實(shí)例詳析：高壓細水霧滅火系統為何如此優(yōu)秀？

我國目前檔案的載體以紙質(zhì)為主，在檔案庫房?jì)炔捎妹芗?、資料架等方式立體存儲?；馂奈ｋU性較高，紙質(zhì)可燃物一旦燃燒，火勢蔓延速度較快，火災撲救難度較大。檔案十分珍貴，不可再生，各國對檔案存儲處的消防都十分重視。從國外經(jīng)驗來(lái)看，檔案庫房采用高壓細水霧滅火系統的成熟案例較多。隨著(zhù)經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展，在現行檔案行業(yè)標準《檔案館高壓細水霧滅火系統技術(shù)規范》（DA/T 45-2009）和國標《細水霧滅火系統技術(shù)規范》（GB 50898-2013）的指導下，高壓細水霧滅火技術(shù)在我國檔案消防實(shí)踐中得到了推廣與應用，取得了較好的效果。本文結合上海市檔案館新館建設工程，闡述高壓細水霧滅火系統的特點(diǎn)和在本項目中的設計應用情況。

上海市檔案館新館（甲級檔案館）建設項目（一期）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)本項目）位于上海市浦東新區花木地區?？偨ㄖ娣e約10.6萬(wàn)m²，由檔案館主體建筑、武警用房和其他附屬建筑組成。

東、南側裙房、北側塔樓是上海市檔案館新館的主體建筑，塔樓為地上17層，地下2層，主要功能為檔案庫房，存放各類(lèi)檔案，部分為珍貴檔案庫房。東、南側裙房地上4~5層，地下2層，主要功能為檔案技術(shù)用房、檔案對外服務(wù)用房和輔助用房。

根據現行行業(yè)標準《檔案館建筑設計規范》（JGJ 25-2010）6.0.6條對于各等級檔案館內珍貴庫、紙質(zhì)與非紙質(zhì)庫消防的規定，本項目的珍貴檔案庫、電子檔案庫按規范要求采用惰性氣體滅火，但普通紙質(zhì)檔案庫房按規范既可采用高壓細水霧滅火系統，也可采用氣體滅火系統。

2.1 普通紙質(zhì)檔案庫房消防系統比較

基于普通紙質(zhì)檔案庫的滅火需求，從下列幾個(gè)方面對高壓細水霧滅火系統與氣體滅火系統進(jìn)行分析比選：

（1）系統滅火效果比較。高壓細水霧滅火系統通過(guò)高壓噴放細水霧實(shí)施滅火。滅火劑為水，取材方便低廉；滅火機理是冷卻和窒息，滅火效果較好，滅火后不易復燃，在水源保證的情況下，可重復使用。但對于珍貴物品和特別重要的電氣設備，使用該系統存在水漬損失風(fēng)險。

氣體滅火系統主要利用滅火劑儲瓶釋放壓力，通過(guò)管網(wǎng)和噴嘴噴放滅火氣體。七氟丙烷滅火系統主要滅火機理為化學(xué)抑制；惰性氣體氣體滅火系統主要滅火機理為物理窒息。氣體滅火的優(yōu)勢在于沒(méi)有水漬損失風(fēng)險。但滅火劑只能單次釋放，無(wú)法解決復燃問(wèn)題。

（2）對環(huán)境影響的比較。高壓細水霧以水為滅火劑，綠色環(huán)保，對人體和環(huán)境沒(méi)有危害，兼具清洗有毒煙霧和消減煙塵的功能，利于人員的逃生。高壓細水霧霧滴水漬損失非常小，對保護對象影響很小。

七氟丙烷系溫室效應氣體，其全球變暖潛能值GWP100=3 350。惰性混合氣體(N2、Ar、CO2)或氮氣（N2）均來(lái)源于空氣，對大氣環(huán)境無(wú)不良影響，但對火災煙塵沒(méi)有消減作用。

（3）對建筑平面布置及相關(guān)設備設計的影響比較。高壓細水霧滅火系統滅火后不會(huì )產(chǎn)生有害氣體，僅需在滅火后加強通風(fēng)；由于耗水量少，可充分利用現有排水系統。

氣體滅火系統在滅火后，防護區內會(huì )有滅火氣體滯留，須打開(kāi)排煙風(fēng)機排放。且滅火氣體質(zhì)量密度比空氣大，集中于防護區底部，因此，排風(fēng)口需設置在防護區低位，會(huì )影響防護區的使用。另一方面，由于氣體滅火組合分配系統對防護區數量和輸送距離的限制，如果大型檔案庫房采用氣體滅火將不可避免設置相當多數量（或面積）的鋼瓶間，不利于檔案庫區的布置。

（4）經(jīng)濟性分析比較。結合某檔案庫房案例（該檔案館設置18個(gè)防護分區），對運用IG541氣體滅火系統和高壓細水霧滅火系統進(jìn)行造價(jià)比較，分別按采用國產(chǎn)設備和進(jìn)口設備列表比較，見(jiàn)表1和表2（按20年使用期測算運維費用，包含滅火劑更換）。

表1 國產(chǎn)設備造價(jià)估算對比

注：以國產(chǎn)IG541的設備及管網(wǎng)投資費用為基準價(jià)格，設為A。

表2 進(jìn)口設備造價(jià)估算對比

注：以進(jìn)口IG541的設備及管網(wǎng)投資費用為基準價(jià)格，設為B。

從造價(jià)估算對比表1和表2可以得出，無(wú)論是進(jìn)口還是國產(chǎn)設備，高壓細水霧系統在工程投資和運維費用上都低于對應的IG541氣體滅火系統，特別是由于高壓細水霧的滅火劑為水，沒(méi)有額外的滅火劑更換費用，運維費用有很大的經(jīng)濟優(yōu)勢。進(jìn)口和國產(chǎn)高壓細水霧系統的總投資均是對應IG541氣體滅火系統總投資的45%以下。

因此，對于普通紙質(zhì)檔案庫房，采用高壓細水霧滅火系統的經(jīng)濟性較高，特別是后期維護費用優(yōu)勢明顯。

（5）運營(yíng)管理比較。高壓細水霧滅火系統的管道和噴頭為高強度不銹鋼材料，耐腐蝕、使用壽命長(cháng)，日常維護簡(jiǎn)單、費用低。高壓細水霧噴放后，防護區易清理、恢復快。

氣體滅火系統需經(jīng)培訓的專(zhuān)業(yè)人員進(jìn)行維護管理，運營(yíng)管理費用比較高；另外，氣體滅火系統的誤噴可能會(huì )造成人員窒息事故，且氣體噴放后清理現場(chǎng)工作量大，無(wú)法反復使用。

綜上，氣體滅火系統易泄漏、無(wú)法解決火災復燃問(wèn)題、在維護保養方面費用高、不適于有人駐在的場(chǎng)合，在檔案庫房消防系統應用中逐漸被高壓細水霧系統所取代。行業(yè)標準《檔案館高壓細水霧滅火系統技術(shù)規范》也支持普通紙質(zhì)檔案庫房采用高壓細水霧系統（4.1.2條）。在中國福建省檔案館、湖北省檔案館、廣州國家檔案館、上海閔行區檔案館等多個(gè)檔案館都已成功應用高壓細水霧滅火系統。經(jīng)過(guò)分析比較，本項目的普通紙質(zhì)檔案庫房確定采用高壓細水霧滅火系統。

2.2 高壓細水霧系統的壓力與霧滴直徑

《細水霧滅火系統技術(shù)規范》定義的細水霧霧滴直徑：Dv0.50＜200 μm、Dv0.99＜400 μm，相應噴頭壓力也有1.2~3.5 MPa和10 MPa以上等不同系統。從紙質(zhì)檔案庫保護特點(diǎn)和運用實(shí)踐上來(lái)看，10 MPa一般稱(chēng)為高壓細水霧，3.5 MPa以下為中壓細水霧，高壓細水霧對比中壓細水霧優(yōu)勢有以下兩方面：

（1)高壓細水霧Dv0.50≤100 μm，中壓細水霧Dv0.50≤200 μm，高壓細水霧霧滴直徑更小，水漬損失??；高壓細水霧取代的是原氣體滅火系統，高壓細水霧Dv0.5在50~100 μm的情況表現出的是氣體的特性，霧滴直徑太大會(huì )造成檔案水漬損失大。在出現誤噴情況下，高壓細水霧對檔案的影響更小。

（2)高壓細水霧適用范圍更廣，高壓細水霧系統可以對多元保護對象進(jìn)行保護，包括油類(lèi)、電氣、固體等火災類(lèi)型，完全適用于氣體滅火系統、水噴霧系統、中壓細水霧系統的保護范圍。而中壓細水霧保護的對象范圍有限；采用高壓細水霧系統可兼顧保護檔案館內的采用發(fā)電機房、日用油箱間和通訊（運營(yíng)商）機房。

因此，本項目細水霧系統采用霧滴直徑Dv0.50介于50～100 μm的高壓細水霧系統。

3.1 高壓細水霧系統設計參數

高壓細水霧系統可分為開(kāi)式和閉式2種選型，閉式系統必須待火情發(fā)展到一定程度，噴頭處的溫度達到57 ℃，閉式噴頭爆破才能實(shí)現滅火，快速滅火效果略低于開(kāi)式系統，且無(wú)法實(shí)現人員就地手動(dòng)啟動(dòng)系統進(jìn)行滅火，存在延誤滅火的風(fēng)險。開(kāi)式系統滅火時(shí)整個(gè)防護（分）區的噴頭均同時(shí)打開(kāi)噴放細水霧，相比于閉式系統更能控制火災蔓延及迅速撲滅火災，并可以實(shí)現人員就地緊急啟動(dòng)系統進(jìn)行滅火。本項目普通紙質(zhì)檔案庫房主要采用密集柜儲存檔案，火災危險性高，蔓延速度較快。另外，密集柜相對封閉的結構也會(huì )影響噴頭感溫元件的及時(shí)響應，導致閉式系統滅火動(dòng)作遲緩，相對而言，開(kāi)式系統可利用外部獨立的火災探測系統來(lái)及時(shí)響應。綜上所述，本項目普通紙質(zhì)檔案庫房采用開(kāi)式高壓細水霧系統更為合適?！都毸F滅火系統技術(shù)規范》3.1.3條對密集柜檔案庫使用開(kāi)式高壓細水霧系統也是支持的。

結合《細水霧滅火系統技術(shù)規范》及《檔案館高壓細水霧滅火系統技術(shù)規范》的有關(guān)規定和要求，本項目的開(kāi)式高壓細水霧系統設計參數：開(kāi)式細水霧噴頭安裝高度≤3 m；開(kāi)式細水霧噴頭安裝間距≤3 m，距墻≤1.5 m；開(kāi)式細水霧噴頭工作壓力：≥10 MPa；設計噴霧強度≥1 L/（min·m²）；開(kāi)式細水霧噴頭特性系數K為1；設計持續噴霧時(shí)間≥30 min；設計響應時(shí)間≤30 s；水霧霧滴直徑Dv0.50＜65 μm、Dv0.99＜100 μm。

3.2 高壓細水霧系統分區

《細水霧滅火系統技術(shù)規范》對全淹沒(méi)開(kāi)式細水霧系統的防護區的數量和容積提出了要求：防護區不能超過(guò)3個(gè)，泵組系統的每個(gè)防護區容積上限定為3 000 m³。檔案建筑中（規范3.4.5條），檔案庫房的特點(diǎn)是庫房分隔多而單間庫房面積不大。本項目標準層的檔案庫區劃分為10間檔案庫房，每間庫房的面積介于120~280 m²。按層高4.5 m計算，最大的單間庫房容積約1 200 m³。庫區內，采用了4 h防火墻作為防火分區隔墻，3 h防火墻作為庫房間隔墻。據此，單間庫房都可作為高壓細水霧系統的防護區。

按照前文所述的防護區要求，每套開(kāi)式系統最多保護3個(gè)防護區。經(jīng)過(guò)計算，本項目其標準層（6～17層）庫房就需要設13套開(kāi)式高壓細水霧系統。該方案投資較高，13套高壓細水霧泵組及相應的報警控制系統的投資高昂，經(jīng)濟性較低；另一方面，設置13套泵組，每套泵組約占地30 m²，則需要泵房面積總計390 m²，機房的平面布置和相應的管線(xiàn)路由對于庫區建筑平面布置是一個(gè)很大的難題，對檔案建筑的功能影響較大。綜上，筆者認為該高壓細水霧滅火系統設計方案不妥當。

根據《細水霧滅火系統技術(shù)規范》3.4.5文中進(jìn)一步的規定：可在防護區下再設防護分區，防護分區的容積要求和防護區要求相同。本文考慮將單間檔案庫房作為防護分區進(jìn)行保護。若干個(gè)單間檔案庫房（防護分區）組成一個(gè)防護區，每個(gè)單間檔案庫房（防護分區）的開(kāi)式噴頭由一個(gè)開(kāi)式區域閥組控制，每個(gè)防護區由分區控制閥控制。一套開(kāi)式高壓細水霧系統內的分區控制閥不超過(guò)3個(gè)（即不超過(guò)3個(gè)防護區）。該方案大幅減少高壓細水霧系統的數量，在降低系統造價(jià)的同時(shí)，也有利于檔案庫房的平面布置，便于檔案庫房功能的實(shí)現。

按照上述分區方案，會(huì )增加細水霧泵組至檔案庫房的管網(wǎng)長(cháng)度，必須兼顧分區控制閥至開(kāi)式區域閥組的管道長(cháng)度，避免管網(wǎng)充水時(shí)間過(guò)長(cháng)，確保系統設計響應時(shí)間不大于30 s。一般情況下，一路火災報警后，分區控制閥打開(kāi)已經(jīng)開(kāi)始為管網(wǎng)預充水，待第二路報警時(shí)，火災信號確認，開(kāi)式區域閥組打開(kāi)。因此，只要保證開(kāi)式區域閥組后管網(wǎng)30 s內充水，最不利細水霧噴頭出水即可。但是，在極端情況下，火災報警的2路信號幾乎為同時(shí)報警，此情況下，分區控制閥、開(kāi)式區域閥組同時(shí)打開(kāi)，設計流量下，分區控制閥后的管網(wǎng)必須在30 s內完成充水。例如，在本項目標準層的高壓細水霧設計中，經(jīng)計算，最不利防護分區的開(kāi)式區域閥組至末端噴頭的充水時(shí)間約為14 s。則分區控制閥與最不利開(kāi)式區域閥組間管道的充水時(shí)間需不大于16 s。該管道管徑DN32，設計流量為420 L/min，流速7.4 m/s，則分區控制閥至最不利開(kāi)式區域閥組管道的最大長(cháng)度為118 m。根據這一計算結果，本項目設計采用1個(gè)分區控制閥控制不超過(guò)4層標準層的開(kāi)式區域閥組（見(jiàn)圖1）。

圖1 標準層高壓細水霧系統原理

上海市檔案館新館最終采用2套開(kāi)式高壓細水霧系統。6層及以上的普通檔案庫區采用一套高壓細水霧系統，設3個(gè)防護區，每個(gè)防護區不超過(guò)4個(gè)樓層。地下室至2層普通檔案庫房及技術(shù)用房采用1套高壓細水霧系統，設2個(gè)防護區。3層及4層珍貴檔案庫房，采用氮氣滅火系統保護。

3.3 高壓細水霧系統構成

上海市檔案館新館每套高壓細水霧系統包括高壓細水霧泵組［含高壓柱塞泵（5臺，4用1備）、穩壓泵（2臺，1用1備）］、補水增壓泵（2臺，1用1備）、水箱、分區閥（分區控制閥、開(kāi)式區域閥）、細水霧噴頭及管路、報警控制系統等（見(jiàn)圖1）。

泵組中，穩壓泵的作用是維持分區控制閥前的管網(wǎng)壓力，并確保第一點(diǎn)火災探測器報警時(shí)，分區控制閥至開(kāi)式區域閥組間管網(wǎng)的預充水。

補水增壓泵的作用是保持高壓泵（柱塞泵）入口的正壓壓力，確保其高效率工作。

開(kāi)式區域閥組設于對應的防護分區（單間檔案庫房）的外部便于操作的位置。開(kāi)式區域閥組在確認火災信號（第二點(diǎn)火災探測器報警）后打開(kāi)，系統正式進(jìn)入滅火狀態(tài)。

前文已經(jīng)論述，從分區控制閥后至防護分區內最不利噴頭的配水管網(wǎng)長(cháng)度需保證收到火災確認信號后至最不利噴頭出水的時(shí)間不大于30 s（即設計響應時(shí)間≤30 s）。

高壓細水霧滅火系統水漬損失小、滅火效果好、安全隱患小、環(huán)境友好、維護保養方便，是檔案庫房消防的重要手段。

在高壓細水霧滅火系統設計中，應該結合檔案庫房的建筑布置，合理劃分防護區和防護分區。在滅火可靠安全的前提下，盡可能優(yōu)化減少細水霧泵組數量，提高先進(jìn)技術(shù)使用的經(jīng)濟性。在分區控制閥和開(kāi)式區域閥組布置中需控制管道長(cháng)度，控制系統充水時(shí)間，保證系統由準工作狀態(tài)向滅火工作狀態(tài)的可靠轉換。