摘要：本文比較細水霧滅火系統和傳統水噴淋系統，介紹細水霧滅火系統的滅火機理，扼要的說明了古建筑火災的特點以及細水霧滅火系統在古建筑滅火的選擇。
    關鍵詞：細水霧滅火系統；古建筑；應用

　　1.引言
　　古建筑泛指歷史保留至今具有較高文物價值和歷史價值的建筑物，古建筑具有不可再生性。我國古建筑分布點多面廣，多為木結構，存在很大的火災危險性；同時由于防火間距不足；消防通道不暢，因此火災撲救十分困難。但隨著旅游經濟的發展，一些地方政府部門已經開始意識到古建筑保護的重要性，加強了對古建筑的消防安全投入，增強了自救能力，如加裝了火災自動報警、自動噴水滅火設施，有些甚至建立了專門的消防站點等。但由于古建筑火災保護的特殊性，消火栓包括消防隊員使用的消火栓及水噴淋滅火系統等水系消防措施實際存在許多不足：
　　（1）消防滅火后，產生大量水漬，易造成古建筑中文物的破壞。
　　（2）消防用水量大，要求消防儲備水量巨大，對古建筑來講難度比較大。
　　（3）消防設施安裝體積大，管道粗，不易隱藏，破壞文物的整體景觀。
　　而細水霧滅火系統可以克服這些不足，細水霧系統滅火特點：
　　（1）滅火效能高，反應時間快。它冷卻性能好、抑制性強。細水霧還有一定的穿透性，可以解決全淹沒和遮擋的問題，還可防止火災的復燃。它僅需噴淋系統的10%或更少的水量，為要考慮供水的體積以及重量的古建筑保護帶來了一個明顯的優點。
　　（2）其使用安全，應用范圍廣。它不會對環境及保護對象造成危害，避免了氣體滅火系統滅火中滅火劑與燃燒物發生鏈式反應而產生對人員有害的氣體。它可局部應用，獨立的保護古建筑某一部分，又可作為全淹沒系統，保護整個空間。尤其可用于水源匱乏的地區及部分禁止用水的場所。
　　（3）管道管徑較小、節省管材，工程造價低，安裝、維護簡便，安裝時隱蔽性強，能很好的維護文物的整體景觀，符合古建筑保護要求。
　　2.細水霧的滅火機理
　　水噴淋及消火栓系統中包含了大量的水滴，這些水滴的直徑足夠大以至于能穿透火焰羽流進濕潤這個燃料表面。因而傳統水噴淋滅火系統的滅火機理主要是通過直接冷卻效應來撲滅火災[2]。細水霧的水滴尺寸很小，具有很大的表面積和很高的密度。細水霧滅火系統的滅火機理主要是汽化吸熱降溫作用和隔絕氧氣窒息作用來撲滅火災：
　　（1）汽化吸熱降溫作用
　　由于水滴尺寸很小，它的表面積很大，因而水滴的表面換熱系數增大，在環境溫度升高時，可以迅速汽化。由熱力學可知，水的汽化潛熱很大，可達大約2280kJ/kg，遠比水的溫升吸熱量大得多，因而可吸收大量熱量，降低空間的溫度。
　　（2）隔絕氧氣窒息作用
　　水滴在汽化過程中不僅吸收大量熱量，同時體積迅速膨脹，可擴大1700多倍。道爾頓定律指出混合氣體全壓力等于各組成氣（汽）體分壓力之和。對于封閉空間而言，在水滴汽化前，氧氣在空氣中的比例為21%，氮氣為79%，相應的氧氣和氮氣的分壓力分別為2.06×104帕和7.75×104帕。隨著水的迅速汽化，水蒸汽分壓力迅速增大。據計算，對于30m3的空間，5升水完全汽化形成的水蒸汽分壓力可達2.78×104帕，相應的氧氣的壓力降低到1.48×104帕，即氧氣的含量將降低到15.05%，從而造成隔絕氧氣的窒息作用來達到滅火的目的。
　　另外細水霧滅火系統在滅一些特別火災中還存在非主要作用：
　　（1）乳化作用
　　當撲救油類火災時，水霧沖擊油品表面，形成乳化層，一方面降低了油品的蒸發速度，另一方面由于水霧滴的單擊攪拌作用能使可燃液體表層產生不燃燒的乳化層，起到了阻燃的作用。
　　（2）浸潤作用
　　當用于撲救溶于水的可燃液體火災時，可產生稀釋沖淡效果，降低了燃燒速率，起到控制火災的作用。
　　（3）洗滌作用
　　這是因為燃燒的灰粒、煙塵顆粒與細水滴粘合而得到洗刷，減少煙塵。
　　（4）屏蔽作用
　　類似于分離效果的作用，減少火源對周圍物體的熱輻射，同時阻止火災的擴散，對火災起遮擋作用。
　　3.細水霧滅火系統的組成
　　細水霧滅火系統的組成與雨淋自動滅火系統相似，主要由水源、供水設備、供水管道、雨淋閥組、探測器、控制器和細水霧噴頭組成。細水霧滅火系統按啟動方式分自動控制、手動控制和應急操作三種。細水霧滅火系統按噴頭分為開式系統和閉式系統。對于古建筑消防，細水霧滅火系統多采取自動報警、開式、手動控制系統。
　　一般而言自動報警方式可以采用包括火災探測器或閉式噴頭等。我們認為對于古建筑應優先使用火災探測器。原因主要有兩點：首先閉式噴頭設置在被保護文物的上方，當感受熱氣流時，玻璃球破碎，閉式噴頭首先噴出的不是水霧而可能是水滴，由此造成水噴淋現象。盡管水量有限，但還是會造成一些不良后果。其次，在火災初期增長階段，由于熱釋放速率較小，噴頭熱敏元件不會很快動作，當第1只噴頭動作，開始噴射水霧后，火災被控制或抑制，但是由于種種原因，不一定會立即滅火，可是由于細水霧的降濕作用，火災區域溫度降低了，這時可能仍有一些局部文物在燃燒，但由于局部燃燒釋放的熱量在短時間內不足以抵銷環境溫度下降的影響，因此不能有效開啟第二只噴頭，這樣就有可能造成局部文物的損毀，這是我們不希望的。所以，選擇用開式噴頭再加裝火災探測器是一種較為理想的方式。
　　在控制方式的選擇上又可以分自動、手動和應急三種方式。自動控制是指細水霧滅火系統的火災探測、報警部分與供水設備、雨淋閥組等部件自動聯鎖操作；手動控制是指人為遠距離操縱供水設備、雨淋閥組等系統組件的控制方式；應急操作是指人為現場操作供水設備、雨淋閥組等系統組件的控制方式。由于，古建筑保護的特殊性，根據我國的設備使用情況，為防止誤噴發生，并且管理人員全天24小時值班，在發生火災時，接到自動報警后，用手動控制比較安全可靠。
　　4.細水霧滅火系統的性能分析
　　（1）性能比較
　　細水霧滅火系統由于其噴射的霧滴的直徑比水噴淋系統小很多，其性能比噴水系統更有優勢。
　　細水霧滅火系統與自動噴水系統的性能對比：[1]
　　水噴淋：
　　滅火功能：無（控火）；冷卻功能：有；煙霧擦洗功能：有部分；對人的安全性：無毒；對設備的安全性：有損；霧滴平均粒徑（mm）：>1；霧滴作用面積（m2/l水）：<2
　　細水霧：
　　滅火功能：有（包圍穿透）；冷卻功能：有；煙霧擦洗功能：有；對人的安全性：無毒；對設備的安全性：無損；霧滴平均粒徑（mm）：0.01；霧滴作用面積（m2/l水）：200
　　（2）經濟比較
　　我們現以一面積為7 m×7 m×5.1m的庫房為例，分別自動噴水和細水霧系統保護，滅火劑用量及工程造價對比情況見下文（不計入報警系統）。[4]
　　滅火劑用量及工程造價對比：
　　水噴淋：
　　滅火劑用量：20m3水池；主要設備：18.5KW水泵2臺，雨淋閥1個；系統主管道（mm）：DN80；工程造價系數：2.0
　　細水霧：
　　滅火劑用量：50L氮氣，150L水；主要設備：3個儲水瓶，1個氮氣瓶，1個控制閥；系統主管道（mm）：DN20；工程造價系數：0.8
　　無論是從技術應用到經濟的角度，我們可以看出細水霧滅火系統顯示出明顯的優越性。
　　（3）滅火試驗分析
　　為了檢驗細水霧滅火效果，我們在實驗室進行了中壓條件下的油盤火試驗，實驗時將直徑為40mm的油盤分別盛裝一定容積的汽油和酒精，采用單一噴頭試驗，試驗時壓力控制在1.6MPa以下，試驗時發現，汽油燃燒時噴頭動作僅15秒左右即可撲滅油盤火，酒精火時間稍長，一般在30秒左右。可以看出，細水霧滅火系統具有良好的滅火性能，在水噴霧動作后火場溫度能快速降低。
　　在德國也有人進行過檔案文件的滅火時間，試驗時文件貨架高度為7.6m×3.9m×3.8m，點火后當時內溫升到57℃時噴頭動作，5分鐘內煙氣基本抑制，文件的損壞率不到20%。我國也有人做過檔案館資料的噴水試驗，噴水3分鐘后，其水漬損失也非常微小，對于柜式存儲的文件幾乎無任何水漬損失。
　　5.國內外的應用
　　英美等發達國家已經在圖書館、古建筑、計算機機房、電氣開關裝置、柴油發電機組、易燃液體庫等廣泛的領域應用細水霧系統。我國細水霧滅火技術的研究和開發是從“九五”期間開始的，在國家科技攻關基礎上的消防課題中，列入了關于細水霧滅火技術研究的子專題。我國細水霧滅火技術與歐美等發達國家都有一定差距。但可喜的是我國這項技術也已開始發展到了實用階段，并且已經在一些工程上應用，我國湖北省和浙江省都開始制定了相應的細水霧滅火系統的施工驗收規范，許多工程中已開始使用這一技術。如中央檔案館、上海市檔案館、浙江大學圖書館、慈溪人民醫院等細水霧防護工程已通過驗收并投入使用。這些都將對推動我國細水霧滅火技術的發展與工程應用起到示范作用，也使我們看到了這項技術在古代建筑等文物保護單位的發展廣闊前景。  
   【文章出處：武漢大學土木與建筑學院】