筑，而高压细水雾式消防系统在这种建筑中得到了充分应用，为政府部门、建设单位所大力推广。目前，全国包含南宁在内筹建或在建轨道交通工程的大中城市已经达到了四十多个，设计和在建的超高层大厦已经达到了一千二百座，这些工程的开发与建成，为建设高压细水雾灭火体系提供了全新的机会与市场。相信在不久的将来，随着我国技术标准的全面推进以及国内自主生产科技的日益完善，定能使这项灭火有效、节能环保、发展潜力巨大的先进灭火科技得到广泛应用。
参考文献
[1]高压细水雾灭火系统在档案库的灭火试验研究[J].消防科学与技术，2007，26（05）：534-538.
[2]杨震铭，李毅，张强.水雾雾滴粒径的分析与研究[J].消防科学与技术，2007，26（4）：409-411.
[3]孙森林，钱唐根，方桂芳.细水雾系统在档案库房中的应用[J].消防技术与产品信息，2003，7.
[4]上海亚泰消防工程有限公司.《档案馆哈龙替代技术优选及细水雾技术应用研究》研究报告，2003.
[5]陈晶田，李壮云，常大定，等.高压单相细水雾灭火技术研究进展[J].消防科学与技术，2007，26（03）：290-293.
[6]薛蕾.高压细水雾灭火系统在档案库房中的应用[J].办公室业务，2022，378（01）：35-37.
[7]何云发.临翔区档案馆开展消防安全专项检查[J].云南档案，2021，354（06）：49.
