高大空間水噴淋滅火試驗

徐明俊，陸守香

(中國科學技術大學 火災科學國家重點實驗室,合肥 230027)

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高大空間水噴淋滅火試驗

徐明俊，陸守香

(中國科學技術大學 火災科學國家重點實驗室,合肥 230027)

針對高大空間自動噴水滅火系統的滅火有效性問題，在噴頭安裝高度為9 m和12 m 2種高度下進行不同噴水強度的滅火試驗。結果表明，噴淋噴水強度從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，噴淋噴水強度從8 L/(min·m2)增加到11 L/(min·m2)，滅火時間及耗水量略微減少，而噴水強度為5 L/(min·m2)時，對應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時，其噴水強度應由標準規范的不低于5 L/(min·m2)適當增加。

高大空間；水噴淋；木垛

高大空間指民用和工業建筑物凈空高度大于8 m，倉庫建筑物內凈空高度大于12 m的場所[1]。隨著社會經濟的快速發展，越來越多的建筑內出現高大空間，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問題[2-5]。。FM Global進行了5組噴頭安裝高度為18.3 m的水噴淋滅火試驗，噴水強度為18 L/(min·m2)時可有效控制火情[6]；國內天津消防所進行了噴頭安裝高度為16 m的滅火試驗，對于ZSTX-20的噴頭，噴水強度為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，數值模擬試驗表明噴頭可在火源起火后8～10 min被激活開始工作[8]。天津消防研究所進行了5組高大空間滅火試驗，探究凈空高度、噴頭類型、噴水強度對控滅火效果的影響[9]。但是，由于空間結構的復雜性導致高大空間的滅火試驗數據較少，有必要補充這一領域的數據。

1 實驗裝置

試驗在中國科學技術大學火災科學國家重點實驗室全尺寸大空間火災綜合實驗廳進行，實驗廳如圖1所示。實驗廳外部空間尺寸為長×寬×高=30.6 m×18.6 m×30.6 m，內部實驗空間凈尺寸為長×寬×高=22.4 m×11.9 m×27.0 m。

實驗廳為6層，廳內空間1～6層相通，為長方體空腔，外圍為回廊結構，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風。西墻卷簾門和南墻卷簾門高度可以自由調節，最大開口寬×高=4 m×5 m和2 m×3 m。

試驗中，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的木條構成。試驗木垛外圍長×寬×高=1.2 m×1.2 m×0.75 m[10]，火源功率約為2.7 MW。試驗時，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過程中火場溫度變化情況。試驗中，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 結果與討論

1)工況1。木垛自由燃燒試驗。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。點燃油盤時開始計時，火焰高度迅速達到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，但總體呈現較為穩定狀態。油池火熄滅后，預燃6 min可以達到穩定燃燒階段，火場溫度變化如圖3所示。

2)工況2。噴頭安裝高度為12 m，噴水強度11 L/(min·m2)。試驗過程描述：00:00:00點燃庚烷，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、熱電偶處溫度數據持續減小，00:14:13火焰被撲滅，持續噴水1 min后，停止噴水，火源未復燃。如圖4所示為工況2火場溫度變化情況，木垛被引燃后，繼續預燃6 min以確保火源達到相對穩定的燃燒階段，啟動水泵使噴頭以一定噴水強度噴水滅火，可以發現：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，噴水強度為8 L/(min·m2)。試驗過程描述：00:00:00點燃庚烷，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、熱電偶處溫度數據持續減小，00:12:53火焰熄滅，持續噴水1 min后，停止噴水，火源未復燃。如圖5所示，木垛被引燃后，繼續預燃6 min，啟動水泵使噴頭以一定噴水強度噴水滅火，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，噴水強度為5 L/(min·m2)。試驗過程描述：00:00:00點燃庚烷，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生的碳層墜落入油盤后繼續燃燒所致，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、熱電偶處溫度數據持續減小，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，持續噴水1 min后，停止噴水，火源未復燃。如圖6所示，木垛被引燃后，繼續預燃6 min，啟動水泵使噴頭以一定噴水強度噴水滅火，此工況下，噴頭安裝高度為12 m，噴水強度為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，噴水強度為8 L/(min·m2)。試驗過程描述：00:00:00點燃庚烷，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生的炭層墜落入油盤后繼續燃燒所致，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、熱電偶處溫度數據持續減小，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，持續噴水1 min后，停止噴水，火源未復燃。如圖 7所示，木垛被引燃后，繼續預燃6 min，啟動水泵使噴頭以一定噴水強度噴水滅火，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，噴水強度為5 L/(min·m2)。試驗過程描述：00:00:00點燃庚烷，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生的炭層墜落入油盤后繼續燃燒所致，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、熱電偶處溫度數據持續減小，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，持續噴水1 min后，停止噴水，火源未復燃。如圖 8所示，木垛被引燃后，繼續預燃6 min，啟動水泵使噴頭以一定噴水強度開始滅火。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 結論

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

2)當噴頭安裝高度為12 m時，噴水強度從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，噴水強度為5 L/(min·m2)時，滅火時間較前兩者長，且用水量較大。

3)當噴淋噴水強度為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小；

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

木垛火可被噴水強度為5 L/(min·m2)噴淋系統控制住，但是從滅火時間及耗水量的角度看，適當地增加噴淋噴水強度可以減少滅火時間和耗水量。

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[3] 宋波，李毅，劉欣,等.高架倉庫實體火災的實驗研究[J].消防科學與技術，2009,28(4)：155-157.

[4] 游宇航.機械排煙與水噴淋作用下大空間倉室火災及煙氣特性研究[D].合肥：中國科學技術大學，2007.

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[10] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.自動噴水滅火系統第1部分：灑水噴頭：GB5135—2003[S].北京：中國標準出版社，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

中央高校基本科研業務費專項資金資助(WK2320000034)

徐明俊(1990—)，男，博士生

研究方向：水霧滅火機理

U664.88

A

1671-7953(2017)03-0094-04

修回日期：2017-03-27