0引言

隨著電動自行車^[1]的普及和市場規(guī)模的不斷擴大,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設施。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風險,一旦發(fā)生火災,不僅會造成嚴重的財產(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,但在實際應用中,由于鋰電池燃燒時間長且內(nèi)部化學反應復雜,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,更適合應對鋰電池火災。本文旨在設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,實現(xiàn)對換電柜內(nèi)電池狀態(tài)的實時監(jiān)測與快速響應。該系統(tǒng)能夠在電池異常發(fā)熱或起火時,立即切斷電源,啟動噴水裝置進行滅火,有效遏制火災蔓延,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的理論體系,也為實際工程應用提供了重要的技術參考。

1 智能換電柜及其火災風險分析

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備,其核心在于利用智能化技術為電動自行車提供快速、便捷的電池更換或充電服務。它能自動偵測電動自行車電量,并根據(jù)預設標準啟動充電程序,有效保護電池免受損害,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)機方式,能實時檢測工作狀態(tài),及時發(fā)現(xiàn)并響應故障。隨著電動自行車市場的擴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)絡化,能為用戶提供更加高效的個性化服務。同時,政府政策支持也為行業(yè)發(fā)展提供了保障。然而,智能換電柜在實際應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,將造成巨大經(jīng)濟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,預防火災事故發(fā)生,是當前行業(yè)亟待解決的問題,也是水消防滅火技術應用的重要性和緊迫性所在。

2水消防滅火技術原理

水消防滅火技術^[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、響應速度、對設備的影響等。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)進行聯(lián)動,如煙霧報警系統(tǒng)、溫度監(jiān)測系統(tǒng)等。當這些系統(tǒng)檢測到異常情況時,可以觸發(fā)水消防系統(tǒng)進行滅火操作。

3水消防滅火系統(tǒng)設計

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立的電磁閥,這些電磁閥負責控制對應電池倉上部的噴淋頭的水路通斷。當系統(tǒng)內(nèi)置的溫感裝置檢測到火災時,會迅速響應并觸發(fā)電磁閥打開,使水通過噴淋頭噴灑出來,直接對火源進行滅火。噴淋頭的設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)式的水路設計不僅減少了水資源的浪費,還保證了系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定運行。整個系統(tǒng)采用電磁閥來實現(xiàn)對水路的精確控制,確保了在火災發(fā)生時能迅速、準確地啟動滅火操作。這種設計使得換電柜水消防滅火系統(tǒng)成為一種高效、可靠的火災應對方案。備用電池能滿足1 h的供電,放于柜體頂部,當電池異常觸發(fā)水消防系統(tǒng)時,市電斷開,由備用電池供電。

3.2結構材料選型分析

本設計在結構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構框架主要由鈑金焊接而成,這種材料選擇提供了良好的強度和穩(wěn)定性。特別值得一提的是,本方案的一個創(chuàng)新亮點是利用鈑金框架的豎梁和橫梁同時作為回水梁,實現(xiàn)了結構與功能的二合一,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)的設計中,根據(jù)實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)定運行。

本設計在結構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)新的設計思路,實現(xiàn)了換電柜水消防滅火系統(tǒng)的高效、可靠運行。

4水箱置頂和置底優(yōu)缺點分析

4.1水箱置頂方案優(yōu)缺點

1)優(yōu)點:利用自然流水機制,確保水迅速流向電池倉滅火;自動加壓,實現(xiàn)快速有力滅火;可能增強整體結構穩(wěn)定性;頂部加水操作相對方便。

2)缺點:密封性要求高,制造難度和漏水風險加大;需要復雜循環(huán)系統(tǒng),制造成本提高;設計或安裝不當可能帶來穩(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

1)優(yōu)點:密封要求較低,漏水風險減小;水循環(huán)系統(tǒng)簡化,制造成本降低;底部重量增加,結構穩(wěn)定性增強。

2)缺點:消防響應可能延時1~3 s,需要更精細的聯(lián)動設計。

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

5消防測試與結果分析

5.1消防測試要求

1)獨立消防電源:系統(tǒng)應配備獨立的消防電源,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)的正常運行。

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

3)試驗過程安全要求:在試驗過程中,應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]與復燃測試:從肉眼可見明火起,系統(tǒng)應在5 min內(nèi)撲滅火災,并在隨后的15 min內(nèi)無復燃現(xiàn)象。同時,除熱失控觸發(fā)的電池外,其他電池應無熱失控現(xiàn)象。

5)后臺預警信息:消防系統(tǒng)啟動后,后臺應能第一時間收到預警信息,以便及時采取進一步的應急措施。

5.2測試結果分析

測試現(xiàn)場及相關數(shù)據(jù)如圖3所示。

1)火災觸發(fā)與響應: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)。這一結果表明,系統(tǒng)的火災探測功能靈敏可靠,能夠及時響應火災事件。

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)無復燃的要求。這表明系統(tǒng)的滅火效果穩(wěn)定可靠。

4)獨立消防電源表現(xiàn):在市電被切斷后,獨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,遠超測試要求的60 min。這顯示了獨立消防電源的強大續(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)能夠迅速響應火災事件、高效撲滅明火、防止復燃,并具備長時間的獨立供電能力。同時,后臺預警信息的及時傳遞也為應急處理提供了有力支持。

6結束語

本研究針對智能換電柜的消防安全需求,設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,實現(xiàn)了對換電柜內(nèi)電池狀態(tài)的實時監(jiān)測與快速響應。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行滅火,有效遏制火災蔓延,保障人員與財產(chǎn)安全。

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

本文不僅豐富了智能換電柜消防技術的理論體系,也為實際工程應用提供了重要的技術參考。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的發(fā)展,為城市的短途出行提供更加安全、便捷的服務。

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2024年第22期第8篇