深圳市第二圖書(shū)館項(xiàng)目為深圳市公共文化教育服務(wù)的民生工程，其中，智能立體書(shū)庫(kù)為圖書(shū)館的主要組成部分，其滅火系統(tǒng)是設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)之一。通過(guò)分析智能立體書(shū)庫(kù)消防特點(diǎn)及相應(yīng)滅火系統(tǒng)形式，確定了采用高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的可行性及具體實(shí)施方式。

1 工程概況

深圳市第二圖書(shū)館是集合儲(chǔ)存、調(diào)劑、服務(wù)、物流、信息化、文獻(xiàn)加工與典藏功能為一體的大型綜合圖書(shū)館。圖書(shū)館總建筑面積137 611 m²，其中智能立體書(shū)庫(kù)總建筑面積3 146 m²，存書(shū)量為350萬(wàn)冊(cè)，位于地下3層，層高18 m，書(shū)架高度15 m，共均分了5個(gè)獨(dú)立的防火單元，每個(gè)單元面積629 m²，體積11 320 m³。此類書(shū)庫(kù)空間高大，書(shū)架高，連續(xù)長(zhǎng)度長(zhǎng)且布置密集，儲(chǔ)存物數(shù)量多價(jià)值高，一旦發(fā)生火災(zāi)，火災(zāi)蔓延迅速，極易形成立體火災(zāi)，加之書(shū)架密集，救援通道狹窄，若沒(méi)有可靠的滅火設(shè)施，火災(zāi)將對(duì)書(shū)庫(kù)造成非常嚴(yán)重的后果。再者如此超常規(guī)高度和體量的智能立體書(shū)庫(kù)國(guó)內(nèi)比較少見(jiàn)，可以借鑒和參考的案例很少，這造成消防系統(tǒng)的選擇有一定的難度。

2 智能立體書(shū)庫(kù)水消防系統(tǒng)的選擇

立體書(shū)庫(kù)儲(chǔ)存的紙質(zhì)物品屬于A類火災(zāi)，可用于撲救A類火災(zāi)的消防設(shè)施很多，可選擇消火栓系統(tǒng)、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱噴淋系統(tǒng)）、氣體滅火系統(tǒng)、超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)、細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。消火栓系統(tǒng)是建筑物消防的基本配置，必須采用，本文不再討論。

2.1 噴淋系統(tǒng)

對(duì)于18 m高大空間書(shū)庫(kù)，規(guī)范允許采用噴淋系統(tǒng)。用水作為滅火介質(zhì)環(huán)保，對(duì)環(huán)境無(wú)污染；系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)對(duì)人員無(wú)傷害；系統(tǒng)成本較低；日常維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單方便。但對(duì)于保護(hù)書(shū)庫(kù)的缺點(diǎn)是用水量很大、占用較大的設(shè)備用房面積；噴淋滅火的主要機(jī)理是動(dòng)能沖擊和表面冷卻，但書(shū)庫(kù)書(shū)架高、圖書(shū)密集、遮擋物多，水滴很難噴射到燃燒物表面，因此滅火有效性不好；滅火過(guò)程水漬很大，會(huì)對(duì)圖書(shū)造成嚴(yán)重破壞。

2.2 氣體滅火系統(tǒng)

氣體滅火的主要機(jī)理是冷卻、窒息、隔離和化學(xué)抑制，不同種氣體介質(zhì)的滅火機(jī)理不同，但對(duì)紙質(zhì)火災(zāi)是有效的；滅火后，氣體僅需排放即可，對(duì)圖書(shū)不造成破壞。對(duì)于單個(gè)防護(hù)面積629 m²，體積11 320 m³的書(shū)庫(kù)采用氣體保護(hù)的局限性比較大，《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50370-2005）中規(guī)定采用管網(wǎng)滅火系統(tǒng)時(shí)，一個(gè)防護(hù)區(qū)的面積不宜大于800 m²，且容積不宜大于3 600 m³，噴頭的最大保護(hù)高度不宜大于6.5 m，本書(shū)庫(kù)無(wú)論從高度和體積都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于規(guī)范要求，因此常用的潔凈氣體七氟丙烷和IG541都無(wú)法使用。根據(jù)《二氧化碳滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50193-93，2010年版）規(guī)定，可以使用CO2氣體，且可采用局部應(yīng)用滅火系統(tǒng)，但CO2氣體的使用也存在諸多弊端：CO2氣體是常見(jiàn)的溫室氣體，不環(huán)保；CO2的高壓液化儲(chǔ)存系統(tǒng)對(duì)環(huán)境溫度要求嚴(yán)格，同時(shí)需要的瓶組數(shù)量多，氣瓶間占地面積大；低壓系統(tǒng)需要外制冷設(shè)備，造價(jià)高；CO2氣體屬于物理滅火，滅火速度較慢；防護(hù)區(qū)如有未撤離的人員會(huì)造成窒息死亡；氣體滅火系統(tǒng)需專業(yè)人員進(jìn)行維護(hù)管理，氣體滅火劑價(jià)格比較昂貴而且需定期更換，運(yùn)營(yíng)管理費(fèi)用較高。其他的鹵代烷滅火劑也逐漸被淘汰，不予考慮。

2.3 超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)

該系統(tǒng)可以撲救書(shū)庫(kù)書(shū)庫(kù)火災(zāi)；粉末噴放時(shí)對(duì)人體有害；粉體無(wú)毒對(duì)環(huán)境影響小；對(duì)紙張破壞性小但難清理；維護(hù)保養(yǎng)較麻煩，應(yīng)注意粉體的防潮，定期更換所有的干粉，動(dòng)力氣瓶組也需要定期保養(yǎng)稱重，防止其漏氣；另外超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)現(xiàn)階段沒(méi)有國(guó)家規(guī)范，只有產(chǎn)品行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和一些地方標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)師無(wú)法對(duì)系統(tǒng)的合理性、安全性進(jìn)行全面把控,這也對(duì)超細(xì)干粉滅火系統(tǒng)的使用造成一定的局限性。

2.4 細(xì)水霧滅火系統(tǒng)

細(xì)水霧滅火技術(shù)是利用水霧噴頭在一定水壓下將水流分解成細(xì)小水霧滴進(jìn)行滅火或防護(hù)冷卻的一種固定式滅火技術(shù)，可以撲救書(shū)庫(kù)火災(zāi)；滅火介質(zhì)是水對(duì)環(huán)境無(wú)污染；細(xì)水霧滅火系統(tǒng)水漬損失小（90%以上的水霧被蒸發(fā)），是水噴淋滅火系統(tǒng)水量的5.4%，對(duì)圖書(shū)破壞性較小，同時(shí)也節(jié)約用水；由于水量小，水池面積小，泵組采用柱塞泵組，整體占地面積小；滅火介質(zhì)是水，對(duì)沒(méi)撤離的人員無(wú)安全影響；需要定期巡檢、檢查檢測(cè)。

綜上，根據(jù)書(shū)庫(kù)的特點(diǎn)對(duì)消防系統(tǒng)進(jìn)行全面比較，結(jié)果見(jiàn)表1。

通過(guò)以上4種滅火系統(tǒng)的詳細(xì)對(duì)比，細(xì)水霧滅火系統(tǒng)各個(gè)方面都沒(méi)有明顯的缺點(diǎn)，唯一讓使用者擔(dān)心是水漬對(duì)圖書(shū)的破壞和對(duì)書(shū)庫(kù)傳輸設(shè)備的影響，針對(duì)這方面國(guó)內(nèi)外做了很多的試驗(yàn)，Milke等開(kāi)展了圖書(shū)庫(kù)中應(yīng)用細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，結(jié)果表明隨著細(xì)水霧的施加，圖書(shū)資料受到火焰的破壞作用得到控制，房間的溫度迅速下降，火滅后觀察發(fā)現(xiàn)火源上方的兩層書(shū)架上的報(bào)紙僅受到輕微的破壞，而兩層以上的報(bào)紙未受到損傷。ABB Stromberg 研究中心的帶電噴放細(xì)水霧試驗(yàn)表明，一部分細(xì)水霧霧滴會(huì)快速氣化, 一部分細(xì)水霧霧滴長(zhǎng)時(shí)間地懸停在空中, 只有極少部分的細(xì)水霧滴落到電子電氣設(shè)備的表面。高壓細(xì)水霧對(duì)帶電設(shè)備的正常工作無(wú)影響。因此本項(xiàng)目確定采用細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。

3 智能立體書(shū)庫(kù)水消防的設(shè)計(jì)

3.1 細(xì)水霧應(yīng)用方式的選擇

根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)所的不同，細(xì)水霧的系統(tǒng)選型也不同。本書(shū)庫(kù)采用水作為滅火介質(zhì)，即采用單流體系統(tǒng)。根據(jù)規(guī)范推薦，高壓系統(tǒng)霧化效果好，抑制與洗刷作用明顯，快速吸熱，對(duì)圖書(shū)破壞小，因此采用高壓系統(tǒng)。雖然《細(xì)水霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GB 50898-2013）3.1.3條規(guī)定“密集柜儲(chǔ)存的圖書(shū)庫(kù)宜選擇全淹沒(méi)應(yīng)用方式的開(kāi)式系統(tǒng)”，但3.4.5條對(duì)全淹沒(méi)系統(tǒng)每個(gè)防護(hù)區(qū)的容積給出了不宜超過(guò)3 000 m³的限制，一是因?yàn)閷?shí)體火災(zāi)模擬試驗(yàn)規(guī)模的限制，二是考慮到防護(hù)區(qū)過(guò)大時(shí)，采用全淹沒(méi)應(yīng)用方式不夠經(jīng)濟(jì)。另外查找國(guó)外文獻(xiàn)可以看出，Mawhinney開(kāi)展了細(xì)水霧保護(hù)固定圖書(shū)架的試驗(yàn)，在試驗(yàn)過(guò)程中分別采用了2種細(xì)水霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法：全淹沒(méi)系統(tǒng)和局部應(yīng)用系統(tǒng)。結(jié)果表明在全淹沒(méi)系統(tǒng)的測(cè)試過(guò)程中，大部分的水都被浪費(fèi)在遠(yuǎn)離火源的地方，從而對(duì)圖書(shū)資料造成損害，而局部應(yīng)用系統(tǒng)可以大大減少耗水量，將水造成的附加危害降到最低。綜上，本書(shū)庫(kù)采用局部應(yīng)用開(kāi)式單流體高壓細(xì)水霧是安全可靠的。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能立體書(shū)庫(kù)采用高壓細(xì)水霧開(kāi)式局部應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，地下室機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置2套高壓細(xì)水霧泵組，系統(tǒng)工作壓力不小于14 MPa，儲(chǔ)備35 m³的消防用水。保護(hù)區(qū)內(nèi)根據(jù)書(shū)架的長(zhǎng)度將每列書(shū)架均分成3段，根據(jù)書(shū)架高度均分成5層噴頭進(jìn)行保護(hù)。設(shè)計(jì)噴霧強(qiáng)度按照《細(xì)水霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》（GB 50898-2013）噴頭安裝高度≤3 m時(shí)，設(shè)計(jì)噴霧強(qiáng)度不小于1.0 L/（min·m²）來(lái)設(shè)計(jì)。

3.2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。

3.2.2 主要設(shè)備及管材選型

（1）噴頭選型：選用K=0.7的開(kāi)式噴頭，q=7 L/min，噴頭霧滴直徑Dv0.5<65 μm、Dv99<100 μm。

（2）泵組選型：設(shè)計(jì)流量為同時(shí)開(kāi)啟相鄰3個(gè)保護(hù)區(qū)135只噴頭流量之和，經(jīng)計(jì)算Q=945 L/min。系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作壓力根據(jù)最不利點(diǎn)噴頭最低工作壓力為10 MPa進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算采用Darcy-Weisbach公式,結(jié)果為H=13.2 MPa（計(jì)算從略），選用泵組泵工作壓力不小于14 MPa。選用泵組2套，Q=500 L/min,H=14 MPa,N=150 kW；穩(wěn)壓泵參數(shù)選用Q=11.8 L/min,H=1.4 MPa,N=0.55 kW，1用1備；增壓泵2臺(tái)，Q=65 m³/h,H=33 m,N=11 kW，1用1備。

（3）管材選用：無(wú)縫不銹鋼管S31603，工作壓力不小于14 MPa。管道采用氬弧焊焊接或卡套連接。

3.2.3 系統(tǒng)及平面布置

高壓細(xì)水霧泵組、穩(wěn)壓泵、增壓泵、消防水箱設(shè)置在地下室泵房?jī)?nèi)，通過(guò)管道連接防護(hù)區(qū)外設(shè)置的區(qū)域控制閥箱，由閥箱控制噴頭的開(kāi)啟。書(shū)庫(kù)噴頭間距不大于2.5 m,相鄰保護(hù)區(qū)設(shè)置加密?chē)婎^，間距宜為1.25~1.50 m。標(biāo)準(zhǔn)防護(hù)區(qū)高壓細(xì)水霧平面及系統(tǒng)示意分別見(jiàn)圖1和圖2。

3.3 系統(tǒng)工作原理及控制方式

在準(zhǔn)工作狀態(tài)下，從泵組出口至區(qū)域閥前的管網(wǎng)由穩(wěn)壓泵維持壓力1.0~1.2 MPa，閥后空管。發(fā)生火災(zāi)后，由火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)依次開(kāi)啟對(duì)應(yīng)的區(qū)域控制閥，聯(lián)動(dòng)控制增壓泵和主泵開(kāi)啟，噴放細(xì)水霧滅火；或者手動(dòng)開(kāi)啟對(duì)應(yīng)的區(qū)域控制閥，管網(wǎng)降壓自動(dòng)啟動(dòng)主泵，噴放細(xì)水霧滅火。經(jīng)人員確認(rèn)火災(zāi)撲滅后，手動(dòng)關(guān)閉主泵和區(qū)域控制閥，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)復(fù)位，管網(wǎng)恢復(fù)、系統(tǒng)復(fù)位。開(kāi)式系統(tǒng)具備3種控制方式：自動(dòng)控制、手動(dòng)控制和應(yīng)急操作。

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