高大空間水噴淋滅火試驗(yàn)

徐明俊，陸守香

(中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 火災(zāi)科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,合肥 230027)

?

高大空間水噴淋滅火試驗(yàn)

徐明俊，陸守香

(中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 火災(zāi)科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,合肥 230027)

針對高大空間自動噴水滅火系統(tǒng)的滅火有效性問題，在噴頭安裝高度為9 m和12 m 2種高度下進(jìn)行不同噴水強(qiáng)度的滅火試驗(yàn)。結(jié)果表明，噴淋噴水強(qiáng)度從5～11 L/(min·m2)均能撲滅木垛火，但從滅火時間及耗水量角度出發(fā)，噴淋噴水強(qiáng)度從8 L/(min·m2)增加到11 L/(min·m2)，滅火時間及耗水量略微減少，而噴水強(qiáng)度為5 L/(min·m2)時，對應(yīng)的滅火時間及耗水量較前兩者大很多。建議在凈空高度不超過12 m的高大空間安裝自動噴水滅火系統(tǒng)時，其噴水強(qiáng)度應(yīng)由標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的不低于5 L/(min·m2)適當(dāng)增加。

高大空間；水噴淋；木垛

高大空間指民用和工業(yè)建筑物凈空高度大于8 m，倉庫建筑物內(nèi)凈空高度大于12 m的場所[1]。隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，越來越多的建筑內(nèi)出現(xiàn)高大空間，如豪華酒店、中庭、會展中心、電影院等。由此也帶來了一系列的消防保護(hù)問題[2-5]。。FM Global進(jìn)行了5組噴頭安裝高度為18.3 m的水噴淋滅火試驗(yàn)，噴水強(qiáng)度為18 L/(min·m2)時可有效控制火情[6]；國內(nèi)天津消防所進(jìn)行了噴頭安裝高度為16 m的滅火試驗(yàn)，對于ZSTX-20的噴頭，噴水強(qiáng)度為20 L/(min·m2)可以被激活而開始噴水，但滅火效果難以令人滿意，而對于噴頭ELO-231，噴水強(qiáng)度為22 L/(min·m2)時，不但可以及時工作而且滅火效果很好[7]。同時，數(shù)值模擬試驗(yàn)表明噴頭可在火源起火后8～10 min被激活開始工作[8]。天津消防研究所進(jìn)行了5組高大空間滅火試驗(yàn)，探究凈空高度、噴頭類型、噴水強(qiáng)度對控滅火效果的影響[9]。但是，由于空間結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性導(dǎo)致高大空間的滅火試驗(yàn)數(shù)據(jù)較少，有必要補(bǔ)充這一領(lǐng)域的數(shù)據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)裝置

試驗(yàn)在中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室全尺寸大空間火災(zāi)綜合實(shí)驗(yàn)廳進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)廳如圖1所示。實(shí)驗(yàn)廳外部空間尺寸為長×寬×高=30.6 m×18.6 m×30.6 m，內(nèi)部實(shí)驗(yàn)空間凈尺寸為長×寬×高=22.4 m×11.9 m×27.0 m。

實(shí)驗(yàn)廳為6層，廳內(nèi)空間1～6層相通，為長方體空腔，外圍為回廊結(jié)構(gòu)，每層均有若干窗戶(l.5 m×1.5 m)通向廳外。頂層窗戶可用于自然排煙，下層窗戶和門可以用于排煙補(bǔ)風(fēng)。西墻卷簾門和南墻卷簾門高度可以自由調(diào)節(jié)，最大開口寬×高=4 m×5 m和2 m×3 m。

試驗(yàn)中，火源為200 kg的木垛，如圖 2所示，單個木垛由2根100 mm×150 mm×2 400 mm，13 根100 mm×100 mm×1 200 mm和28根50 mm×100 mm×1 200 mm的木條構(gòu)成。試驗(yàn)?zāi)径馔鈬L×寬×高=1.2 m×1.2 m×0.75 m[10]，火源功率約為2.7 MW。試驗(yàn)時，將木垛安放在高度為400 mm高的鋼架上且位于4只開式噴頭正下方。試驗(yàn)噴頭安裝高度為12,9 m，熱電偶沿4只噴頭中心線布置用以記錄試驗(yàn)過程中火場溫度變化情況。試驗(yàn)中，噴頭安裝高度為12 m時，各熱電偶的布置高度為12,9,8,6,4 m；噴頭安裝高度為9 m時，各熱電偶的布置高度為9,8,6,4 m。木垛的垂直高度為1.15 m。使用K型鎧裝熱電偶，測試精度±2℃，量程0～1 100℃。

2 結(jié)果與討論

1)工況1。木垛自由燃燒試驗(yàn)。油池火引燃木垛，待油池燃料燃盡，木垛自由燃燒20 min后滅火。點(diǎn)燃油盤時開始計時，火焰高度迅速達(dá)到4.0～5.0 m，(4 min 7 s)油池火作用可忽略。此時，木垛已被引燃，火焰高度逐漸降低至約1.5 m，自由燃燒約20 min。木垛被引燃后，在自由燃燒階段火場溫度雖有波動，但總體呈現(xiàn)較為穩(wěn)定狀態(tài)。油池火熄滅后，預(yù)燃6 min可以達(dá)到穩(wěn)定燃燒階段，火場溫度變化如圖3所示。

2)工況2。噴頭安裝高度為12 m，噴水強(qiáng)度11 L/(min·m2)。試驗(yàn)過程描述：00:00:00點(diǎn)燃庚烷，火焰不斷升高至4.0～5.0 m，00:02:39油盤火熄滅，火焰高度下降至約1.5 m，00:09:53啟動水泵，00:11:37開始噴水，火焰高度不斷減小、熱電偶處溫度數(shù)據(jù)持續(xù)減小，00:14:13火焰被撲滅，持續(xù)噴水1 min后，停止噴水，火源未復(fù)燃。如圖4所示為工況2火場溫度變化情況，木垛被引燃后，繼續(xù)預(yù)燃6 min以確?；鹪催_(dá)到相對穩(wěn)定的燃燒階段，啟動水泵使噴頭以一定噴水強(qiáng)度噴水滅火，可以發(fā)現(xiàn)：此工況下，從噴淋啟動到火焰熄滅耗時2 min 36 s，單只噴頭耗水量為257 L。另外，噴淋啟動后，火場溫度迅速下降至常溫，可見噴淋系統(tǒng)具有很好的控滅火性能。

3)工況3。噴頭安裝高度為12 m，噴水強(qiáng)度為8 L/(min·m2)。試驗(yàn)過程描述：00:00:00點(diǎn)燃庚烷，火焰不斷升高至約4.5 m，00:02:53油盤火熄滅，火焰高度下降至約1.5 m，00:09:26啟動水泵，00:10:08開始噴水，火焰高度不斷減小、熱電偶處溫度數(shù)據(jù)持續(xù)減小，00:12:53火焰熄滅，持續(xù)噴水1 min后，停止噴水，火源未復(fù)燃。如圖5所示，木垛被引燃后，繼續(xù)預(yù)燃6 min，啟動水泵使噴頭以一定噴水強(qiáng)度噴水滅火，此工況下，從噴淋啟動到火焰熄滅耗時2 min 45 s，單只噴頭耗水量為198 L。另外，從噴淋開始作用于火源，火場溫度迅速下降至常溫，證明噴淋滅固體火的有效性。

4)工況4。噴頭安裝高度為12 m，噴水強(qiáng)度為5 L/(min·m2)。試驗(yàn)過程描述：00:00:00點(diǎn)燃庚烷，火焰不斷升高至4.0 ～5.0 m，00:03:33油盤火未熄滅，但對火源高度影響已可以忽略，油盤中的明火由于木垛燃燒產(chǎn)生的碳層墜落入油盤后繼續(xù)燃燒所致，火焰高度下降至約1.5 m，00:09:57啟動水泵，00:10:19開始噴水，火焰高度減小、熱電偶處溫度數(shù)據(jù)持續(xù)減小，00:15:39火焰未完全熄滅，但火焰極小，00:16:50火勢明顯受到控制，由于煙氣影響，看不清是否有明火存在，持續(xù)噴水1 min后，停止噴水，火源未復(fù)燃。如圖6所示，木垛被引燃后，繼續(xù)預(yù)燃6 min，啟動水泵使噴頭以一定噴水強(qiáng)度噴水滅火，此工況下，噴頭安裝高度為12 m，噴水強(qiáng)度為5 L/(min·m2)，從噴淋啟動到火焰熄滅耗時6 min 31 s，單只噴頭耗水量為293 L。另外，從噴淋開始作用于火源，火場溫度迅速下降至常溫，再次證明噴淋滅固體火的有效性。

5)工況5。噴頭安裝高度為9 m，噴水強(qiáng)度為8 L/(min·m2)。試驗(yàn)過程描述：00:00:00點(diǎn)燃庚烷，火焰不斷升高至4.0 ～5.0 m，00:03:30油盤火未熄滅，但對火源高度影響已可以忽略，油盤中的明火由于木垛燃燒產(chǎn)生的炭層墜落入油盤后繼續(xù)燃燒所致，火焰高度下降至約1.5 m，00:09:33啟動水泵，00:10:13開始噴水，火焰高度不斷減小、熱電偶處溫度數(shù)據(jù)持續(xù)減小，00:12:25火焰未完全熄滅，但火焰極小，00:13:47火焰熄滅，由于煙氣影響，看不清是否有明火存在，持續(xù)噴水1 min后，停止噴水，火源未復(fù)燃。如圖 7所示，木垛被引燃后，繼續(xù)預(yù)燃6 min，啟動水泵使噴頭以一定噴水強(qiáng)度噴水滅火，此工況下，從噴淋啟動到火焰熄滅耗時2 min 50 s，單只噴頭耗水量為204 L。另外，從噴淋開始作用于火源，火場溫度迅速下降至常溫，再次證明噴淋滅固體火的有效性。

6)工況6。噴頭安裝高度為9 m，噴水強(qiáng)度為5 L/(min·m2)。試驗(yàn)過程描述：00:00:00點(diǎn)燃庚烷，火焰不斷升高至4.0～5.0 m，00:03:41油盤火未熄滅，但對火源高度影響已可以忽略，油盤中的明火由于木垛燃燒產(chǎn)生的炭層墜落入油盤后繼續(xù)燃燒所致，火焰高度下降至約1.5 m，00:10:27啟動水泵，00:11:17開始噴水，火焰高度不斷減小、熱電偶處溫度數(shù)據(jù)持續(xù)減小，00:12:31火焰未完全熄滅，但火焰極小，00:13:24火焰熄滅，由于煙氣影響，看不清是否有明火存在，持續(xù)噴水1 min后，停止噴水，火源未復(fù)燃。如圖 8所示，木垛被引燃后，繼續(xù)預(yù)燃6 min，啟動水泵使噴頭以一定噴水強(qiáng)度開始滅火。此工況下，從噴淋啟動到火焰熄滅耗時4 min 46 s，單只噴頭耗水量為214 L。另外，從噴淋開始作用于火源，火場溫度迅速下降至常溫，再次證明噴淋滅固體火的有效性。

3 結(jié)論

1)當(dāng)噴頭安裝高度為12 m或者9 m時，噴水強(qiáng)度為11、8、5 L/(min·m2)均可以熄滅木垛火。滅火時間隨著噴水強(qiáng)度的增加而減少。

2)當(dāng)噴頭安裝高度為12 m時，噴水強(qiáng)度從8 L/(min·m2)增加至11 L/(min·m2)，滅火時間相差不大，而前者的耗水量更少；然而，噴水強(qiáng)度為5 L/(min·m2)時，滅火時間較前兩者長，且用水量較大。

3)當(dāng)噴淋噴水強(qiáng)度為8 L/(min·m2)，噴頭安裝高度從9 m增加到12 m時，滅火時間及耗水量變化較?。?/p>

4)當(dāng)噴淋噴水強(qiáng)度為5 L/(min·m2)時，噴頭安裝高度為9 m所對應(yīng)的滅火時間及耗水量小于安裝高度為12 m的工況。

木垛火可被噴水強(qiáng)度為5 L/(min·m2)噴淋系統(tǒng)控制住，但是從滅火時間及耗水量的角度看，適當(dāng)?shù)卦黾訃娏車娝畯?qiáng)度可以減少滅火時間和耗水量。

[1] 游素珍.淺談民用建筑中高大空間滅火系統(tǒng)的設(shè)計[J].給水排水，2011，37：74-77.

[2] 史聰靈.大空間倉室火災(zāi)增長特性及煙氣蔓延規(guī)律研究[D].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2005.

[3] 宋波，李毅，劉欣,等.高架倉庫實(shí)體火災(zāi)的實(shí)驗(yàn)研究[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2009,28(4)：155-157.

[4] 游宇航.機(jī)械排煙與水噴淋作用下大空間倉室火災(zāi)及煙氣特性研究[D].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2007.

[5] 楊丙杰，陳民.高大凈空場所采用閉式自動噴水滅火系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].給水排水，2005，31：71-74.

[6] NAM S, BRAGA A, KUNG H C, et al. Fire protection for non-storage occupancies with high ceiling clearances[C]. Proceedings of the 7th International Symposium on Fire Safety Science, 2002:493-504.

[7] 宋波，楊丙杰，李毅，等.高大凈空場所火災(zāi)實(shí)體滅火試驗(yàn)研究[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2009，28：912-915.

[8] 宋波，楊丙杰，劉欣，等.凈空場所自動噴水滅火系統(tǒng)灑水噴頭動作時間研究[J].火災(zāi)科學(xué)，2011，20:161-166.

[9] KUNG H C, SONG B, LI Y, et al. Sprinkler protection of non-storage occupancies with high ceiling clearance [J], Fire safety journal,2012，54:49-56.

[10] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.自動噴水滅火系統(tǒng)第1部分：灑水噴頭：GB5135—2003[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

Sprinkler Fire Suppression Experiments in Large Space

XU Ming-jun, LU Shou-xiang

(State Key Laboratory of Fire Science, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China)

In order to study the effectiveness of sprinkler fire suppression in large space, six fire tests were conducted at 9 m or 12 m with different discharge density of 5 ～ 11 L/minom2. The results showed that the fire can be extinguished for each experiment. But from the perspective of the fire extinguished time and the water consumption, the value is larger for 5 L/minom2discharge density than that of 8 L/minom2and 11 L/minom2discharge density. The fire extinguished time and the water consumption decrease slightly with the increase of discharge density from 8 L/minom2 to 11 L/minom2. So it is suggested that the discharge density can be increased properly from 5 L/minom2in larger space with sprinkler.

larger space; sprinkler; crib

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.03.021

2017-01-18

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助(WK2320000034)

徐明俊(1990—)，男，博士生

研究方向：水霧滅火機(jī)理

U664.88

A

1671-7953(2017)03-0094-04

修回日期：2017-03-27