1、概述
自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)是一種在發(fā)生火災(zāi)時(shí),能自動(dòng)打開(kāi)噴頭噴水滅火并同時(shí)發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)的消防滅火設(shè)施。與傳統(tǒng)的消火栓滅火系統(tǒng)相比,自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)具有自動(dòng)噴水、自動(dòng)報(bào)警和初期火災(zāi)降溫等優(yōu)點(diǎn),因此能有效控制、撲滅初期火災(zāi)。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于建筑消防中。根據(jù)《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50084-2001)第4.1.1條規(guī)定:自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)應(yīng)在人員密集、不易疏散、外部增援滅火與就生較困難的性質(zhì)重要或火災(zāi)危險(xiǎn)性較大的場(chǎng)所中設(shè)置。《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50045-95)第7.6.1條、7.6.2條、7.6.3條、7.6.4條中也明確指出自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)設(shè)置的場(chǎng)所,尤其是高層建筑和火災(zāi)隱患較大的建筑。自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)的可靠性已經(jīng)過(guò)了時(shí)間的檢驗(yàn)。然而,隨著社會(huì)的飛速發(fā)展,火災(zāi)的安全隱患不斷加大,因此對(duì)自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)的要求也會(huì)隨之提高。
2、自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)存在問(wèn)題
自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)的可靠性已毋庸置疑,然而在設(shè)計(jì)施工和運(yùn)行維護(hù)中出現(xiàn)的問(wèn)題卻影響到滅火的效果。例如在設(shè)計(jì)時(shí),噴頭布置不當(dāng)或者在日后的使用中重新劃分防火分區(qū)而導(dǎo)致噴頭作用面積不足,出現(xiàn)噴水盲點(diǎn)；在施工過(guò)程中油漆、涂料等附著在噴頭熱敏元件上,延遲噴頭響應(yīng)時(shí)間；噴淋體統(tǒng)管網(wǎng)缺少減壓裝置,導(dǎo)致管道壓力過(guò)大,管道破裂漏水留下水漬；屋頂水箱直接連接到噴淋系統(tǒng)管網(wǎng)而沒(méi)有經(jīng)過(guò)報(bào)警閥等。種種問(wèn)題影響到自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)控火、滅火的可靠性和系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,其中zui為嚴(yán)重的就是噴頭作用面積不足而存在的噴水盲點(diǎn)。因此探索測(cè)試自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)性能的方法,找出噴頭保護(hù)不到的區(qū)域就顯得尤為重要。
3、測(cè)試自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)性能的方法
理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,測(cè)試噴頭的保護(hù)面積,消除噴頭保護(hù)區(qū)域的盲點(diǎn),提高自動(dòng)噴淋系統(tǒng)的可靠性在實(shí)際應(yīng)用上具有很大的意義。
國(guó)內(nèi)外針對(duì)噴頭噴水強(qiáng)度在空間上的分布已有過(guò)專(zhuān)門(mén)的研究。例如中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室做過(guò)的噴淋液滴運(yùn)動(dòng)軌跡及有效控制半徑的理論模型研究。研究通過(guò)對(duì)單個(gè)液滴水平和豎直方向上的速度建立數(shù)學(xué)模型,分析得出初始噴射角、初始速度和粒徑是決定噴頭保護(hù)面積的決定性因素。美國(guó)伊利諾州西北大學(xué)應(yīng)用粒子成像測(cè)速法(PIV)測(cè)量噴頭附近液滴運(yùn)行速度,得到幾個(gè)典型噴頭在不同角度和不同方位情況下的速度分布。相比較已經(jīng)得出的偏于理論的研究成果,如果可以建立一套簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)裝置直觀的反映出單個(gè)噴頭噴水液滴在空間的強(qiáng)度分布情況,并以此裝置為基礎(chǔ)得出整個(gè)噴淋系統(tǒng)噴水強(qiáng)度分布情況,就可以確定自動(dòng)噴淋系統(tǒng)的噴水性能,找到噴頭作用面積保護(hù)不到的地方。這對(duì)自動(dòng)噴淋系統(tǒng)的發(fā)展有著十分重要的作用。
建立一套實(shí)驗(yàn)裝置,以測(cè)定噴頭噴水量在作用面積上的噴水強(qiáng)度與噴頭出流量、出流壓力、作用高度和噴水半徑關(guān)系來(lái)更好的確定自動(dòng)噴淋系統(tǒng)的噴頭布置為實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。以流量作為主要變?因流量分布直接影響到自動(dòng)噴淋系統(tǒng)的控火、滅火效果。以單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)噴頭為主要研究對(duì)象,從單個(gè)噴頭得到的結(jié)論拓展研究?jī)蓚€(gè)、多個(gè)噴頭共同作用下的噴水強(qiáng)度分布情況,以期結(jié)合計(jì)算機(jī)分析應(yīng)用于工程甚至在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng),測(cè)試任意自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)是否可以達(dá)到滅火要求。
實(shí)驗(yàn)通過(guò)水泵將水提升至實(shí)驗(yàn)室屋頂水箱,之后自流供水經(jīng)壓力調(diào)節(jié)閥、蝶閥、壓力表和流量計(jì)至固定在支架上的標(biāo)準(zhǔn)噴頭。通過(guò)噴頭前設(shè)置的閥門(mén)控制噴頭出流水量、水壓,通過(guò)流量計(jì)、壓力表測(cè)出水量、水壓。另外,通過(guò)改變支架活動(dòng)橫桿的位置來(lái)調(diào)節(jié)噴頭距離地面高度。這樣就可以做到在確定水量、水壓、高度三個(gè)變量中任意兩個(gè)變量的情況下,噴水強(qiáng)度和單一變量之間的關(guān)系。在噴頭噴水覆蓋面積內(nèi)放置一定數(shù)量的燒杯(配量筒),噴水強(qiáng)度的測(cè)試由在噴頭作用面積內(nèi)安裝的固定燒杯(配量筒)直觀得出結(jié)果。在作用面積上設(shè)置積水坑,收集噴灑下來(lái)的水,通過(guò)水泵再次提升至屋頂水箱實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)使用。分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),在坐標(biāo)紙上描出噴水強(qiáng)度與水量、水壓、高度等變量的曲線,從而利用高等數(shù)學(xué)的知識(shí)分析數(shù)據(jù)得到噴水強(qiáng)度與變量的方程。實(shí)驗(yàn)中主要調(diào)節(jié)的變量為,噴頭出水流量Q、噴頭出水壓力P和噴頭距地面作用高度H。采用單變量法,改變?nèi)我蛔兞繑?shù)值,固定其他變量,分別測(cè)量噴頭保護(hù)面積的半徑R及保護(hù)面積內(nèi)各點(diǎn)噴水強(qiáng)度qr具體步驟如下。
(1)固定噴頭出水流量Q和噴頭出水壓力P,移動(dòng)固定噴頭的支架橫桿調(diào)節(jié)噴頭作用高度H,讀取壓力表和流量計(jì)讀數(shù),測(cè)量噴頭作用高度與噴頭保護(hù)面積半徑R及保護(hù)面積內(nèi)各點(diǎn)噴水強(qiáng)度qr。
(2)固定噴頭作用高度H和噴頭出水流量Q,調(diào)節(jié)蝶閥改變噴頭出水壓力P,讀取壓力表和流量計(jì)讀數(shù),測(cè)量噴頭作用高度與噴頭保護(hù)面積半徑R及保護(hù)面積內(nèi)各點(diǎn)噴水強(qiáng)度qr。
(3)固定噴頭作用高度H和噴頭出水壓力P,調(diào)節(jié)蝶閥改變噴頭出水流量Q,讀取壓力表和流量計(jì)讀數(shù),測(cè)量噴頭作用高度與噴頭保護(hù)面積半徑R及保護(hù)面積內(nèi)各點(diǎn)噴水強(qiáng)度qr。
具體實(shí)驗(yàn)裝置如圖1。

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置
通過(guò)對(duì)單一標(biāo)準(zhǔn)噴頭的實(shí)驗(yàn),得到噴水強(qiáng)度與噴水水量、噴水水壓和噴頭作用高度的關(guān)系,應(yīng)用數(shù)學(xué)模型算出噴頭的保護(hù)面積,從而得到影響自動(dòng)噴淋系統(tǒng)保護(hù)面積的因素。以本實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),找出多個(gè)噴頭共同作用下影響噴頭噴水強(qiáng)度的因素,測(cè)試自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)的性能,在今后的自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)的發(fā)展中無(wú)疑有著十分廣闊的空間。
4、本實(shí)驗(yàn)對(duì)于自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)的發(fā)展前景
自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)因其可靠的性能在當(dāng)今得到廣泛的應(yīng)用。然而,由于設(shè)計(jì)施工和運(yùn)行維護(hù)中存在的問(wèn)題卻使自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)的性能不能得到zui為有效地發(fā)揮。以單一標(biāo)準(zhǔn)噴頭的實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),拓展到由多個(gè)噴頭互相作用組成的自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng),找到噴水強(qiáng)度的分布規(guī)律和影響噴頭噴水強(qiáng)度的因素,就可以確定噴淋系統(tǒng)中的噴水強(qiáng)度保護(hù)的zui大面積是否達(dá)到建筑的防火要求。
以此種理論模型為依托,可以設(shè)計(jì)一種儀器應(yīng)用于工程。便攜的儀器作為客戶端可以輸入噴頭的水量水壓以及作用高度這些簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)經(jīng)客戶端傳輸?shù)戒浫肓藝婎^保護(hù)面積與變量關(guān)系的數(shù)學(xué)模型的計(jì)算機(jī)終端上進(jìn)行分析。分析得到噴頭作用面積返回至客戶端,由客戶端判斷自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)的噴頭布置是否達(dá)到建筑的防火要求。這樣可以避免因設(shè)計(jì)或者施工中存在的問(wèn)題而影響到自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)的可靠性,并對(duì)其經(jīng)行實(shí)時(shí)的在線監(jiān)測(cè)?？傊?自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)有著很大的發(fā)展空間需要我們來(lái)不斷地探索和發(fā)掘。