作者：马氏体    来源：微信公众：材闻窗外事

2018年9月2日，位于里约热内卢的巴西国家博物馆不幸燃起大火，200年来积累的2000余万件珍贵文物、标本、录音大部分被付之一炬。或许大家通过2016年里约奥运会就了解到巴西的混乱局势。如今这个国家在陷入对未来的迷茫时，也遗忘了过往的记忆，不禁让人扼腕叹息。

 

 

悲剧发生的最重要原因就是经费匮乏，场馆老化，消防设施严重不足，导致火势一发而不可收拾。这方面我国古人有很多非常惨痛的教训，因此古代紫禁城就非常注重防火，在水系开挖、建筑之间的相互隔离、建筑材料的选择、消防设施的配备、消防人员的设置方面积累了非常多的经验，但是以古代的科技水平和人力，要想战胜火魔显然还是力有不逮。

 

故宫里遍地都有的大水缸，用于存水灭火。

 

在一片金碧辉煌的故宫中，作为皇家藏书楼的文渊阁却采用黑色琉璃瓦顶，因为黑色主水，以水压火，以保藏书楼的安全。这样的图书馆防火方式，优点是极具文化内涵和景观价值，缺点也很明显，就是完全不靠谱。（图片来自故宫博物院官网）

 

那如何用现代科技为珍贵的文物、书籍保驾护航呢？

应对火灾，最基本的办法显然还是浇水。现代的博物馆、图书馆，也包括其他各类大型建筑物内，都设有自动消防喷淋系统，能够自动感应火势、启动喷淋。

 

北馆一层大厅天花板上密密麻麻的消防喷淋头

 

这种自动喷淋系统的工作原理是喷淋头中的感温元件受热打开，使管道内的水喷洒出来，其关键就在于感温元件上，常用低熔点合金和感温玻璃球两种。利用低熔点合金来感温好理解，玻璃球是如何感温的呢？

 

逸夫馆二层中文科技图书借阅区的消防喷淋系统，喷头用红色感温玻璃球控制。

 

原来，玻璃球感温不是靠玻璃本身的热胀冷缩，而是依靠玻璃球内充装的高热膨胀系数的有机液体来感温。当温度升高到一定程度，密封的有机液体对玻璃球施加的应力超过玻璃的强度，玻璃球破裂，即打开喷头。

 

根据公称动作温度的不同，感温玻璃球内的液体被染成不同的颜色。图书馆这种红色的玻璃球表明其开启温度是68℃。

 

但是，用水灭火也存在一个问题，就是对于书籍和很多文物来说，喷水无异于二次伤害。不会留下一丝痕迹的气体灭火剂是更好的选择。不过气体比较容易散失，也有可能导致人员窒息、中毒，因此适用于较为封闭的、不对外开放的房间，比如文物库房和闭架书库。

 

 

大家以前有没有在逸夫馆一层注意到这个房间呢？

 

逸夫馆一层密集书库就是采用气体灭火的，旁边有个储存气体灭火剂钢瓶的房间，那具体用的是哪种气体呢？

 

气瓶间里大概就是这样的（图片来源于网络）

 

我回想起以前我经常去母亲就职的图书馆，在书库旁边也有一个神秘的小隔间，门口的标签给在中学里刚刚接触化学的我留下了极其深刻的印象：“七氟丙烷”。

没错，七氟丙烷（以及六氟丙烷）就是一种高效的气体灭火剂。与其他卤代烃类化学灭火剂（比如已经停产的“1211”灭火剂——CF₂ClBr）相比，七氟丙烷的优势是完全不会破坏臭氧层。顺便说一句，平时说的无氟冰箱，其实不是制冷剂不含氟元素，而是不含氟利昂（二氟二氯甲烷等氟氯代烃），真正破坏臭氧层的是其中的Cl而不是F，对于灭火剂同理，这些含氯、溴的卤代烃类物质被保护臭氧层的《蒙特利尔公约》所限制。尽管七氟丙烷的温室效应非常强，可达二氧化碳的3500倍，但是它在大气中的寿命比较短，不会造成长期的影响，从全球变暖的角度来看也是相对比较环保的。

 

七氟丙烷，CF₃CHFCF₃，商品代号HFC-227ea、FM200（图片来自百度百科）

 

七氟丙烷的灭火机理主要是中断自由基链式反应。从化学反应的角度看，有机物燃烧的过程是各种活泼的自由基与可燃物、氧气间发生的剧烈的自由基链式反应。七氟丙烷热解产生含氟自由基，能够捕捉活泼的自由基，中断自由基链式反应，从而起到灭火的作用。此外，七氟丙烷也能以吸热和稀释氧气的物理机制灭火。

除了化学上的一剑封喉，完全依靠物理上的瓮中捉鳖同样可以灭火，这类气体灭火剂有二氧化碳和IG541（52%氮、40%氩、8%二氧化碳混合气体），通过笼罩可燃物、稀释氧气来使火焰窒息。

 

 

七氟丙烷的化学抑制作用胜在灭火速度快，灭火剂用量小，然而七氟丙烷热解会产生一定量的HF，可能对珍贵文物造成腐蚀，也对人有刺激性，还会产生全氟异丁烯等有毒氟代烃，对人员造成伤害。IG541则正好与之相反，无毒无害，但是灭火速度相对慢一些，灭火剂用量大一些，好在IG541足够便宜。至于二氧化碳，由于高浓度二氧化碳会造成人员窒息，应用范围比较小。权衡利弊，国家博物馆使用的是IG541，以确保珍贵文物万无一失；我母亲工作的某图书馆使用七氟丙烷；至于清华图书馆用的是哪种，目前我还没有查到相关信息。

 

博物馆、图书馆的消防安全是一个非常复杂的问题，从建筑的设计到日常的维护，存在很多很多学问，自动灭火系统只是其中一个亡羊补牢的环节。要防患于未然，离不开长期、大量的资金投入和工作人员的悉心维护。

巴西国家博物馆的教训告诉我们，一座博物馆、图书馆的状况，就是一个国家状况的真实写照；一个国家对待自己的博物馆、图书馆的态度，就是对待自己的历史与文化的态度，也是对待自己的未来的态度。希望大家下次走进博物馆、图书馆享受文化盛宴时不要忘记这些人类文化的守护神。

 

 

参考资料：

黎震. 大中型公共图书馆安全工作相关因素分析. 公共图书馆,2008(1):57-61.

王培俊. 感温玻璃球在消防工程上的应用. 消防技术与产品信息, 1991(9):26-27.

曹丽英，张品，张永丰，潘仁明. 七氟丙烷灭火剂热解规律研究. 消防科学与技术,2014(12):1426-1428.

中国国家博物馆的消防设计. http://blog.zhulong.com/blog/detail4745188.html