高压细水雾灭火技术在档案馆保护中的应用
【摘要】本文通过对档案馆火灾危险性分析，结合高压细水雾技术特点，从系统技术优势方面说明高压细水雾在档案馆重要危险场所的适用性，并结合工程案例，介绍了高压细水雾系统在档案库房内的应用方式和经济性优势。实践证明，高压细水雾系统具有灭火高效、节能环保、水渍损失小，更高的性价比，是档案灭火技术的更优选择，具有广泛的应用前景。

    [关键词]档案馆，火灾危险性，高压细水雾灭火系统

    1.概述

    档案馆是搜集、整理、保存、鉴定和提供重要档案资料的重要部门。它保存具有重要价值的收发电文、会议记录、人事材料、会议文件、出版物原稿、财会簿册、印模、照片、音像资料、录音带、光盘等储存介质、图纸以及各种具有保存价值的文书等档案材料。在档案库房内收藏的各类档案材料中，绝大多数都是可燃物，易受火的侵害。并且档案易受水的损害，因此对扑救档案库房火灾的固定灭火系统有着特殊的要求[1]。

    过去档案库房保护多采用卤代烷气体灭火系统。近年来，随着国际社会对环护问题的日益关注，传统的卤代烷灭火系统因对大气臭氧层具有破坏作用而逐渐被淘汰，代之以新型、环保的灭火系统。其中，细水雾灭火技术作为卤代烷灭火系统*潜力的替代技术获得了广泛关注，已被应用在国内外多个档案库房的消防保护中。未来，随着我国现代化档案馆的快速发展以及细水雾灭火设计国家规范的制定，可以预见细水雾灭火系统必将在档案库房的火灾防护中发挥越来越重要的作用。

    本文通过分析档案库房的火灾危险性，结合高压细水雾灭火技术特点，从系统技术优势、经济性优势等方面说明高压细水雾在档案馆重要危险场所的适用性，并结合实际工程案例，对高压细水雾系统在档案库房内的应用给出建议。

    2.档案馆的火灾危险性

    档案馆储存大量图书、报纸、杂志、档案、胶片等信息载体，均是可燃物，如果按照每m3的档案量为449kg计算，每个库房的火灾载荷很大。而木制的书架、档案架、柜、箱等以及室内装饰多为可燃材料，进一步增加了火灾危险性。

    我国的档案基本上是以纸品为载体，年代越久越珍贵，而年代愈久愈是以纸和竹简等材料为主，属于可燃固体。可燃固体的燃烧可以分为三个阶段：*阶段是在外部热量作用下，发生热解，生成挥发性组分和固定炭。第二阶段是在火源的作用下挥发组分着火，形成了气相火焰。明火的出现，又向档案反馈热量，使热解作用加强。这时，即使去掉点火源，档案仍能持续燃烧。第三阶段是当档案本身温度达到较高值时，固定炭也开始燃烧。第二阶段的气相燃烧是防火关注的重点。纸张的燃点约为230℃。档案的点燃和燃烧与其数量的多少，放置方式(平放或立放)，纸张间的密实程度，一组档案的厚度及其底面积，档案的装存形式等有着密切关系[2]。

    档案燃烧的另一特点是阴燃。阴燃温度较低，燃烧速度很慢，不容易发现。档案可能在两种情况下发生阴燃：一是对档案进行某种技术处理(如微波消毒)后，在其内有足够的残余热量；另一是火灾过程中，明火扑灭后的阴燃。

    另外，电器安装使用不当（如大功率灯泡碘钨灯烤着附近的布帘、纸张引起燃烧；电气线路绝缘损坏出现短路起火等）和吸烟、乱扔烟头或携带进危险品也是档案馆发生火灾的重要原因。

3.高压细水雾灭火技术及优势

    3.1细水雾灭火技术的发展

    细水雾灭火技术始于20世纪50年代中期。1987年《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》签署之后，细水雾灭火技术作为哈龙的主要替代技术之一，得到各界的广泛关注和青睐，成为研究的热点。进入20世纪90年代，细水雾技术得到了飞跃性的发展。目前全世界有近50家机构在研究、开发细水雾灭火技术。已有实践证明，细水雾灭火系统有能力替代哈龙灭火系统，并为一些传统灭火技术不能应用的场所提供新型的消防保护[3,4]。

    根据美国NFPA750标准，细水雾定义为在喷头的*设计工作压力下，雾滴的累积体积分布Dv0.99小于1000微米的水雾[5]。然而研究表明Dv0.9小于200微米的高压细水雾更能反映细水雾灭火技术的本质。

    细水雾灭火主要是靠汽化吸热降温和隔绝氧气的窒息作用扑灭火灾。细水雾灭火的基本机理为：

    (1)汽化吸热降温作用

    由于水滴尺寸很小，它的比表面积很大，因而水滴的表面换热系数增大，在环境温度升高时，可以迅速汽化。水的汽化潜热很大，约为2257kJ/kg，远大于水的温升吸热量（387kJ/kg），因而可吸收大量热量，降低火灾温度，保护人员与设备。

    (2)隔绝氧气窒息作用

    水滴在汽化过程中吸收热量同时，体积迅速膨胀，可扩大1700多倍。根据道尔顿分压定律，对于封闭空间，在水滴汽化前，氧气在空气中的比例为21%，氮气为79%，相应的氧气和氮气的分压力分别为2.06×104帕和7.75×104帕；随着水的迅速汽化，水蒸汽分压力迅速增大。对于30m3的空间，5升水完全汽化形成的水蒸汽分压力可达2.78×104帕，相应的氧气的压力降低到1.48×104帕，即氧气的含量将降低到15.05%，从而隔绝氧气，窒息灭火。

    (3)衰减热辐射

    细水雾具有屏蔽辐射热作用，降低火源对周围物体的热辐射，阻止火灾的蔓延，减少热辐射对人员的伤害作用。

    3.2高压细水雾灭火技术优势

    (1)节能

    高压细水雾利用水喷淋1/20的水量或水喷雾1/10的水量，扑灭同等规模的火灾，并且控火、灭火时间更短，灭火效率更高，高效利用水资源。

    (2)环保

    高压细水雾以水作为灭火介质，相比IG541、FM200等卤代烷气体替代技术，对环境无污染，更为环保。

    (3)安全

    卤代烷、IG541、FM200等气体灭火系统喷放时，产生较大的气压和冲击力，灭火剂弥漫整个灭火分区，氧气含量迅速降低，危及现场人员的生命安全。

    高压细水雾灭火系统喷放时，不会产生较大的气压和冲击力，不会伤及现场人员。除火源局部区域的氧气含量降低外，室内大部分区域氧浓度仍维持在安全浓度以上。并且高压细水雾具有良好的除烟、消毒和降温作用，增强了人员在火场条件下的逃生与维生能力。

    (4)水渍损失小

    高压细水雾在灭火过程中，一部分细水雾雾滴会快速气化，一部分细水雾雾滴可以长时间地悬停在空中，只有少部分的细水雾滴落到可燃物的表面，而真正进入设备内部的细水雾极少，这些进入设备内部的细水雾也因为直径非常小，汇聚凝结需要数量非常庞大的雾滴和极长的时间才能完成，因此很难形成连续水流或表面水域。因此，高压细水雾扑灭火灾以后，对现场造成的水渍损失很小。

    (5)良好的电气绝缘性

    高压细水雾具有良好的电气绝缘性，可以直接在设备带电条件下实施灭火，将火灾的损失（包括直接损失和间接损失）降低到*小。

    (6)节省空间，安装、维护方便。

  4.档案馆灭火系统技术性能比较

    在档案馆的消防保护中，目前常用的灭火系统主要包括：预作用自动喷水灭火系统，IG541、FM200等气体灭火系统和细水雾灭火系统。

    4.1预作用自动喷水灭火系统

    预作用自动喷水灭火系统是利用冷却、窒息、冲击乳化、稀释的原理，迅速扑灭火灾。它将火灾探测报警技术和自动喷水灭火系统结合起来，既能快速探测报警，又能减少误喷时水渍造成的损失。但是，灭火过程中，大量的水势必会破坏档案、图书等保护对象，对于档案等对水渍损失要求较高的场所不是理想的系统选择。

    4.2气体灭火系统

    七氟丙烷灭火系统、烟烙尽灭火系统等气体灭火系统以其快速灭火和无水渍损失等优势，在大型档案馆、图书馆的档案库房得到广泛应用。但是，上述气体灭火系统在实际使用中存在诸多问题：灭火的同时不能有效降低环境温度，高温会使未发生火灾的档案快速碳化破坏；不能消除烟气，烟气对档案造成严重腐蚀作用；不能防止火灾复燃，火灾复燃后，系统不能重复启动；储气瓶长期处于高压状态，对系统各产品部件的性能、制造工艺以及承压标准都有较高的要求，在使用中安全防范要求较高；气瓶间占地面积较大，输气管线多且粗，不利于管线综合布置和较高的建设成本；气体灭火系统需专业人员进行维护管理，灭火剂价格比较昂贵而且需定期更换，运营管理费用比较高。

    4.3细水雾灭火系统

    细水雾灭火系统是继七氟丙烷、混合惰性气体（IG541）灭火系统之后的又一种新型高效的自动灭火系统，也是近年来国际上*为流行的绿色灭火系统。2002年，由国家档案局立项、上海市档案馆承担、上海亚泰消防工程有限公司具体实施的《档案馆哈龙替代技术优选及细水雾技术应用研究》课题研究表明[6]：细水雾灭火技术是一种国际*新的潮流，它具有投资成本低、灭火效率高、不污染环境、灭火以后不影响档案质量等优点，是档案库房灭火系统的更佳选择。

    相对于中低压细水雾（雾滴粒径200μ≤Dv0.9≤400μ）灭火技术，高压细水雾（雾滴粒径Dv0.9≤200μ）雾滴粒径更小，吸热降温效率更高，灭火性能更佳，而且灭火后，水渍损失更小，更适合档案等对水渍损失要求较高的场所。

    5.档案馆高压细水雾灭火系统的应用

    5.1工程概况

    “档案保管中心”工程是上海市闵行区档案馆的重要组成部分。它是实现全区重要档案实体的统一保管、履行档案工作统一领导、分级管理法律要求的具体实践，在消防设施配置上实行高标准。

    本工程采用高压细水雾灭火系统。系统保护范围为：一区地下室的数字化室、变配电间，二区地下室、一层、二层、四层的纸制库房及二区三层的光盘库房、声像档案库房、实物珍藏库房、母片库房，共计十八个保护区域。

    5.2系统设计

    （1）档案馆被保护对象主要为档案和电气设备，良好的灭火性能和电气绝缘性能是系统选型的首要条件。与中低压细水雾相比，高压细水雾雾滴直径更小、灭火效果更好、系统用水量更少，因而更适合档案馆的消防需要，并得到了国际上的广泛认可。

    （2）与气体灭火系统相比，高压细水雾灭火系统具有较强的可持续控火、灭火的能力，系统选用泵组式细水雾自动灭火系统。

    （3）考虑运营维护安全性的要求，选用区域控制阀组控制的组合分配系统，保证保护区内输水管道平时处于无水状态。当报警控制主机接受到两路独立探测信号报警后，打开区域控制阀组，开启水泵及相应阀门实施灭火。该设置方式改变了气体灭火系统每个防护区都需设置一个输气管线的做法，只设置一根输水干管，每个防护区从该干管接出支管，这种方式将管线数量有十多根降至一根，管径由DN100降至DN25。

    （4）系统设自动控制、手动控制和应急操作三种控制方式。自动启动的控制程序为：保护区域内一级报警后，启动警铃，同时关闭空调、送风系统；两级报警确认火灾后，切断非消防电源，启动保护区域内声光报警器，启动公共应急广播，开启对应保护区域控制阀组的电动阀，然后启动高压水泵，完成细水雾灭火系统的启动。当人员目测确认火灾或自动控制还未动作，可按下手动启动按钮启动系统；当系统不能自动启动或者手动启动按钮控制失灵时，可进行机械应急操作，通过区域控制阀组中的电动阀开启手柄启动系统。所有联动设备动作后向消防控制中心反馈信号。

    5.3经济性分析

    针对闵行区档案保管中心的数字化室、变配电间、档案库房等十八个灭火分区，进行高压细水雾灭火系统和IG541气体灭火系统经济性比较，高压细水雾选用Danfoss-semco进口设备，IG541选用国产和国外进口设备，主体设备及经济分析见表1。

    表1主体设备及经济性比较

    从表中可以看出：工程造价方面，进口IG541气体灭火系统造价*高，其次为高压细水雾灭火系统，国产IG541气体灭火系统*低；运营维护造价方面，高压细水雾灭火系统远低于气体灭火系统，仅为气体灭火系统的1/8－1/7；总造价方面，高压细水雾灭火系统低于气体灭火系统，仅为国产气体灭火系统的55％，为进口气体灭火系统的43％。

    因此，高压细水雾灭火系统不仅具有明显的技术优势，而且具有更低的一次性投资和总投资。特别是从长期使用的角度来看，高压细水雾灭火系统具有*高的使用价值和*低的年均使用成本。

  6.结束语

    档案馆是贮存着珍贵文物历史资料和人事档案资料，属于国家机密机构，其消防安全极为重要。而高压细水雾系统，以其快速灭火、高效除烟、人员安全、节能环保等优点，在档案馆应用中具有良好的发展前景。目前，北京、浙江、江苏、湖北等省市均已颁布实施了细水雾灭火系统设计、施工及验收规范[7-9]。随着国家《细水雾灭火系统技术规范》的编制出台[10]，高压细水雾灭火系统必将在档案馆中获得广泛认可与应用。