当今,部分产业如生物制品工业、医药工业、精密的微电子工业、部分精密的机械加工业等,为达到产品的技术要求,对于生产环境提出了特殊的要求。它们共同的特点就是,生产应在对空气中尘粒、温度、湿度、压力和噪声进行控制的厂房内完成,这种厂房就称为洁净厂房。洁净厂房是由空气洁净度等级进行分级的。洁净厂房内的空气洁净等级表示值,根据《洁净厂房设计规范征求意见稿》中的定义是,每立方米空气中粒径大于等于0。1cm的最大允许粒子数的常用对数值(以10为底,到小数点后一位,其余尾数舍去)。一般有一级——六级(即十级、百级、千级、万级、十万级、百万级等)。
由于洁净厂房的特殊性,我国于84年制定了GBJ73-84《洁净厂房设计规范》(以下简称“洁规”),但随着改革开放的不断深入和生产工艺的不断发展,97年6月,国家标准《洁净厂房设计》修订编写组又编写了《洁净厂房设计规范征求意见稿》(以下简称“征求意见稿”)。“洁规”明确该规范只适用于电子类生产,“征求意见稿”则指出该规范不仅适用于电子类生产,而且适用于各类洁净生产,其标准等同于ISO/TC209和GMP标准。笔者根据对“洁规”和“征求意见稿”的条文理解和对部分洁净厂房项目的实际审核和检查验收工作的情况,对洁净厂房消防设计谈以下几点想法:
一、洁净厂房的特殊工艺决定了它具有以下特点和火灾危险性
1、洁净厂房内大量存在用特殊的板材设置的洁净室。洁净室是个相对密闭空间,有的还是无窗密闭体。一般不设置开启通风窗,密闭空间一旦发生火灾,热量难于散发,产生大量烟气,给人员疏散和消防队的扑救造成较大困难。
2、洁净厂房对工艺加工设备精度和自动化程度要求很高,因而建筑以及生产设备投资十分昂贵,一旦发生火灾,会造成严重的经济损失。
3、洁净厂房操作工艺大多需使用易燃、易爆液体或气体。一旦有液体或气体泄漏,就有可能引发火灾、爆炸。
4、洁净室的电气设备较多,线路大多为暗敷,检修比较困难,有了故障及火灾时不易发现。
5、洁净厂房内有许多管道(如通风管、电缆管)相通,发生火灾,火势会顺着管道迅速蔓延。
6、洁净厂房内的走廊、通道管,由于工艺的特殊要求,都布置得迂回曲折,人员疏散困难。
二、鉴于洁净厂房的特殊性和火灾危险性,洁净厂房在建筑设计中应注意以下方面:
1、防火分隔
(1)洁净厂房的耐火等级不应低于二级。防火墙间最大允许占地面积,甲、乙类生产的洁净厂房在“洁规”中已明确规定:丙、丁、戊类生产的洁净厂房应符合现行国家标准《建筑设计防火规范》(以下简称“建规”)的规定。
(2)洁净厂房楼层数的判定和适用规范的建筑物的高度:由于工艺要求,洁净厂房的层高一般较普通厂房高,并需要设置上下技术夹层或技术夹道,有的厂房的技术夹层的高度可达4。5米,夹层内设置一些设备、风机、风管、电缆、气体和液体的输送管道。它与洁净区之间由镂空地板、吊顶或错综复杂的管道上下连通。如果将技术夹层算为独立的一层,防火分隔显然很困难,笔者认为可将上下技术夹层及生产区作为一层来考虑,但应在上下夹层内设置相应的消防设施。例如:上海华虹NEC生产厂房内,洁净区部分上下分三个区域,即上技术夹层(3。6米)、洁净区、下技术夹层(6米,地下空调设备部分)。三个区域之间由于工艺特殊要求,均使用耐火极限达不到楼板要求的材料进行分隔。笔者认为,像这种厂房只能作为一层厂房考虑。但如果上下夹层设置生产设备人员密集的场所时,应按“建规”要求,每层之间设置防火分隔,并达到相应的楼板或隔墙等耐火极限要求。另外,“洁规”和“征求意见”对规范适用的洁净厂房建筑高度有明确的要求。特别是“征求意见稿”明确有关防火和疏散、消防设施章节的规定,不适用于建筑高度超过24米的高层洁净厂房和地下洁净厂房的设计。但笔者认为,在实际设计审核中,建筑高度超过24米的单层洁净厂房或建筑高度超过24米,超过24米的部分为设备用房(不作为洁净室且无人员停留)的洁净厂房仍适用规范。
(3)洁净生产区域的认定:“洁规”要求“在一个防火分区内的综合厂房,洁净生产区与一般生产区区域之间应设置非燃烧体隔墙封隔到顶。隔墙及其相应的耐火极限不应低于1小时,隔墙上的门窗耐火极限不低于0。6小时。所谓“一般生产区”即无洁净度要求的生产车间、辅助房间等。“洁净生产区”即有较高洁净房或洁净厂房中的一些污染走道、人员走道、物品通道或现在各种洁净厂房服务或设置在洁净生产区内,只是这些走道部分无法满足洁净要求,但它们与洁净生产使用共同的空气调节系统或工艺的流程要求,它们之间无法作严格的防火分隔。笔者认为机械地执行此规范要求,无论在洁净生产工艺方面还是在空气调节系统的设置方面确实有很大的难度。区分“洁净生产区”与“一般生产区”的主要方法还应根据工艺流程和空气调节系统的实际情况,即同一工艺流程或使用同一空气调节系统的生产区可视为一个区域。
2、安全疏散
(1)安全出口与疏散通道:在洁净厂房的设计中,人员的安全疏散是尤为重要,也是较复杂的。“洁规”要求每一生产层、每一防火分区或每一洁净区的安全出口数量,均不应少于二个,且安全出口应当分散布置。其疏散距离符合“建规”的要求。“建筑”等规范要求疏散道的隔墙应采用耐火极限不低于1。00h的不燃烧体与生产区和建筑的其他部分隔开。以上情况对于洁净厂房均为理想的疏散体系。然而在大多洁净厂房内,由于工艺流程、设备布置的要求,设置独立的疏散走道很困难,厂房内疏散走道均与洁净生产区内人流、物流路线合二为一。所谓的走道隔墙大多是洁净室的隔墙,而现今的洁净室隔墙板材均达不到1。00h的耐火极限。因此笔者认为由于洁净厂房内的人流、物流复杂曲折,首先,设计时应尽量使疏散路线与工艺流程分隔开,满足从任何一处生产地点至安全出口不经过曲折的人员净化路径,应直接明了避免曲折,且在走上设置明显的指示标志;其次,洁净厂房内设置了早期报警探测器和自动喷淋灭火系统,其对疏散的要求也可适当放宽,走道隔墙的耐火极限可适当降低,耐火极限应尽量不小于0。5h,但必须采取不燃材料。对于不同生产危险、不同性质的洁净厂房,应根据实际情况,考虑设置相应较完善的疏散体系。另外,顺便提出,在洁净厂房中,由于洁净生产的特殊工艺要求,人们进出的路径往往是单一或单向的,特别是喷淋部分的门,均使用空气锁或其它特殊的控制方法。一旦发生火灾或其它事故应有可靠的措施打开被控制的门,保证人员的疏散。
(2)火灾扑救出入口的要求:由于洁净厂房是个封闭间,一旦发生火灾,给消防队员的扑救带来困难,因此规范要求洁净厂房的外墙应设可供消防队员通往厂房洁净区的专用消防口,消防口的间距不大于80m,其宽度不应小于750mm,高度不小于1900mm,应有明显标志,消防口平时可封闭,使用时由消防队员从室外打开。设计中在厂房内的火灾扑救入口门应尽量开设在楼梯间内或疏散走道上,保证灭火人员的自身安全。
3、室内装修
在洁净厂房中,还应注意装修材料的使用。洁净区内的走道隔墙、房间隔墙、吊顶、地板,其内装修的构筑龙骨和保湿层均应采用非燃烧体或难燃烧体。根据目前掌握的资料,洁净厂房内大量使用的板材大多达不到“建规”的耐火极限要求。所以在选用时,应尽量考虑经过耐火极限试验的板材,对其中保湿层的选用应考虑使用发烟量少、燃烧后烟气无毒性或不产生窒息性物质的材料。
洁净厂房内的风管和水管的保温材料(及其粘合剂)均应尽量采用不燃材料。厂房内采电的电缆、电线及电缆线槽应采用燃电缆和防火线槽,穿越板材的电气线路应尽量做到金属管保护,减少火灾发生的可能和火势蔓延的途径。
三、消防设施的设置在洁净厂房设计中也是非常重要
1、室内消火栓系统和自动喷啉灭火系统设置
“征求意见稿”中要求,洁净厂房生产及上下夹层内应设置室内消火栓系统和灭火器外,特别是电子工业洁净厂房的生产区及更衣室内,宜设置预作用自动喷水灭火系统。笔者认为,设置自动喷水灭火设施的要求是对洁净厂房消防措施的一大进步,打破了过去洁净厂房不设置自动喷水灭火设施的惯例,也是对洁净厂房内不够完善的疏散体系和大量使用可燃、易燃物的一种较好的补救措施。但具体如何设置和使用仍应进一步探讨。笔者认为室内消火栓系统和自动喷淋灭火系统的设置应考虑以下几个方面:
首先,“征求意见稿”中对设置自动喷水设施只限定于电子工业,笔者认为这主要由于部分医药类洁净生产中含细菌灭菌要求,一旦发生火灾进行灭火时,这些细菌不经过灭菌处理直接扩散到洁净生产区外会造成重大的细菌污染故事。这些有二次灾害污染可能的场所不宜设置自动喷水灭火设施,包括设置室内消火栓系统时也应考虑管道平时不宜充水。一旦发生火灾时,应确认灭火用水不会造成二次污染时再进行施救。鉴于以上情况,笔者认为,对于没有二次污染可能的各种洁净室,均应考虑设置室内消火系统和自动喷水灭火系统。
其次,室内消灭火栓系统的给水管和消火栓设置应符合《建规》的有关要求。自动喷水灭火系统的设置应考虑喷头的选用和配水支管安装的位置。一般一万级、十万级的洁净厂房安装普通喷头对空气洁净等级并无影响。十级、百级由于洁净度的要求在喷头选用和安装时应考虑喷头对洁净等级的影响。另外十级、百级内如设置喷头,应考虑选用可以让配水支管安装的顶部龙骨支架。一般欧美国家均具有在十级、百级场所内设置喷头的要求和能力。
由于洁净厂房一方面发生火灾后损失严重,另一方面消防设施误动作后会造成生产设备的水渍损失并且影响洁净度的要求,所以配备完善可靠的火灾自动报警系统就显得十分重要。由于洁净厂房内往往采用自上而下或水平的强制气流送风的方法来达到洁净度要求,洁净室内风速偏高,使安装在吊顶上的普通感烟探测器基本无效。因此必须根据洁净厂房的实际情况来选择探测器的种类。笔者认为洁净厂房内宜采用超灵敏度探测器即早期报警探测器以保证探测效果。这种探测器使用于洁净度要求高,利用送回风竖井输送洁净气流的生产区。此探测器设置在洁净室回风口或空高系统回风竖井口处,检测洁净厂房内的火灾初期的状态。它的工作原理大致是,由设置在回风处的采样孔,通过探测器内的吸引风机,把目标区域内的空气吸引到探测器内,通过激光分析或其它方法来监测被吸气流的烟浓度,并生成电传输信号,达到确定火灾的目的。由于此类探测器的早期报警,特别是在火灾发生初期阶段就能探测到异常情况,有利于提早发现火灾或其它事故的发生。然而此类探测器往往只能探测一套空气调节系统的范围而不能探测到具体发生火灾的房间地址,所以在适用此种探测器同时,还应设置其它探测器如光电探测器、红外线探测器来作为确认具体着火房间的地址。对于一些无强制气流的技术夹层,仍可设置一般的感烟探测器。
2、防排烟和空气调节系统
洁净厂房由于无可开启外窗,一旦发生火灾,没有足够的开启面积作自燃排烟。然而,在“建规”和“洁规”中均未对厂房高机械排烟系统提出要求,笔者认为,封闭式的洁净厂房内应设置机械排烟系统,排烟系统可与事故排气系统合用。而由于洁净室空气处理的特殊情况,因此排气和排烟口的设置,以及与送风系统服务的范围设置防烟分区,火灾时打开着火防烟分区内的排烟口,关闭送风口。如设置多个排烟分区相邻防烟分区的送风系统仍然开启作为排烟系统的补风系统,送风量应不小于排烟量的50%。
洁净厂房空调系统是整个厂房的一个重要系统,其风管纵横交错,一旦发生火灾,烟气会通过风管向其它区域蔓延。所以风管防火阀的设置除应符合“建规”中的要求外,在穿越竖向送风井道或穿越分隔“一般生产区”和“洁净生产区”的耐火极限1小时隔墙时应安装防火阀。整个空气调节系统应在火灾确认后,通过火灾自动报警系统关闭着火区内的送风系统。
3、消防通讯设施
由于洁净厂房室内大量使用金属板材,一般屏蔽效果很强。所以在洁净厂房内应设置一套完善的消防通讯设施。这套设施不仅为内部职工在发生火灾后报警和通讯使用,更应提供参与灭火的消防官兵使用,以确保火场通讯的畅通,减少不必要的通讯中断和通讯故障,以确保灭火人员的生命安全。
结论
洁净厂房是一类特殊的生产厂房,对其防火设计除应满足规范基本要求外,更应因地制宜、实事求是的制定设计方案。另外在满足建筑防火设施时,应提倡对一些生产的关键设备、使用易燃爆气液体的设备或价值昂贵的设备的自带灭火设施。