作者：馬氏體    來源：微信公眾：材聞窗外事

2018年9月2日，位于里約熱內盧的巴西國家博物館不幸燃起大火，200年來積累的2000余萬件珍貴文物、標本、錄音大部分被付之一炬。或許大家通過2016年里約奧運會就了解到巴西的混亂局勢。如今這個國家在陷入對未來的迷茫時，也遺忘了過往的記憶，不禁讓人扼腕嘆息。

 

 

悲劇發生的最重要原因就是經費匱乏，場館老化，消防設施嚴重不足，導致火勢一發而不可收拾。這方面我國古人有很多非常慘痛的教訓，因此古代紫禁城就非常注重防火，在水系開挖、建筑之間的相互隔離、建筑材料的選擇、消防設施的配備、消防人員的設置方面積累了非常多的經驗，但是以古代的科技水平和人力，要想戰勝火魔顯然還是力有不逮。

 

故宮里遍地都有的大水缸，用于存水滅火。

 

在一片金碧輝煌的故宮中，作為皇家藏書樓的文淵閣卻采用黑色琉璃瓦頂，因為黑色主水，以水壓火，以保藏書樓的安全。這樣的圖書館防火方式，優點是極具文化內涵和景觀價值，缺點也很明顯，就是完全不靠譜。（圖片來自故宮博物院官網）

 

那如何用現代科技為珍貴的文物、書籍保駕護航呢？

應對火災，最基本的辦法顯然還是澆水。現代的博物館、圖書館，也包括其他各類大型建筑物內，都設有自動消防噴淋系統，能夠自動感應火勢、啟動噴淋。

 

北館一層大廳天花板上密密麻麻的消防噴淋頭

 

這種自動噴淋系統的工作原理是噴淋頭中的感溫元件受熱打開，使管道內的水噴灑出來，其關鍵就在于感溫元件上，常用低熔點合金和感溫玻璃球兩種。利用低熔點合金來感溫好理解，玻璃球是如何感溫的呢？

 

逸夫館二層中文科技圖書借閱區的消防噴淋系統，噴頭用紅色感溫玻璃球控制。

 

原來，玻璃球感溫不是靠玻璃本身的熱脹冷縮，而是依靠玻璃球內充裝的高熱膨脹系數的有機液體來感溫。當溫度升高到一定程度，密封的有機液體對玻璃球施加的應力超過玻璃的強度，玻璃球破裂，即打開噴頭。

 

根據公稱動作溫度的不同，感溫玻璃球內的液體被染成不同的顏色。圖書館這種紅色的玻璃球表明其開啟溫度是68℃。

 

但是，用水滅火也存在一個問題，就是對于書籍和很多文物來說，噴水無異于二次傷害。不會留下一絲痕跡的氣體滅火劑是更好的選擇。不過氣體比較容易散失，也有可能導致人員窒息、中毒，因此適用于較為封閉的、不對外開放的房間，比如文物庫房和閉架書庫。

 

 

大家以前有沒有在逸夫館一層注意到這個房間呢？

 

逸夫館一層密集書庫就是采用氣體滅火的，旁邊有個儲存氣體滅火劑鋼瓶的房間，那具體用的是哪種氣體呢？

 

氣瓶間里大概就是這樣的（圖片來源于網絡）

 

我回想起以前我經常去母親就職的圖書館，在書庫旁邊也有一個神秘的小隔間，門口的標簽給在中學里剛剛接觸化學的我留下了極其深刻的印象：“七氟丙烷”。

沒錯，七氟丙烷（以及六氟丙烷）就是一種高效的氣體滅火劑。與其他鹵代烴類化學滅火劑（比如已經停產的“1211”滅火劑——CF₂ClBr）相比，七氟丙烷的優勢是完全不會破壞臭氧層。順便說一句，平時說的無氟冰箱，其實不是制冷劑不含氟元素，而是不含氟利昂（二氟二氯甲烷等氟氯代烴），真正破壞臭氧層的是其中的Cl而不是F，對于滅火劑同理，這些含氯、溴的鹵代烴類物質被保護臭氧層的《蒙特利爾公約》所限制。盡管七氟丙烷的溫室效應非常強，可達二氧化碳的3500倍，但是它在大氣中的壽命比較短，不會造成長期的影響，從全球變暖的角度來看也是相對比較環保的。

 

七氟丙烷，CF₃CHFCF₃，商品代號HFC-227ea、FM200（圖片來自百度百科）

 

七氟丙烷的滅火機理主要是中斷自由基鏈式反應。從化學反應的角度看，有機物燃燒的過程是各種活潑的自由基與可燃物、氧氣間發生的劇烈的自由基鏈式反應。七氟丙烷熱解產生含氟自由基，能夠捕捉活潑的自由基，中斷自由基鏈式反應，從而起到滅火的作用。此外，七氟丙烷也能以吸熱和稀釋氧氣的物理機制滅火。

除了化學上的一劍封喉，完全依靠物理上的甕中捉鱉同樣可以滅火，這類氣體滅火劑有二氧化碳和IG541（52%氮、40%氬、8%二氧化碳混合氣體），通過籠罩可燃物、稀釋氧氣來使火焰窒息。

 

 

七氟丙烷的化學抑制作用勝在滅火速度快，滅火劑用量小，然而七氟丙烷熱解會產生一定量的HF，可能對珍貴文物造成腐蝕，也對人有刺激性，還會產生全氟異丁烯等有毒氟代烴，對人員造成傷害。IG541則正好與之相反，無毒無害，但是滅火速度相對慢一些，滅火劑用量大一些，好在IG541足夠便宜。至于二氧化碳，由于高濃度二氧化碳會造成人員窒息，應用范圍比較小。權衡利弊，國家博物館使用的是IG541，以確保珍貴文物萬無一失；我母親工作的某圖書館使用七氟丙烷；至于清華圖書館用的是哪種，目前我還沒有查到相關信息。

 

博物館、圖書館的消防安全是一個非常復雜的問題，從建筑的設計到日常的維護，存在很多很多學問，自動滅火系統只是其中一個亡羊補牢的環節。要防患于未然，離不開長期、大量的資金投入和工作人員的悉心維護。

巴西國家博物館的教訓告訴我們，一座博物館、圖書館的狀況，就是一個國家狀況的真實寫照；一個國家對待自己的博物館、圖書館的態度，就是對待自己的歷史與文化的態度，也是對待自己的未來的態度。希望大家下次走進博物館、圖書館享受文化盛宴時不要忘記這些人類文化的守護神。

 

 

參考資料：

黎震. 大中型公共圖書館安全工作相關因素分析. 公共圖書館,2008(1):57-61.

王培俊. 感溫玻璃球在消防工程上的應用. 消防技術與產品信息, 1991(9):26-27.

曹麗英，張品，張永豐，潘仁明. 七氟丙烷滅火劑熱解規律研究. 消防科學與技術,2014(12):1426-1428.

中國國家博物館的消防設計. http://blog.zhulong.com/blog/detail4745188.html