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超大體量智能立體書庫滅火系統設計

時間:2019-11-20 08:58:14 來源:未知

深圳市第二圖書館項目為深圳市公共文化教育服務的民生工程,其中,智能立體書庫為圖書館的主要組成部分,其滅火系統是設計中的重要環節之一。通過分析智能立體書庫消防特點及相應滅火系統形式,確定了采用高壓細水霧滅火系統的可行性及具體實施方式。

1 工程概況

深圳市第二圖書館是集合儲存、調劑、服務、物流、信息化、文獻加工與典藏功能為一體的大型綜合圖書館。圖書館總建筑面積137 611 m²,其中智能立體書庫總建筑面積3 146 m²,存書量為350萬冊,位于地下3層,層高18 m,書架高度15 m,共均分了5個獨立的防火單元,每個單元面積629 m²,體積11 320 m³。此類書庫空間高大,書架高,連續長度長且布置密集,儲存物數量多價值高,一旦發生火災,火災蔓延迅速,極易形成立體火災,加之書架密集,救援通道狹窄,若沒有可靠的滅火設施,火災將對書庫造成非常嚴重的后果。再者如此超常規高度和體量的智能立體書庫國內比較少見,可以借鑒和參考的案例很少,這造成消防系統的選擇有一定的難度。

2 智能立體書庫水消防系統的選擇

立體書庫儲存的紙質物品屬于A類火災,可用于撲救A類火災的消防設施很多,可選擇消火栓系統、自動噴水滅火系統(以下簡稱噴淋系統)、氣體滅火系統、超細干粉滅火系統、細水霧滅火系統。消火栓系統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

對于18 m高大空間書庫,規范允許采用噴淋系統。用水作為滅火介質環保,對環境無污染;系統啟動時對人員無傷害;系統成本較低;日常維護保養簡單方便。但對于保護書庫的缺點是用水量很大、占用較大的設備用房面積;噴淋滅火的主要機理是動能沖擊和表面冷卻,但書庫書架高、圖書密集、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;滅火過程水漬很大,會對圖書造成嚴重破壞。

2.2 氣體滅火系統

氣體滅火的主要機理是冷卻、窒息、隔離和化學抑制,不同種氣體介質的滅火機理不同,但對紙質火災是有效的;滅火后,氣體僅需排放即可,對圖書不造成破壞。對于單個防護面積629 m²,體積11 320 m³的書庫采用氣體保護的局限性比較大,《氣體滅火系統設計規范》(GB 50370-2005)中規定采用管網滅火系統時,一個防護區的面積不宜大于800 m²,且容積不宜大于3 600 m³,噴頭的最大保護高度不宜大于6.5 m,本書庫無論從高度和體積都遠遠大于規范要求,因此常用的潔凈氣體七氟丙烷和IG541都無法使用。根據《二氧化碳滅火系統設計規范》(GB 50193-93,2010年版)規定,可以使用CO2氣體,且可采用局部應用滅火系統,但CO2氣體的使用也存在諸多弊端:CO2氣體是常見的溫室氣體,不環保;CO2的高壓液化儲存系統對環境溫度要求嚴格,同時需要的瓶組數量多,氣瓶間占地面積大;低壓系統需要外制冷設備,造價高;CO2氣體屬于物理滅火,滅火速度較慢;防護區如有未撤離的人員會造成窒息死亡;氣體滅火系統需專業人員進行維護管理,氣體滅火劑價格比較昂貴而且需定期更換,運營管理費用較高。其他的鹵代烷滅火劑也逐漸被淘汰,不予考慮。

2.3 超細干粉滅火系統

該系統可以撲救書庫書庫火災;粉末噴放時對人體有害;粉體無毒對環境影響小;對紙張破壞性小但難清理;維護保養較麻煩,應注意粉體的防潮,定期更換所有的干粉,動力氣瓶組也需要定期保養稱重,防止其漏氣;另外超細干粉滅火系統現階段沒有國家規范,只有產品行業標準和一些地方標準,設計師無法對系統的合理性、安全性進行全面把控,這也對超細干粉滅火系統的使用造成一定的局限性。

2.4 細水霧滅火系統

細水霧滅火技術是利用水霧噴頭在一定水壓下將水流分解成細小水霧滴進行滅火或防護冷卻的一種固定式滅火技術,可以撲救書庫火災;滅火介質是水對環境無污染;細水霧滅火系統水漬損失小(90%以上的水霧被蒸發),是水噴淋滅火系統水量的5.4%,對圖書破壞性較小,同時也節約用水;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;滅火介質是水,對沒撤離的人員無安全影響;需要定期巡檢、檢查檢測。

綜上,根據書庫的特點對消防系統進行全面比較,結果見表1。

通過以上4種滅火系統的詳細對比,細水霧滅火系統各個方面都沒有明顯的缺點,唯一讓使用者擔心是水漬對圖書的破壞和對書庫傳輸設備的影響,針對這方面國內外做了很多的試驗,Milke等開展了圖書庫中應用細水霧滅火系統的試驗研究,結果表明隨著細水霧的施加,圖書資料受到火焰的破壞作用得到控制,房間的溫度迅速下降,火滅后觀察發現火源上方的兩層書架上的報紙僅受到輕微的破壞,而兩層以上的報紙未受到損傷。ABB Stromberg 研究中心的帶電噴放細水霧試驗表明,一部分細水霧霧滴會快速氣化, 一部分細水霧霧滴長時間地懸停在空中, 只有極少部分的細水霧滴落到電子電氣設備的表面。高壓細水霧對帶電設備的正常工作無影響。因此本項目確定采用細水霧滅火系統。

3 智能立體書庫水消防的設計

3.1 細水霧應用方式的選擇

根據應用場所的不同,細水霧的系統選型也不同。本書庫采用水作為滅火介質,即采用單流體系統。根據規范推薦,高壓系統霧化效果好,抑制與洗刷作用明顯,快速吸熱,對圖書破壞小,因此采用高壓系統。雖然《細水霧滅火系統技術規范》(GB 50898-2013)3.1.3條規定“密集柜儲存的圖書庫宜選擇全淹沒應用方式的開式系統”,但3.4.5條對全淹沒系統每個防護區的容積給出了不宜超過3 000 m³的限制,一是因為實體火災模擬試驗規模的限制,二是考慮到防護區過大時,采用全淹沒應用方式不夠經濟。另外查找國外文獻可以看出,Mawhinney開展了細水霧保護固定圖書架的試驗,在試驗過程中分別采用了2種細水霧滅火系統設計方法:全淹沒系統和局部應用系統。結果表明在全淹沒系統的測試過程中,大部分的水都被浪費在遠離火源的地方,從而對圖書資料造成損害,而局部應用系統可以大大減少耗水量,將水造成的附加危害降到最低。綜上,本書庫采用局部應用開式單流體高壓細水霧是安全可靠的。

3.2 系統設計

智能立體書庫采用高壓細水霧開式局部應用系統進行設計,地下室機房內設置2套高壓細水霧泵組,系統工作壓力不小于14 MPa,儲備35 m³的消防用水。保護區內根據書架的長度將每列書架均分成3段,根據書架高度均分成5層噴頭進行保護。設計噴霧強度按照《細水霧滅火系統技術規范》(GB 50898-2013)噴頭安裝高度≤3 m時,設計噴霧強度不小于1.0 L/(min·m²)來設計。

3.2.1 設計參數

設計參數見表2。

3.2.2 主要設備及管材選型

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

(2)泵組選型:設計流量為同時開啟相鄰3個保護區135只噴頭流量之和,經計算Q=945 L/min。系統設計工作壓力根據最不利點噴頭最低工作壓力為10 MPa進行計算,計算采用Darcy-Weisbach公式,結果為H=13.2 MPa(計算從略),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;穩壓泵參數選用Q=11.8 L/min,H=1.4 MPa,N=0.55 kW,1用1備;增壓泵2臺,Q=65 m³/h,H=33 m,N=11 kW,1用1備。

(3)管材選用:無縫不銹鋼管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 系統及平面布置

高壓細水霧泵組、穩壓泵、增壓泵、消防水箱設置在地下室泵房內,通過管道連接防護區外設置的區域控制閥箱,由閥箱控制噴頭的開啟。書庫噴頭間距不大于2.5 m,相鄰保護區設置加密噴頭,間距宜為1.25~1.50 m。標準防護區高壓細水霧平面及系統示意分別見圖1和圖2。

3.3 系統工作原理及控制方式

在準工作狀態下,從泵組出口至區域閥前的管網由穩壓泵維持壓力1.0~1.2 MPa,閥后空管。發生火災后,由火災報警系統聯動依次開啟對應的區域控制閥,聯動控制增壓泵和主泵開啟,噴放細水霧滅火;或者手動開啟對應的區域控制閥,管網降壓自動啟動主泵,噴放細水霧滅火。經人員確認火災撲滅后,手動關閉主泵和區域控制閥,火災報警系統復位,管網恢復、系統復位。開式系統具備3種控制方式:自動控制、手動控制和應急操作。

微信對原文有修改。原文標題深圳市第二圖書館智能立體書庫滅火系統設計;作者:朱旭;作者單位:筑博設計股份有限公司刊登在《給水排水》2019年第8期。

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