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)?，F(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?！陡邔用裼媒ㄖO(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(hù)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(hù)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(hù)端,由客戶(hù)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。