某檔案館消防系統設計

李萌穎， 熊朝軍

(信息產業電子第十一設計研究院科技工程股份有限公司綿陽分公司， 四川綿陽 621000)

某檔案館消防系統設計

李萌穎， 熊朝軍

(信息產業電子第十一設計研究院科技工程股份有限公司綿陽分公司， 四川綿陽 621000)

文章介紹了某甲級檔案館的消防系統設計。根據相關規范的要求以及本項目的特點進行比較分析后，最終確定了各消防系統的設計方案：消火栓系統采用濕式系統、自動噴水滅火系統采用預作用系統、氣體滅火系統采用IG100氮氣滅火系統與七氟丙烷氣體滅火裝置相結合的方式、高壓細水霧滅火系統分區域采用開式或閉式系統、滅火器類型分區域配置。其設計思路可供相關工程參考。

甲級檔案館; 消防系統; 高壓細水霧滅火系統; IG100氮氣滅火系統

1 工程概況

本項目(施工圖設計完成時間為2014年6月)為一省級檔案館，位于西部寒冷地區，年平均氣溫8.0℃，全年日照時間3 000 h以上，海拔高度約為3 400 m。本建筑高度為36.45 m，框架剪力墻結構，地上八層、地下一層，地下室層高為5.4 m?？偨ㄖ娣e為54 682.72 m2，耐火等級為一級。

地上部分由檔案庫房(層數為八層)、業務和技術用房(層數為四層)、對外服務用房(層數為三層)三個區塊組成，平面布局見圖1。地下部分為車庫及輔助用房，圖1中的虛線為地下區域范圍線。檔案庫房位于建筑的核心部位，一至二層為特藏庫，三至八層為普通檔案庫，檔案庫區從建筑布局上與其他區域分隔開。館內保存著大量珍品檔案、母片、實物檔案、木質檔案、民族文字古籍等，對于民族文化和歷史的研究有著重要的意義。

圖1 檔案館平面布局

由于本項目建筑面積較大，一至三層單層建筑面積約9 000 m2，檔案庫區每層建筑面積為約3 150 m2，且每層房間功能類型大致相同，因此，本文僅附一層平面圖(圖2)，其余樓層平面圖不再附上。

2 消防系統分析

本建筑為一類高層甲級檔案館，由于其館藏檔案的特殊性及珍貴性，故對消防系統的設計有很高的要求。以下針對各類消防系統進行具體的分析。

2.1 消火栓系統

根據《高層民用建筑設計防火規范》(GB 50045-95，2005年版)(以下簡稱《高規》)第7.1.1條的規定，本項目需要設置室內、外消火栓系統，由于檔案資料的不可恢復性，本項目按照重要檔案館進行設計。根據《高規》表7.2.2的規定，室內、外消火栓系統用水量均為30 L/s。根據《高規》第7.3.3條的規定，消火栓系統的火災延續時間按3.00 h計算。因此，本項目室內、外消火栓系統的用水量均為108 m3/h，一次滅火用水量均為324 m3/次。

本建筑地上部分設置了集中空調系統，檔案庫內24 h運行，其他區域白天運行、夜間關閉，冬季設計供暖,溫度為18℃,地下部分未設置集中空調。通過與建筑專業的配合，如：建筑外墻設保溫，車庫出入口的位置設卷簾，夜晚關閉，同時結合當地的氣象條件，建筑內夜間溫度基本能夠維持在零度以上。

根據建筑內消火栓管道的布置情況，管網的滲漏不會對檔案造成破壞，同時結合當地消防部門的意見，并參考當地建筑的實際運行情況，本項目采用濕式消火栓系統。雖然建筑內的溫度一般不會低于零度，但為了系統的安全性，并考慮到管道結露對建筑的影響，消火栓管道采用難燃B1級橡塑NBR/PVC發泡管進行保溫防結露，保溫材料厚度為30 mm，并采用鋁箔紙對保溫材料進行包裹。

根據《高規》第7.4.6條的規定，本建筑內各層均設置消火栓。消火栓系統不分區，在地下室頂板處連接成平面環網，消火栓立管由環網上接出，地上部分整個室內消火栓管網連接成立體環網，各立管分別在一層頂板與八層頂板處連接成平面環網。負一層至四層采用減壓穩壓型消火栓，其他樓層采用普通消火栓。消火栓的水槍充實水柱不小于10 m。每個消火栓處設直接啟動消防水泵的按鈕。根據《高規》第7.2.4條的規定，本建筑消火栓箱均配備消防卷盤?？紤]到美觀的要求，消火栓均為暗裝(地下車庫除外)。

圖2 檔案館一層平面

2.2 自動噴水滅火系統

根據《高規》第7.6.2條的規定，本建筑需要設置自動噴水滅火系統。根據《自動噴水滅火系統設計規范》(GB 50084-2001，2005年版)(以下簡稱《噴規》)第5.0.1條和附錄A的規定，本建筑地上部分按中危險I級設防，設計噴水強度為6 L/min·m2，作用面積為160 m2，設計水量為25 L/s；本建筑地下車庫按中危險級II級設防，設計噴水強度為8 L/min·m2，作用面積為160 m2，設計水量為30 L/s；根據《噴規》第5.0.11條及《高規》第7.3.3條的規定，自動噴水滅火系統的火災延續時間按1.00 h計算，一次滅火用水量為108 m3/次。

噴頭的布置范圍：地下室除柴發機房、UPS機房、高低壓配電室外的區域；地上部分的普通辦公室、走道、大廳、會議室及其他不會出現檔案的房間。

本工程地下室設置直立型噴頭，部分區域受梁限制時設置下垂型噴頭并加集熱盤，當梁、通風管道、成排布置的管道、橋架等障礙物的寬度大于1.2 m時，其下方增設噴頭，增設噴頭的上方如有縫隙時設集熱板。地上部分有吊頂區域均設置吊頂型噴頭，空調機房、新風機房、緩沖間及氮氣鋼瓶間等不設吊頂房間設置直立型噴頭。

由于自噴管網為枝狀，因此管道較長且較為密集，若采用保溫或管道電伴熱的方式來保證管網不結冰，則保溫材料的用量相當大且造價很高，因此本項目采用預作用自動噴水滅火系統。

根據《噴規》第6.2.3條的規定，每個預作用報警閥組控制的噴頭數不宜超過800個，因此本建筑設5套預作用報警閥組，分別為負一層、一層、二層、三至四層、五至八層各一套，均設置在地下室水泵房內。由于負一層、一層、二層的自噴系統供水壓力大于0.4 MPa，因此分別設可調式減壓閥組進行分區減壓。每層每個防火分區分別設水流指示器及電信號蝶閥。

2.3 消防水源及增壓設施

消火栓系統、自噴系統用水量及水壓由消防水池、消防水泵、屋頂消防水箱、增壓穩壓設備聯合供給。消防用水量見表1。

表1 消防用水量

消防水池、消防水泵設于地下室。消防水池儲存全部室內、外消防用水，有效容積756 m3，由館區內的給水環網直接供水。消防水池儲存的室外消防用水與室外給水環網上設置的室外消火栓形成互為備用的室外消防水源。高位消防水箱設于本建筑屋頂，有效容積18 m3，由設在地下室的變頻供水設備供水，水箱出水設合用增壓穩壓設備。

根據《高規》第7.3.3條規定的要求，消防水池的總容積超過了500 m3，因此需要分成兩個能夠獨立使用的消防水池。消防水池設取水井，其水深能夠保證消防車消防水泵吸水高度不超過6 m，消防取水口上設置雙層保溫井蓋。

消防水泵房內設兩臺消火栓水泵，一用一備；并設兩臺自噴水泵，一用一備。由于地處高原地區，在消防水泵的選擇上需要考慮低氣壓對電機效率的影響。在消防水泵房內設置分體空調(具體數量及參數由暖通專業計算確定)，并在房間內設置溫度傳感器，將信號引至消防值班室并顯示，當水泵房內溫度低于5℃時報警，由值班人員啟動房間內的空調，以保證室內溫度不低于5℃。

根據《高規》第7.4.7條的規定，本項目需要設置屋頂消防水箱，由于消防水箱的設置高度不能滿足最不利點消火栓0.07 MPa的靜水壓力要求，因此消火栓系統需要設置增壓設施。在屋頂設置一套增壓穩壓設備，與自噴系統合用。消防水箱及增壓穩壓設備均設置在屋頂水箱間，為保證冬季消防水箱內的水不結冰，水箱外設保溫層，同時在水箱間內設置分體空調(具體數量及參數由暖通專業計算確定)，溫度控制的做法與消防水泵房相同。

根據《高規》第7.4.5條及《噴規》第10.4.1條的規定，室內消火栓系統和自動噴水滅火系統應設置水泵接合器，因此在室外設置2套消火栓系統水泵結合器，2套自噴系統水泵接合器。由于本項目處于寒冷地區，因此設置為地下式水泵接合器，并設置明顯標志。

本建筑需要設置室外消火栓，由室外生活及消防共用環網上接出，由于氣候原因，采用地下式室外消火栓，并設置明顯標志。根據地勘資料，本項目所在地的凍土深度為15 cm，因此室外給水管網的埋深設在地面以下1 m左右。既能滿足不被凍結的要求，也能滿足《建筑給水排水設計規范》(GB 50015-2003,2009年版)第3.5.3條的規定，室外給水管道的管頂最小覆土深度不得小于土壤冰凍線以下0.15 m，行車道下的管線覆土深度不宜小于0.70 m。

2.4 高壓細水霧滅火系統

根據《高規》第7.6.6條及《檔案館建筑設計規范》JGJ 25-2010(以下簡稱《檔規》)第6.0.6條的規定，本建筑的一些房間需要設置細水霧滅火系統進行保護。設置細水霧的區域為：柴發機房、普通檔案庫、展廳、檔案整理室等檔案技術用房。

通過對中、高壓系統的比較，同時借鑒國內同類型檔案館的實際設計案例，最終確定采用高壓細水霧滅火系統。本套系統除了對人體無損傷外，且水霧的粒徑更小，其Dv0.99小于200 μm，達到NFPA750的一級標準，具有較強的穿透力，能夠有效滅火，而且對檔案的損害非常小。建設單位對國產設備和進口設備進行了大量考察，同時結合相關專家的意見，最終確定選用技術成熟、系統穩定的進口設備。

根據《檔案館高壓細水霧滅火系統技術規范》DA/T 45-2009第4.2～4.3條的相關規定，本建筑柴油發電機房采用K=0.95的開式噴頭，q=9.5 L/min；展廳采用K=1.25的閉式噴頭，q=12.5 L/min，動作溫度57℃，RTI小于20；其余保護區均采用K=0.45的開式噴頭，q=4.5 L/min。本套系統的持續噴霧時間為30 min，開式系統的響應時間不大于30 s，閉式系統作用面積按140 m2計算，最不利點噴頭工作壓力不低于10 MPa。每個防護區分別設置區域控制閥。

開式系統流量按照防護區內同時動作噴頭數的流量之和進行計算，設計流量為最大保護區同時開啟噴頭數流量之和的1.1倍，經計算Q=693 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，計算結果為H=12.5 MPa。

系統選用一套泵組 (其中主泵7用1備，穩壓泵一用一備)。主泵泵組流量為Q=784 L/min，穩壓泵流量為Q=11.7 L/min，泵組自帶控制柜。

高壓細水霧泵房位于地下室。本項目采用水箱增壓供水方式，在高壓細水霧泵房內設置一個不銹鋼保溫儲水水箱，水箱公稱容積為22 m3(水箱容積包含系統工作30 min的存水量)，并設增壓泵兩臺，一用一備，高壓細水霧泵組供水電磁閥開啟時，同時啟動增壓泵。為保證水箱內的水不結冰，在高壓細水霧泵房內設置分體空調(具體數量及參數由暖通專業計算確定)，溫度控制的做法與消防水泵房相同。

由于本系統工作壓力很高，因此管道采用304不銹鋼管，承壓能力為15 MPa。

由于本系統對水質要求較高，要求不應低于現行國家標準《生活飲用水衛生標準》的規定，盡管為本項目提供水源的當地市政給水的水質能夠滿足這一標準，但考慮到一些不確定性因素及消防系統的不容有失性，因此在水箱的進水管上設置全程水處理器，以去除水中可能存在的一些的雜質。同時在水箱內設紫外線殺菌器，保證水箱內的水不結藻。

以下對開式和閉式系統進行簡單介紹。

2.4.1 開式系統

準工作狀態下，從泵組出口至區域閥前的管網內壓力維持在1.0～1.2 MPa，閥后空管。發生火災時由火災報警控制系統聯動開啟區域控制閥，系統管道的壓力下降，穩壓泵啟動，穩壓泵運行10 s后壓力仍達不到設定的1.2 MPa時，主泵啟動同時穩壓泵停止運行，主泵向開式噴頭供水，噴細水霧滅火(圖3)。

本次設計采用了自動控制、手動控制和應急操作三種控制方式。

圖3 高壓細水霧開式系統工作原理

2.4.2 閉式系統

準工作狀態下，整個管網中充滿水，壓力維持在1.0～1.2 MPa。發生火災時，閉式噴頭玻璃泡的溫度達到動作溫度，玻璃泡破碎，管道壓力下降，穩壓泵啟動，穩壓泵運行10 s后壓力仍達不到設定的1.2 MPa時，主泵啟動同時穩壓泵停止運行，主泵向管道供水，噴頭噴放細水霧滅火，同時流量開關反饋信號至控制中心(圖4)。

圖4 高壓細水霧閉式系統工作原理

2.5 氣體滅火系統

根據《高規》第7.6.6、7.6.7、7.6.8條的相關規定，本建筑內的特藏庫、電專業的機房等房間需要設置氣體滅火系統。特藏庫、母片庫、涉密機房、弱電機房、UPS機房、變配電室等防護區采用全淹沒式IG100氣體滅火系統進行保護。弱電設備間、電井等防護區采用懸掛式七氟丙烷氣體滅火裝置進行保護。

IG100氮氣滅火系統的滅火劑為氮氣，無色、無味、無腐蝕，噴放后無殘余，氮氣不但不會改變空氣的化學性質，而且不會引起溫室效應，具有很好的環保優勢，且來源廣泛，價格低廉。氮氣不與其它物質或混合物發生化學反應，使用后仍保持自身化學性質，不會對其它物質造成二次污染，對防護區內的精密儀器和珍貴資料無腐蝕作用，不導電，火災后的現場易于清理。氮氣以氣態方式儲存，噴放時不會使室內溫度急劇下降，這樣既不會出現存儲珍貴數據資料的紙張和磁盤發脆而損壞的現象，也不會產生冷凝水，從而不會影響電器設備和精密儀器的使用壽命。

以上所述的優勢是其他氣體滅火劑無法達到的，因此本項目的氣體滅火系統主要考慮IG100氮氣滅火系統。

雖然這套系統具有很強的優勢，但是也需要結合本項目的特點做具體的分析。本項目的電井及弱電設備間由地下室貫穿至八層，且與氮氣鋼瓶間的距離很遠，若從每層的鋼瓶間單獨設置管網至電井、弱電間，則每層需增加兩根60 m長的管道。其次，設置氣體滅火的房間主要在地下室至二層，三層及以上樓層只有電井及弱電間需要設置氣體滅火，若在三層及以上的樓層再增設鋼瓶間的話，勢必犧牲其他業務技術用房的使用面積。另外，考慮到電井及弱電間內有工作人員長期逗留的可能性不太大，且房間較小，便于逃生，若仍采用IG100氮氣滅火系統，則不經濟。因此，本項目的電井及弱電設備間采用懸掛式七氟丙烷氣體滅火裝置進行保護。

氣體滅火劑噴放實施滅火時，防護區須封閉，若有人員工作的場合，滅火劑對人員的安全產生一定的影響。國家標準《氣體滅火系統設計規范》GB 50370-2005中規定，有人工作的防護區滅火劑的設計濃度或實際使用濃度，不應大于有毒性反應濃度(LOAEL濃度)。

氮氣滅火劑對人體的影響如下：

NOAEL=43%

LOAEL=52%

NOAEL為無毒性反應濃度，觀察不到由滅火劑毒性影響產生生理反應的最大濃度。

LOAEL為有毒性反應濃度，能觀察到由滅火劑毒性影響產生生理反應的最小濃度。

在每個防護區附近設置警告牌，警告牌上包括以下內容“在報警時或釋放滅火劑時，應立即撤離，在徹底通風前請不要進入”。

根據《電子信息系統機房設計規范》(GB 50174-2008)第13.3.1條的規定，本項目在UPS機房、涉密計算機機房、弱電機房內配置空氣呼吸機。

以下對IG100氮氣滅火系統和七氟丙烷氣體滅火系統進行簡單介紹。

2.5.1 IG100氮氣滅火系統

本系統主要由滅火劑瓶組、電磁型驅動裝置、取氣頭、機械氣動驅動裝置、連接管、單向閥、氣控單向閥、集流管、安全閥、信號反饋裝置、選擇閥、噴嘴及滅火劑輸送管道等部件組成。

本系統的設計濃度為43%，設計溫度為20℃；防護區設置泄壓口，泄壓口應位于防護區凈高的2/3以上；管道采用熱鍍鋅無縫鋼管；容器閥的材質為黃銅或不銹鋼，且應為正壓密封式閥門，可反復多次使用；選擇閥采用直通式，材質為黃銅或不銹鋼；噴嘴為360°，水平射流型，既可以向上安裝噴放，也應能向下安裝噴放，材質為黃銅或不銹鋼。

本系統的控制方式包括自動控制、手動控制、機械應急三種啟動方式。

2.5.2 七氟丙烷氣體滅火裝置

預制七氟丙烷氣體滅火裝置主要由滅火劑瓶組、電磁型驅動裝置、低泄高封閥、取氣頭、噴射管、氣控連接軟管、信號反饋裝置、噴嘴、瓶組專用柜等部件組成。

本系統設計溫度為20℃，瓶組的工作壓力為1.6 MPa。本系統的控制方式采用自動控制、手動控制、機械應急三種啟動方式。

2.6 滅火器的配置

根據《建筑滅火器配置設計規范》(GB 50140-2005)的相關規定，本建筑地下室按中危險級B類火災配置手提式磷酸銨鹽干粉滅火器MF/ABC5；地上部分按嚴重危險級A類火災配置手提式磷酸銨鹽干粉滅火器MF/ABC5。

2.7 消防排水

根據《檔規》第4.2.5、5.4.1條的規定，同時考慮到滅火后也需要盡量保存檔案，因此本項目考慮了消防排水。在每層的空調機房及新風機房內設置排水立管，采用地漏進行收集。建筑樓地面坡向附近的空調機房或新風機房，同時檔案庫區內比庫區外的樓地面高出15 cm。

自噴系統的末端試水裝置及試水閥的排水引至附近的地漏進行排放。

3 結束語

本次施工圖設計完成后，經過當地施工圖審查機構及消防部門的審查(審查時間為2014年7月)，審查結論為通過，但仍提出了一些意見及建議，本專業回復如下(僅列出有關消防部分的內容)：

(1)專家意見：依據《自動噴水滅火系統設計規范》(GB 50084-2001，2005年版)第7.1.8條，需補充凈空高度大于800 mm的悶頂和技術夾層內有可燃物時，應設置噴頭。

回復：在設計說明中補充：凈空高于800 mm的悶頂和技術夾層內有可燃物時，應設置噴頭；無可燃物時，不設置噴頭。

(2)專家意見：設計說明中應補充本工程需經當地消防部門審查合格后方可施工。

回復：在設計說明中第九部分，“其他事項”中補充該要求。

(3)專家意見：高低壓配電室、UPS機房電池室、弱電機房等房間的出入口處應設置擋水坎，需核對。

回復：以上房間設置擋水坎，該部分設計詳建施相關圖紙。

(4)專家意見：穿越防火卷簾的消防管道，需核對消防管道的安裝高度是否影響防火卷簾的開啟。

回復：本建筑所設防火卷簾上部均設置雙層梁結構，本專業管道通過梁間填充墻進行設置，不影響防火卷簾的開啟。

(5)泵房內應設置起重設備，需補充。

回復：“高壓細水霧機房”及“水泵房”設置1套共用的起重能力為1 t的移動式手動葫蘆。

本建筑作為重要的高層檔案樓，消防設計相當重要，本文針對項目的特點，重點介紹了水專業在消防設計上的要點，并對每個系統進行了詳盡的分析，對今后設計人員在檔案館的消防設計上有較好的借鑒作用。

李萌穎(1983～)，女，碩士，工程師。

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[定稿日期]2015-03-19