智能換電柜的水消防滅火系統(tǒng)設(shè)計

0引言

隨著電動自行車^[1]的普及和市場規(guī)模的不斷擴(kuò)大,智能換電柜作為一種便捷高效的電池租賃與充電解決方案,正逐漸成為城市短途出行的重要基礎(chǔ)設(shè)施。然而,由于電動自行車多采用鋰電池,其在充電過程中存在較高的火災(zāi)風(fēng)險,一旦發(fā)生火災(zāi),不僅會造成嚴(yán)重的財產(chǎn)損失,還可能危及公共安全。因此,如何有效保障智能換電柜的消防安全,成為亟待解決的問題。當(dāng)前市場上,智能換電柜的消防系統(tǒng)主要采用氣溶膠滅火系統(tǒng)^[2]和噴淋式水循環(huán)滅火系統(tǒng)。氣溶膠滅火系統(tǒng)通過隔絕空氣來滅火,但在實(shí)際應(yīng)用中,由于鋰電池燃燒時間長且內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜,氣溶膠滅火效果往往不理想。相比之下,噴淋式水循環(huán)滅火系統(tǒng)具有滅火速度快、效果好等優(yōu)勢,更適合應(yīng)對鋰電池火災(zāi)。本文旨在設(shè)計一種高效可靠的智能換電柜水消防滅火系統(tǒng),通過集成溫度傳感、煙霧探測、自動斷電及噴水滅火等功能模塊,實(shí)現(xiàn)對換電柜內(nèi)電池狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測與快速響應(yīng)。該系統(tǒng)能夠在電池異常發(fā)熱或起火時,立即切斷電源,啟動噴水裝置進(jìn)行滅火,有效遏制火災(zāi)蔓延,保障人員與財產(chǎn)安全。本研究不僅豐富了智能換電柜消防技術(shù)的理論體系,也為實(shí)際工程應(yīng)用提供了重要的技術(shù)參考。

1 智能換電柜及其火災(zāi)風(fēng)險分析

智能換電柜^[3],又稱智能充電柜,是一種集移動電源與電動自行車充電功能于一體的電力設(shè)備,其核心在于利用智能化技術(shù)為電動自行車提供快速、便捷的電池更換或充電服務(wù)。它能自動偵測電動自行車電量,并根據(jù)預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)啟動充電程序,有效保護(hù)電池免受損害,同時提升電池壽命和充電安全性。此外,換電柜還具備安全驗證功能,可通過智能識別系統(tǒng)確保電源安全使用,并支持多種聯(lián)機(jī)方式,能實(shí)時檢測工作狀態(tài),及時發(fā)現(xiàn)并響應(yīng)故障。隨著電動自行車市場的擴(kuò)大和用戶對充電效率要求的提高,智能換電柜正逐漸受到市場青睞,已在多個城市和地區(qū)推廣應(yīng)用,特別是在電動自行車使用密集區(qū)域。從發(fā)展趨勢來看,智能換電柜市場前景廣闊,將更加智能化、網(wǎng)絡(luò)化,能為用戶提供更加高效的個性化服務(wù)。同時,政府政策支持也為行業(yè)發(fā)展提供了保障。然而,智能換電柜在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨消防安全挑戰(zhàn),如易受高溫、惡劣天氣影響,以及鋰電池充放電過程中可能存在安全隱患。智能換電柜一旦發(fā)生火災(zāi),將造成巨大經(jīng)濟(jì)損失并威脅公共安全。因此,提高智能換電柜的消防安全性能,預(yù)防火災(zāi)事故發(fā)生,是當(dāng)前行業(yè)亟待解決的問題,也是水消防滅火技術(shù)應(yīng)用的重要性和緊迫性所在。

2水消防滅火技術(shù)原理

水消防滅火技術(shù)^[4]是利用水的冷卻、窒息和沖擊作用來撲滅火源的一種有效方法,其基本原理如下:首先,水具有較高的比熱容,能快速吸收火源的熱量,從而降低燃燒物的溫度,達(dá)到冷卻的效果;其次,水在接觸火源時會迅速汽化,產(chǎn)生大量的水蒸氣,這些水蒸氣能夠稀釋空氣中的氧氣,起到窒息作用;最后,通過高壓水流對火源進(jìn)行直接沖擊,可以將火焰打散,隔離可燃物與氧氣的接觸,從而撲滅火焰。在智能換電柜中整合水消防系統(tǒng),需要考慮多方面的因素,包括系統(tǒng)的可靠性、響應(yīng)速度、對設(shè)備的影響等。一種常見的整合方式是在智能換電柜內(nèi)部安裝 自動噴水滅火系統(tǒng)。該系統(tǒng)由噴頭^[5]、管路、閥門和控制裝置等組成,當(dāng)檢測到火情時,控制裝置會迅速啟動,打開閥門,使水通過噴頭噴向火源,實(shí)現(xiàn)快速滅火。此外,為了確保水消防系統(tǒng)的有效性,還要與智能換電柜的其他安全系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動,如煙霧報警系統(tǒng)、溫度監(jiān)測系統(tǒng)等。當(dāng)這些系統(tǒng)檢測到異常情況時,可以觸發(fā)水消防系統(tǒng)進(jìn)行滅火操作。

3水消防滅火系統(tǒng)設(shè)計

3.1滅火系統(tǒng)工作原理

智能換電柜水消防滅火系統(tǒng)的水路示意圖如圖1所示,水路流程:水箱水源→進(jìn)水路→增壓泵→電磁閥→噴淋頭→回水路→過濾網(wǎng)→流回水箱。此方案的亮點(diǎn)是水路為閉環(huán)式,可以循環(huán)利用。

如圖2所示,換電柜底部的水箱作為水源,通過進(jìn)水路將水引入增壓泵^[6]。增壓泵的作用是提高水的壓力,確保在滅火時能夠迅速、有效地覆蓋火源。每個電池倉都配備有獨(dú)立的電磁閥,這些電磁閥負(fù)責(zé)控制對應(yīng)電池倉上部的噴淋頭的水路通斷。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)置的溫感裝置檢測到火災(zāi)時,會迅速響應(yīng)并觸發(fā)電磁閥打開,使水通過噴淋頭噴灑出來,直接對火源進(jìn)行滅火。噴淋頭的設(shè)計確保了水能夠均勻、廣泛地覆蓋火源,從而迅速減小火勢。同時,由于每個電池倉都有獨(dú)立的電磁閥和噴淋頭,系統(tǒng)可以精確地控制每個電池倉的滅火操作,提高系統(tǒng)的靈活性和可靠性。滅火后,使用過的水會通過回水路流回水箱。在回水過程中,水會經(jīng)過過濾網(wǎng)進(jìn)行過濾,去除其中的雜質(zhì)和污染物,確保再次使用時水質(zhì)的清潔。這種閉環(huán)式的水路設(shè)計不僅減少了水資源的浪費(fèi),還保證了系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。整個系統(tǒng)采用電磁閥來實(shí)現(xiàn)對水路的精確控制,確保了在火災(zāi)發(fā)生時能迅速、準(zhǔn)確地啟動滅火操作。這種設(shè)計使得換電柜水消防滅火系統(tǒng)成為一種高效、可靠的火災(zāi)應(yīng)對方案。備用電池能滿足1 h的供電,放于柜體頂部,當(dāng)電池異常觸發(fā)水消防系統(tǒng)時,市電斷開,由備用電池供電。

3.2結(jié)構(gòu)材料選型分析

本設(shè)計在結(jié)構(gòu)材料選型上注重耐用性、成本效益與功能性。水消防滅火換電柜的結(jié)構(gòu)框架主要由鈑金焊接而成,這種材料選擇提供了良好的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。特別值得一提的是,本方案的一個創(chuàng)新亮點(diǎn)是利用鈑金框架的豎梁和橫梁同時作為回水梁,實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)與功能的二合一,不僅節(jié)省了材料成本,還優(yōu)化了空間布局。

對于鈑金機(jī)柜的表面處理,采用SGCC鋼材并噴涂了戶外專用粉末,這樣的組合能夠有效抵抗戶外環(huán)境的侵蝕,延長機(jī)柜的使用壽命。

在水箱的材質(zhì)選擇上,使用不銹鋼,因為它具有優(yōu)異的耐腐蝕性和耐用性,能夠確保水源的清潔與安全。

在管路系統(tǒng)的設(shè)計中,根據(jù)實(shí)際需求選用了不同的材料。軟管部分采用了不銹鋼編織管,這種材料既柔軟又堅韌,能夠承受較高的水壓,同時不易老化或破損。而對于硬管部分,則選用PPR熱熔水管^[7],這種材料具有良好的耐高溫性能和密封性,能夠確保水路的穩(wěn)定運(yùn)行。

本設(shè)計在結(jié)構(gòu)材料選型上充分考慮了耐用性、成本效益與功能性,通過合理的材料搭配和創(chuàng)新的設(shè)計思路,實(shí)現(xiàn)了換電柜水消防滅火系統(tǒng)的高效、可靠運(yùn)行。

4水箱置頂和置底優(yōu)缺點(diǎn)分析

4.1水箱置頂方案優(yōu)缺點(diǎn)

1)優(yōu)點(diǎn):利用自然流水機(jī)制,確保水迅速流向電池倉滅火;自動加壓,實(shí)現(xiàn)快速有力滅火;可能增強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性;頂部加水操作相對方便。

2)缺點(diǎn):密封性要求高,制造難度和漏水風(fēng)險加大;需要復(fù)雜循環(huán)系統(tǒng),制造成本提高;設(shè)計或安裝不當(dāng)可能帶來穩(wěn)定性隱患;高度較高時加水操作可能不方便。

4.2水箱置底方案優(yōu)缺點(diǎn)

1)優(yōu)點(diǎn):密封要求較低,漏水風(fēng)險減小;水循環(huán)系統(tǒng)簡化,制造成本降低;底部重量增加,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性增強(qiáng)。

2)缺點(diǎn):消防響應(yīng)可能延時1~3 s,需要更精細(xì)的聯(lián)動設(shè)計。

3)綜合考量:水箱置底方案在簡化系統(tǒng)、降低成本和增強(qiáng)穩(wěn)定性方面更具優(yōu)勢,通過合理設(shè)計和優(yōu)化,其缺點(diǎn)可有效控制和彌補(bǔ),因此可能是一個更為實(shí)際和可行的選擇。

5消防測試與結(jié)果分析

5.1消防測試要求

1)獨(dú)立消防電源:系統(tǒng)應(yīng)配備獨(dú)立的消防電源,并確保在市電中斷的情況下,能夠持續(xù)供電至少60min,以保證消防系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2)火災(zāi)探測與聲光報警功能:系統(tǒng)需具備火災(zāi)探測能力,一旦探測到火災(zāi)信號,應(yīng)立即觸發(fā)聲光報警,提醒相關(guān)人員及時采取應(yīng)對措施。

3)試驗過程安全要求:在試驗過程中,應(yīng)確保無飛濺物飛出柜體,以保障周圍環(huán)境的安全。

4)滅火效率^[8]與復(fù)燃測試:從肉眼可見明火起,系統(tǒng)應(yīng)在5 min內(nèi)撲滅火災(zāi),并在隨后的15 min內(nèi)無復(fù)燃現(xiàn)象。同時,除熱失控觸發(fā)的電池外,其他電池應(yīng)無熱失控現(xiàn)象。

5)后臺預(yù)警信息:消防系統(tǒng)啟動后,后臺應(yīng)能第一時間收到預(yù)警信息,以便及時采取進(jìn)一步的應(yīng)急措施。

5.2測試結(jié)果分析

測試現(xiàn)場及相關(guān)數(shù)據(jù)如圖3所示。

1)火災(zāi)觸發(fā)與響應(yīng):在長時間過充后,電池出現(xiàn)劇烈明火,充電柜迅速切斷市電輸入,觸發(fā)了消防系統(tǒng)。這一結(jié)果表明,系統(tǒng)的火災(zāi)探測功能靈敏可靠,能夠及時響應(yīng)火災(zāi)事件。

2)噴水滅火效率:電磁閥迅速打開,噴水系統(tǒng)啟動。從水消防噴水開始到明火被撲滅,時長僅約13 s,遠(yuǎn)低于測試要求的5 min。這充分證明了水消防滅火系統(tǒng)的高效性。

3)濃煙處理與復(fù)燃情況:盡管明火被迅速撲滅,但后續(xù)仍有濃煙冒出。然而,在整個測試過程中,未再出現(xiàn)明火,滿足15 min內(nèi)無復(fù)燃的要求。這表明系統(tǒng)的滅火效果穩(wěn)定可靠。

4)獨(dú)立消防電源表現(xiàn):在市電被切斷后,獨(dú)立消防電源開始工作,為消防系統(tǒng)持續(xù)供電。整柜斷電后,備電工作時長約4 h,遠(yuǎn)超測試要求的60 min。這顯示了獨(dú)立消防電源的強(qiáng)大續(xù)航能力。

5)整體性能評估:本次消防測試驗證了該滅火系統(tǒng)的可靠性和高效性。系統(tǒng)能夠迅速響應(yīng)火災(zāi)事件、高效撲滅明火、防止復(fù)燃,并具備長時間的獨(dú)立供電能力。同時,后臺預(yù)警信息的及時傳遞也為應(yīng)急處理提供了有力支持。

6結(jié)束語

本研究針對智能換電柜的消防安全需求,設(shè)計了一套高效可靠的水消防滅火系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了溫度傳感、煙霧探測、自動斷電及噴水滅火等功能模塊,實(shí)現(xiàn)了對換電柜內(nèi)電池狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測與快速響應(yīng)。通過消防測試驗證,該系統(tǒng)能夠在電池異常發(fā)熱或起火時,立即切斷電源并啟動噴水裝置進(jìn)行滅火,有效遏制火災(zāi)蔓延,保障人員與財產(chǎn)安全。

在結(jié)構(gòu)材料選型上,本設(shè)計注重耐用性、成本效益與功能性,通過合理的材料搭配和創(chuàng)新的設(shè)計思路,實(shí)現(xiàn)了換電柜水消防滅火系統(tǒng)的高效、可靠運(yùn)行。同時,對儲水箱置頂和置底兩種方案進(jìn)行了優(yōu)缺點(diǎn)分析,綜合考量后認(rèn)為儲水箱置底方案可能是一個更為實(shí)際和可行的選擇。

本文不僅豐富了智能換電柜消防技術(shù)的理論體系,也為實(shí)際工程應(yīng)用提供了重要的技術(shù)參考。未來,筆者將繼續(xù)優(yōu)化和完善該系統(tǒng),提高其滅火效率和穩(wěn)定性,為智能換電柜的消防安全提供更加有力的保障,同時也期待與業(yè)界同仁共同推動智能換電柜消防技術(shù)的發(fā)展,為城市的短途出行提供更加安全、便捷的服務(wù)。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 陳晶.電動自行車發(fā)展趨勢[J].林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備,2017,45(4):7—9.

[2]石秀芝.淺談冷氣溶膠滅火技術(shù)[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信 息,2000(10):27—28.

[3]黃建塔.智能換電柜發(fā)展前景預(yù)測及未來趨勢分析[J].中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè),2021(35):55—57.

[4]王弘宇,方正,楊開.水噴霧自動滅火技術(shù)及其進(jìn)展[J].武漢大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版),2003,36(2):100—102.

[5]蘇海通,李道海,劉保龍,等.消防灑水噴頭的噴射性能與耐用性研究[J].消防界(電子版),2023,9(8):38—40.

[6] 陳雨田,黃曉斌,陳震,等.計量泵、磁力泵、高速泵和增壓泵的應(yīng)用介紹與市場發(fā)展[J].化工設(shè)備與管道,2006,43(6):35—38.

[7]樊小愛.聚丙烯(PPR)管材在給水工程中的應(yīng)用[J].科技情報開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2006,16(12):251—252.

[8]姬永興.火災(zāi)中射水滅火效率的科學(xué)探討[J].科技導(dǎo)報,2000(12):54—56.

2024年第22期第8篇