细水雾灭火系统应用发展研究
摘 要: 在分析总结细水雾灭火系统的分类和灭火机理的基础上，重点对我国近几年来细水雾灭火系统在地铁、档案馆、图书馆等典型场所的应用情况进行研究，并就其在实际应用中的相关问题作了分析。
关键词: 细水雾灭火系统; 应用; 地铁; 档案馆
自 20 世纪 90 年代始，细水雾灭火技术的有效性被很多应用实例和大量的实验所证明。系统具有环保高效、可靠性高及水渍损失小等优点，不仅能够为需要较小水渍损失的场所如档案馆、图书馆等提供保护，而且对于可燃液体火灾、可燃气体火灾和电气火灾等自动喷水灭火系统不适用的场所也能实施有效灭火，呈现出广阔的应用前景。
1 细水雾灭火系统的分类
细水雾灭火系统的组成与雨淋自动灭火系统相似，主要由水源、供水设备、供水管道、雨淋阀组、探测器、控制器和细水雾喷头组成。从目前国内外现有细水雾灭火系统来看，大致可分为以下几类。
( 1) 按流动介质类型分类。①单相流系统: 采用单管供水至每个细水雾喷头雾化喷出细水雾; ②双相流系统: 水和雾化介质分开供给并在细水雾喷头上混合雾化喷出细水雾。
( 2) 按系统额定工作压力分类。①高压系统: 系统额定工作压力≥3. 5 MPa; ②中压系统: 1. 20 MPa≤系统额定工作压力 ＜ 3. 5 MPa ; ③低压系统: 系统额定工作压力 ＜ 1. 20 MPa 。
( 3) 按供水方式分类。①泵组式系统: 采用泵组进行供水; ②容器式系统: 采用储水容器、储气容器进行加压供水。
( 4) 按使用的细水雾喷头形式分类。①开式系统: 采用开式细水雾喷头; ②闭式系统: 采用闭式细水雾喷头。
( 5) 按应用方式分类。①局部应用系统: 细水雾喷头直接向保护对象喷射细水雾; ②全淹没应用系统:用来保护整个封闭空间里的所有危险。
( 6) 按防护区多少分类。①组合分配系统: 用一套灭火系统保护两个或两个以上防护区或保护对象的细水雾灭火系统; ②单元独立系统: 用一套灭火系统保护一个防护区或保护对象的细水雾灭火系统。
( 7) 预制式系统。系统所采用的水或气，既可以是由系统本身配备的储水罐或储气罐供给，也可以由系统以外的水源或气源供给。某一种规格或类型的预制式系统可以保护的火灾种类及保护空间的规模，都要由实验室根据实际火灾试验来测定。
2 细水雾灭火机理［1］
细水雾灭火系统随着水滴的体积平均直径的减小，它的灭火起主导作用的机理和技术也完全不同。各研究机构都对细水雾的灭火机理进行了分析，基本一致，但说法不一。随着细水雾灭火技术应用的深入，对细水雾灭火机理的认识也将不断发展。
细水雾灭火主要有冷却效应、惰化效应和附加效应三大效应，以上效应会大大降低燃烧的化学反应速度，控制火灾的发展。在火焰较小时，细水雾甚至可以直接吹灭火焰。
冷却效应: 细水雾灭火技术比传统的灭火技术有更大的作用面积和热交换面积。细水雾粒径很小，相对表面积较大，受热后可以迅速汽化。在汽化的过程中，从燃烧物表面或火灾区域吸收大量的热量，从而使燃烧物体表面温度迅速降低，当温度降至燃烧临界值以下时，热分解中断，燃烧随即终止。
惰化效应: 由于细水雾表面积相对较大，吸收热量快，迅速蒸发形成蒸汽，体积急剧膨胀，可扩大 1 700多倍。大量的汽化潜热会降低气相燃料以及氧化剂的温度，同时大量水蒸气的存在也会降低反应区域的氧气体积分量。在这个过程中，细水雾作为惰化灭火介质限制了火源向外的传输，其扩散不仅可进入火源区域而且可防止氧气的流入。当反应区域的氧气浓度降低到一定程度时，燃烧会因缺氧而受到抑制或中断。
附加效应: 细水雾蒸发形成的蒸汽迅速将燃烧物、火焰和烟羽笼罩，能够阻隔热辐射，有效抑制辐射热引燃周围其它物品，对火焰起遮挡作用。当细水雾与燃烧的灰粒、煤烟颗粒粘合时，能洗涤烟雾和废气。冲量大、颗粒大的细水雾能冲击到燃烧物表面，从而使燃烧物得到浸湿，阻止固体挥发可燃气体的进一步产生，具有浸润作用。
3 细水雾灭火系统的应用
我国在 20 世纪 90 年代末期开始进行细水雾灭火系统的研究开发和试验工作，并列为国家“九五”科技攻关项目，公安部天津消防研究所和南京消防器材股份有限公司( 原南京消防器材厂) 在这一阶段进行了大量的研究与灭火试验。进入新世纪以来，我国继续进行各个领域、各种场所的应用研究，编制、修订、完善标准和规范，细水雾灭火系统在工程上也得到了广泛的应用。高压细水雾灭火系统适应范围最为广泛，它能扑灭 A 类、B 类、C 类火灾和电气火灾，中、低压细水雾灭火系统较多用于 B 类火灾，可用于图书库、档案库、机械设备间、电器设备间、高低压配电间、电力变压器间、飞机轮船舱室、工厂控制室、计算机及通讯机房、柴油发电机房及储油间、燃油燃气锅炉房、电缆夹层和电缆隧道等重要建筑物及场所。下面就我国近年来细水雾灭火系统在地铁、隧道、图书馆和档案室等典型场所的应用情况作简单论述。
3. 1 地铁
细水雾灭火系统除了具有高效的灭火性能外还具有抑制烟气和隔绝热辐射的效果，在城市轨道交通中有着广泛的应用场合，如电缆沟、隧道、站台、轨道中的应用。在欧洲等发达国家，细水雾灭火技术在地铁消防方面已有成熟的应用实例( 如米兰、马德里、伦敦等) ，而且还被用来保护地铁车站的其它区域，包括行车道电缆、售票亭、扶梯下部、商铺等场所［2］。在国内地铁交通中高压细水雾灭火系统也已获得初步应用。上海地铁 4 号线、6 号线的控制中心采用细水雾灭火系统进行保护; 11 号线北段采用高压细水雾灭火系统进行全面保护，其保护场所包括车控室、电气设备房( 通信、信号、高低压室和蓄电池室等设备房) 、轨行区、站厅层等，替代了原有的气体灭火系统和自动喷水灭火系统［3］。
崔玉周［2］将混合惰性气体灭火系统与细水雾灭火系统进行比较，从技术性能和经济性等方面得出细水雾灭火系统可以替代惰性气体灭火系统保护地铁电气设备用房。该系统引入地铁车站工程中，将改变单一使用气体灭火系统保护地铁电气房间的做法，有可观的经济效益、环境效益及社会效益。
丰皓等［4］针对典型地铁站台烟气的运动规律，分车厢门始终处于打开状态和车厢门初始关闭、3 min后打开两种工况，通过模拟实验对细水雾灭火系统抑制地铁站台火灾烟气的有效性进行研究。结果表明细水雾灭火系统对火灾烟气有较好的抑制作用，尤其细水雾灭火系统对地下空间的抑烟、防毒和降温功效显著。
张培红等［5］采用 FDS 模拟自燃通风条件下高压细水雾灭火系统扑灭地铁车厢火灾的有效性，研究发现细水雾喷头的流量对灭火有效性的影响显著，应使细水雾喷头的工作流量等于临界流量，以保证最少的用水量和最佳的灭火效果。
刘锋［6］分析表明高压细水雾灭火系统替代气体灭火系统( IG 541) ，在没有改变原设计的土建条件下，以及不增加系统的复杂性，并且在运营管理和经济比较和功能方面具有较大的优势，应用在设备管理用房中是值得推荐的。但从工程造价、可靠性和复杂性三方面来说不推荐在公共区域使用。
3. 2 图书馆、档案馆
档案馆、图书馆因储存大量档案、典籍和图书等，不仅可燃物数量众多且由于资料的特殊性和珍贵性在灭火时要尽可能的避免水渍损失，细水雾灭火系统是一个可以在此类场所优先选择的自动灭火系统，目前的研究主要有实验研究和工程应用两个方面。
黄鑫［7］等人对细水雾抑制熄灭书架火进行了模拟实验研究，验证了细水雾扑灭和控制图书库火灾的可能性，通过实验发现细水雾灭火对图书库的附加伤害较小，并得到细水雾的灭火效率与书架火的点火位置以及火源的尺寸( 功率) 之间的关系。赵力增等［8］在相似的实验平台上进行了细水雾灭书架火的实验，结果表明所采用的细水雾灭火系统可以很迅速地抑制住书架火，但是对于受障碍物遮挡的小火其灭火时间则较长。实验中细水雾灭火系统运行压力较低，雾滴粒径较大，虽然灭深层 A 类火灾的效果较好，但灭遮挡火灾的能力差，而图书库中使用的书架基本为紧密铁板书架，火灾时遮挡性较大。因此，在图书库中使用的细水雾灭火系统可考虑使用高压细水雾灭火系统，并设计为全淹没保护方式，以提高细水雾灭遮挡火的能力。
李旻［9］采用德国进口的高压超细水雾灭火装置对细水雾灭火系统扑救档案火灾的有效性进行了验证，并研究分析在不同喷头形式细水雾灭火系统保护下、不同包装条件情况下的灭档案火灾( A 类火灾) 的效果、系统响应时间及水渍损失。实验证明除了常用的全淹没应用方式可有效扑救档案库房内火灾外，局部应用方式也可有效扑灭火灾。对水渍损失要求极严的场所( 即水渍损失大于等于火灾烧损损失) 应尽可能采用闭式喷头。为了减少水渍损失同时要及早扑灭火灾也可采用开式喷头的局部应用方式。
随着细水雾灭火机理和实验研究的不断进行，细水雾灭火系统在档案馆、图书馆的工程应用也越来越广泛，绍兴市综合档案馆［10］、北京某档案馆［11］和上海浦东文献中心［12］等都应用了细水雾灭火系统。在这些工程应用中，多采用高压泵组式细水雾灭火系统，在不同的区域选择开式或闭式喷头，开闭式系统两者选大者作为泵组的设计流量。经过实地验证得到了较好的灭火效果但存在停止喷雾后管道内存水处理不理想的问题，在火势太小的情况下由于绝大部分水雾不能汽化造成地面明显积水。
4 结束语
国内外细水雾灭火系统的应用实例不断验证其环保性、灭火有效性和经济性。随着对细水雾灭火系统灭火效果的进一步论证，喷嘴设计等技术研究的不断深入和更新，细水雾灭火系统的应用前景将更为可观，除了本文提到的地铁、档案馆和图书馆之外，在隧道火灾、油池、超高层建筑、工业生产区域、电缆沟等多个领域都有着广阔的发展空间。但同时存在一些亟需解决的问题:
( 1) 设备国产化。细水雾灭火系统是一项具有较高技术含量的自动灭火系统，在水质处理和喷头开发上借鉴国外先进经验尽快生产出国产化的成套设备，从而降低工程建设成本并提高系统的使用效率。
( 2) 应用标准化。在细水雾灭火系统设计、施工及验收方面，期待尽早制定国家或行业标准，使这项技术能够尽快应用推广。
参考文献:
［1］ 卢建宇． 船舶机舱细水雾自动灭火系统研究［D］． 大连海事大学，2008．
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［5］ 张培红，占欢，符靖宇，等． 高压细水雾灭火系统抑制地铁列车车厢火灾的有效性［J］． 沈阳建筑大学学报( 自然科学版) ，2009( 5) ．
［6］ 刘锋． 高压细水雾灭火系统在苏州地铁中应用的可行性研究［J］． 铁道标准设计，2008( 增刊) ．
［7］ 黄鑫，刘江虹，廖光煊，等． 细水雾抑制熄灭书架火的模拟实验研究［J］． 火灾科学，2004( 2) ．
［8］ 赵力增，钱芳． 细水雾灭火系统在图书馆的应用研究［J］． 消防科学与技术，2009( 6) ．
［9］ 李旻． 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( 5) ．
［10］ 陈文玺． 高压细水雾灭火系统用于绍兴市档案馆库房［J］． 中国给水排水，2010( 2) ．
［11］ 董书亮． 高压细水雾灭火系统在北京某档案馆的应用［J］． 给水排水，2010( 6) ．
［12］ 李文倩，徐凤． 细水雾灭火技术在上海浦东文献中心的应用［J］． 给水排水，2005( 10) ．
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