文物库房使用降氧防火系统的可行性探究

王璐晨 故宫博物院 北京市 100009

摘要：文物作为人类在社会活动中遗留下来的具有历史、艺术、科学价值的遗物和遗迹，是历史文化的重要载体，是不可再生的宝贵财富，而文物库房作为保存、收藏、展示文物的重要场所，一旦发生火灾，造成的损失是无法弥补的。降氧防火系统作为一种主动防火系统，从发明至今已有15年的发展历程，是一项成熟的消防技术，并且广泛应用于全球范围。本文主要介绍了降氧防火系统的工作原理、技术要求和工作流程，并探讨了该系统在文物库房保护中的应用。

关键词：降氧系统；防火；文物库房；保护

我国历史悠久，文物种类与数量众多，随着科技的发展和文物保护意识的不断提高，文物安全也得到越来越多的关注。文物库房作为保存、收藏、展示文物的重要场所，其对消防安全的要求极高。我国的消防指导方针是“预防为主，防消结合”，有效预防火灾的发生，远比火灾发生后的扑救更加重要，因此在文物库房保护中如何构建行之有效的防火系统，防火灾事故于未燃，是需要我们大力研究和发展的。降氧防火系统作为一种主动防火系统，它制造了一个可以让人正常工作生活但又防火的环境，即确保了文物安全，又避免了火灾的发生。

降氧系统与传统灭火系统的比较

传统的灭火系统更加注重“消”，而忽略了“防”，也就是说在火灾发生后，如何能够让人员更加及时、有效、并且快速地发现和扑灭火灾，依照这样的认识，人们发明了各种火灾报警系统和探测装置，各种水、泡沫、干粉、气体等自动灭火系统和设备。但在“防”火领域，却只局限于防火涂料、防火门窗等防火阻燃材料，虽然防火阻燃材料能够抑制和延缓火灾的扩散和蔓延，但却不能真正杜绝火灾的发生。

传统的灭火系统经过多年发展，已经形成了一套种类完整、功能完善的灭火体系，但是随着科学技术的不断发展，传统的灭火系统也越来越多的暴露出它的缺点和不足：

1、客观被动性

自动报警和自动灭火系统的启动，是需要防护区内火灾发展到一定程度后才会启动，这也就造成了“亡羊补牢”的情况，因火灾造成的损失也是不可避免的。

2、有限可靠性

传统灭火系统只有在火灾发生的初期阶段能够进行迅速扑灭，一旦延误时机，火灾进入猛烈燃烧阶段，灭火就会失败。文物库房内大量的可燃类文物，能够使火灾快速地蔓延和扩散，灭火系统的可靠性也将受到影响。

3、环保相对性

传统的灭火系统大量采用化学药剂，例如早期的卤代烷1211、1301等灭火剂，随着这些灭火剂的淘汰，七氟丙烷、二氟甲烷等新型灭火剂的推广和应用，虽一定程度上减少了对环境的污染，但其自身温室效应和毒性分解产物对环境的破坏依然存在。而化学泡沫、干粉等灭火剂造成的水源污染和粉尘污染依然不能忽视。

降氧防火系统是基于常压、低氧环境中点燃和燃烧受到抑制的原理，采用膜法空气分离技术和氧浓度测定技术，将防护区内的氧浓度降低并始终保持在14%-16%，其作为一种主动防火系统，真正创造了一个可以让人正常工作但又防火的环境。

降低氧含量防止火灾发生

火灾的发生必须同时满足三个条件，即可燃物、助燃物以及引火源，对于文物库房来说，其内部储存的文物多种多样，主要包括铜器、金银器、玉石类、织绣、雕刻工艺品、古籍文献和钟表仪器等，这些文物的点火和燃烧性能均与周围空气的氧含量有直接关系，并且当氧含量降低时，点火和燃烧性能也会随之下降。在低氧环境中，需要用更多的能量才能引燃物体。如果在氧含量较低的环境中发生火灾，那么与常态环境相比较而言，相同材料的火势发展也要慢很多。降氧技术正是利用消除助燃物的方法进行火灾预防。

图1表示在常压环境下火焰和氧浓度的关系曲线，当氧含量下降到16.2%时便会彻底熄灭，因此16.2%也被称为“低氧阀值”，实验表明，任何火,只要引入到这类常压、低氧环境中,都会在瞬间熄灭,任何自身不含载氧化学成分的可燃物都不会被点燃。

图1 常压环境下火焰和氧体积分数关系曲线

对于人体而言，氧气浓度保持在15%-21%之间时，人就能够正常呼吸。降氧技术就是利用上述原理，将保护空间内的氧气浓度控制在设定浓度范围内，使环境内有足够的氧气让人正常呼吸，但又不足以点燃一般的材料。

与纯粹的惰性气体注入保护空间不同的是，降氧系统是由发生器产生低氧空气，然后注入到保护空间内，从而使保护空间形成一个低氧环境，就像高海拔地区或是飞机机舱一样，既防止了火灾的发生又对人体无害。

降氧系统的技术要求

降氧系统在文物库房保护中的应用尚处于探索实验阶段，相关的技术要求还需探讨，但总体要求应有以下几点：

1、防护区要相对密闭；

2、根据人员停留时间控制氧含量，一般设定氧浓度的下限为14.0%，上限为16.0%。

3、防护区压力应稍高于外界大气压，保持5-10Pa的“正压”状态，有效防止外界空气进入防护区内，确保防护区的防火性。

4、应严格控制防护区内的通风量，严防因空气流动导致的防火性消失。

5、使用地区海拔高度不应大于1000m。

降氧系统的工作流程

降氧防火系统主要由空气压缩机、低氧发生器、膜分离组件、氧气传感器、控制器以及相关报警指示设备组成。系统通过低氧发生器将空气进行预处理，然后通过膜分离组件将空气进行低氧处理，从而将低氧空气注入到防护区内，根据防护区实际面积，在一定时间后，防护区将处于低氧防火氛围。防护区内的氧气传感器是用来监测防护区内的氧气浓度，氧气传感器将根据防护区内反馈的氧浓度信号，启动或关闭空压机和低氧发生器，从而实现防护区内氧气浓度精确控制在设定的范围内。氧气传感器应与报警指示设备、系统控制器连通，确保数据监测与远程监控的功能实现。

利用降氧系统进行文物保护

文物库房中的文物藏品包罗万象，涵盖了社会生产、生活各方面的物件，其中大量的有机物品，如丝绸、棉麻、纸张、皮革等文物，含水量低，干燥易燃，所以确保文物库房消防安全的目的是防患于未然。文物库房不但具有保护对象自身价值高的特点，还具有社会影响大、火灾危险性大，需要人员短时间停留的特点。

针对这些特点，降氧防火系统作为一种新型的消防系统，既可以避免火灾的发生，又不会对人员和设备造成损害。与传统的固定灭火系统不同，由于降氧防火系统是使保护对象始终处于一种低氧环境中，火灾是不会发生的，因此大大提高了安全性，这也是传统灭火系统无法比拟的。

结论：

降氧防火系统在文物库房中的应用和推广，是“防火于未然”理念的进一步发展，即改变了传统灭火系统的被动局面，同时也让防火工作变得更加主动。对于文物库房这类损失无法挽回和影响巨大的场所，提供了一种可靠、安全的防火措施，随着文物保护意识和消防理念的不断进步，降氧防火系统势必将会成为文物消防保护领域的潮流。

参考文献：

[1]安建国,王磊.注氮控氧(富氮)防火装置在文物保护中的应用[J].消防技术与产品信息,2018,31(03):81-83.

[2]修奇,窦文平,石清水,徐连禄,韩旭.“富氮控氧”防火技术应用研究[J].消防科学与技术,2015,34(02):218-221.

[3]王保建.低氧防火系统技术分析及应用[J].消防科学与技术,2005(01):72-74.

作者简介：王璐晨（1991-10），男，汉族，北京市，当前职称：工程师，学历：本科，研究方向：消防工程