自动喷水灭火系统技术的现状及进展

娄金生

（广东技术师范学院 天河学院，广东 广州 510540）

消防工程是关系国计民生的大事，室内消火栓给水系统和自动喷水灭火系统是消防工程的二大主导系统，虽然消火栓给水系统简单，造价相对较低，但它不能自动发现和扑灭早期火灾，故扑灭火灾的速度和灭火效果不如自动喷水灭火系统。

一 自动喷水灭火系统的应用现状

自动喷水灭火系统能自动感应火灾发生，又具有及时自动喷水灭火和报警功能，扑灭初期火灾的成功率高，是当今国内外广泛采用的固定式灭火系统，但相对于消火栓系统，其系统较复杂，造价也较高。我国“建筑设计防火规范”（GB50016-2006）规定：对于大于100m的高层建筑，除小于5m2的卫生间，其余空间均应设置自动喷水灭火系统，对于小于100m的高层建筑，自动喷水灭火系统主要用于消防要求高、火灾危险性大的场所。而对于地下建筑和公共建筑等均应设置自动喷水灭火系统。

自动喷水灭火系统已有100多年历史，我国自1926年在上海毛纺厂安装自动喷水灭火系统，至今已有80多年的历史。最近20多年，在我国公共建筑，高层建筑中得到了广泛应用。目前我国自动喷水灭火系统主要有湿式自动喷水灭火系统、干式自动喷水灭火系统，预作用式自动喷水灭火系统、雨淋自动喷水系统和水幕系统等五种形式。

湿式自动喷水灭火系统：由湿式报警装置、闭式喷头和管道等组成，该系统在报警阀的上下管道内均经常充满压力水，当建筑物发生火灾，火点温度达到开启闭式喷头时，喷头出水灭火，系统自动报警。该系统灭火及时，扑救效率高达97%，因此得到了极为广泛的应用。

干式自动喷水灭火系统：由报警阀、闭式喷头、管道和充气设备等组成。该系统在报警阀的上下管道内充以有压气体。当建筑物发生火灾，火点温度达到开启闭式喷头时，喷头开启，排气、充水、灭火。该系统对环境温度无要求，对建筑物装饰无影响，但出水灭火不如湿式系统及时。所以限制了它的应用，它仅适用于采暖期长而建筑内无采暖的场所。

预作自动喷水灭火系统：由火灾探测系统、闭式喷头、预作用阀和充以有压或无压气体的管道组成。该系统的管道内平时无水，发生火灾时，火灾探测器报警后，自动控制系统控制阀门排气充水，由干式变为湿式系统，在着火点温度达到开启闭式喷头时，碰头喷水灭火，该系统具有湿式系统和干式系统的优点，但系统不能太大。

雨淋喷水灭火系统：由火灾探测系统、开式喷头、雨淋阀和管道等组成。发生火灾时，管道内给水是通过火灾探测系统控制雨淋阀来实现，并设有手动开启阀门装置。该系统具有出水量大，灭火及时的优点，应用于火灾蔓延快、危险性大的建筑或部位。

水幕系统：由水幕喷头、管道和控制阀等组成的阻火、隔火喷水系统。该系统与防火卷帘或防火帘配合使用，起防火隔断作用，还可单独用来保护建筑物门窗、洞口等。

上述常用5种自动喷水灭火系统中，由于湿式自动喷水灭火系统比较简单，灭火成功率高，所以湿式自动喷水灭火系统是国内外使用时间最长、应用最广泛、控火灭火效率最高的一种闭式自喷系统，据统计，目前国内外安装的自动喷水灭火系统中，70%以上均为湿式自动喷水系统。

自动喷水灭火系统既能感应火灾发生又具有灭火控火功能，安全可靠，经济实用，灭火成功率高，为及时扑救火灾发挥了重要作用。我国报导了多起由自动喷水灭火系统扑灭或阻止火灾蔓延的案例。如上海第一百货商店、联谊大厦分别发生于2005年，2002年的火灾，都是由安装的自动喷水灭火系统，自动开启喷头喷水来扑灭火灾的。上海新建的浦东国际机场也有二例火灾靠自动喷水系统的快速响应喷头成功扑灭了初期火灾。据美国NFPA调查统计，装有自动喷水灭火系统的建筑物在火灾中的人员死亡比消火栓系统要少1/3～2/3，财产损失少1/2～2/3。

二 自动喷水灭火系统的新发展

自动喷水灭火系统技术近十年来在系统方式、新型喷头及扩展应用上都有很大的进展[1].[2]。在系统方式上，除了上述常规的5种系统外，还出现了高压细水雾自动喷水灭火系统、自动喷水—泡沫联用灭火系统、重复启闭预作用系统；在新型喷头的研发上，出现了多种高效快速响应的新型喷头；在扩展应用上，自动喷水灭火系统已向普通住宅的消防发展。

（一）高压细水雾自喷系统。

根据水滴的大小，可将自动喷水灭火系统分为水喷淋灭火和细水雾灭火。高压细水雾自喷系统[3]，工作压力10Mpa，而常规的自喷系统的工作压力小于1 Mpa，所以高压细水雾自喷系统的水喷雾雾滴直径＜100μm，它具有高效冷却、窒息等双重灭火作用。高压细水雾灭火系统主要由消防水箱、细水雾泵组、分区控制网组、细水雾喷头、给水管网、火灾自动报警系统等组成。细水雾喷头喷出的细水雾，其比表面积比常规自喷的水滴的比表面积大1700倍，所以能迅速吸收火灾中大量热能。高密度的细雾滴悬浮在空中，能降低火灾现场氧气的浓度，使燃烧因缺氧而熄灭，它综合了喷淋和气体灭火的长处。主要优点是耗水量少，水渍损失小，具有防止复燃的高冷却性能和独特的降烟雾的功能，有利于人员的安全疏散。以500m2保护面积为例，采用高压自喷细水雾系统和常规自喷水喷雾系统二者比较，其管网管径、系统用水量和储水量、系统安装费用、灭火时间等前者比后者都要小很多。

高压细水雾自喷系统明显优于常规的水喷淋自喷系统，它特别适用于扑救A类、B类、C类和电气类火灾，尤其是对高危险场所的保护特别有效，如地铁、隧道、电力、水面船舶、石化企业[4]、图书馆等都获得了应用。我国上海地铁4号线、6号线的控制中心，及11号线北段，均采用了高压细水雾灭火系统，用以保护车控室、电气设备房、轨行区、站厅层等场所。国内某石化公司热油泵房有高温热油泵 11台，油泵出口压力0.8～1.2MPa，泵房内部设置有大量的电缆和油品管线。一旦带压的热油泵、阀门或法兰发生泄漏，喷出的热油（250℃～300℃）极易发生火灾。对此设计了高压细水雾灭火系统，将热油泵区划分成2个灭火区，每区又分为若干个细水雾灭火子区。当火灾报警系统探测某防护分区发生火灾时，火灾报警控制阀输出启动信号，打开该防护分区控制阀，启动高压泵组，喷头喷出细水雾实施灭火。当火灾蔓延到另一个相邻防护分区时，火灾报警器再输出启动信号，打开相邻防护分区实施灭火，可同时开放三个防护区。

国外高压细水雾自动灭火系统已广泛应用于交通隧道，因为该系统是交通隧道实现安全目标的有效手段。在隧道内，即使是非常小的火灾，也可在几分钟之内造成极高的温度，能严重损坏隧道内的基础设施和危及人的生命财产的安全。所以，在隧道内自动立即控制初期火灾是非常重要的。奥地利费尔伯陶恩隧道全长5.3km，双向四车道，采用高压细水雾自动灭火系统，整个隧道划分为148段消防区，总共设有8000套高压细水雾喷头，隧道的南北端各设2台高压柴油水泵，确保灭火所需的高压水。探测系统能准确测定火灾的位置，然后自动启动系统，迅速扑灭源头初期火灾以防止火势蔓延至其他车辆处，并可使周围空气冷却，保证隧道和人员的安全。

高压细水雾自动灭火系统同样被应用于大型公共建筑，该系统用水量少，水渍损失小，管道管径小，降温控火效果好，有利于人员有序疏散。如匈牙利布拉格国家技术图书馆的消防工程就是采用该系统，该图书馆于2009年9月向公众开放，总建筑面积3万多m2，地上六层，地下三层。消防系统总共设有4000套玻璃喷咀，管道总长度达20km。

然而采用更高工作压力（≥80Mpa）的超高压细水雾切割灭火系统，是瑞典研制的一种新型灭火技术，主要特点是隔墙灭火，高效节水。超高压细水雾可穿透钢板、木板和玻璃等多种材质，穿透6mm钢板用时仅6s，击穿钢质防盗门用时3s，熄灭大型集装箱内30L柴油火灾仅消耗25L水，且操作灵活。由于超高压细水雾在封闭空间火场中所产生的旋雾，可在车厢外不需拆破和确认起火点位置，即可直接击穿车厢壁进行快速有效的灭火。

然而最近发生在英国伦敦希思罗国际机场仓库的火灾就从反面说明，安装自动喷水灭火系统的重要性，因为火灾可能在任何地点，任何时间发生，而高压细水雾自动灭火系统可以在火灾发生后几分钟内及时控制火势，有效防止火灾蔓延扩大，如果希思罗国际机场仓库安装了自动喷水灭火系统，就不会在火灾中被全部烧毁。所以在火灾初期及时发现火灾自动扑救，是确保建筑消防安全和人员生命安全的关键因素。

（二）自动喷水—泡沫联用灭火系统[5]

常规自动喷水灭火系统只能扑灭固体火灾，但汽车库、停车场、飞机库、燃油锅炉、柴油发电机房等场所除了可能发生固体火灾外，还可能发生液体火灾。而自动喷水—泡沫联用系统能同时扑灭固体火灾和液体火灾。

自动喷水—泡沫联用系统的组成是在普通湿式自动喷水灭火系统中并联一个钢制带橡胶囊的泡沫罐，橡胶囊内装泡沫浓缩液，在系统中配上控制阀组和比例混合器就成了自动喷水—泡沫联用系统。火灾发生时，喷头动作，泡沫喷淋灭火系统动作，系统中的水进入橡胶囊泡沫罐，即泡沫囊外与泡沫罐之间的空间，泡沫液受到挤压，通过比例混合器，按既定比例进入喷淋管网，经喷头喷出灭火。

该系统既可喷水又可喷泡沫，它可灭固体火灾，又可灭液体火灾，特别适合于地下车库的消防。该系统从喷水转至喷泡沫的转换时间不大于3min（按流量4L/s计算），而持续喷泡沫时间大于10min。一般选用水成膜泡沫液或成膜氟蛋白泡沫液，采用12～48L/S泡沫比例混合器，泡沫罐至比例混合器的泡沫管长度控制在200m之内。该系统对灭固、液体火灾简单、实用，有效。

（三）普通住宅采用自动喷水灭火系统的发展

目前普遍的普通住宅没有自动喷水灭火保护系统，但根据我国近几年的火灾统计表明，家庭火灾的损失占建筑物火灾总损失的大部分。据不完全统计，从1998～2008年，家庭火灾的死亡人数占建筑物火灾总死亡人数的70%，财产损失占总损失的30%。例如，2005年我国住宅火灾死亡人数为1794人，占当年全部火灾死亡人数的71.8%；2008年为968人，占当年全部火灾死亡人数的69.9%。例如2007年2月 4日，浙江省台州市黄岩区东城经济开发区绿汀路 224号商住楼发生火灾，造成17人死亡、6人受伤，过火面积近800m2，直接财产损失43.4万元。

住宅一旦起火，初期火得不到有效控制，将很快蔓延，造成更大面积的火灾，甚至发生轰塌。同时由于住宅层高较低，一般为2.8～3m，发生火灾时，产生的烟气很快下沉，防碍人的视线和呼吸，造成人员窒息而死。

住宅自动喷水灭火系统的关键在于喷头，家用喷头应该是一种快速响应喷头，并具有独特的喷洒性能和布水特点。为了尽早发现火灾并喷水灭火，快速响应喷头的时间响应指数RTІ应小于等于50（ms）1/2，传导系数C值应小于等于1（m/s）1/2。由于家居空间的特殊性，窗帘和家具很容易引燃，帮助火焰从墙壁蔓延至天花板，使得火很难扑救，并且可能会发生轰塌，而家用喷头的独特喷洒曲线，它不但将水喷到地面，而且还将一部分水向上并侧向扩展喷洒至墙边的窗帘和家具，能有效扑灭住宅初期火灾。我国家用喷头研制正处于刚刚起步阶段，目前在国内尚未使用，而美国和西方一些发达国家，在30年前就十分关注住宅的自动喷水灭火系统的应用。如美国从1977年以来就重视家庭火灾，并着手研制适合于住宅的家用喷头，美国的亚利桑那州的Scottsadale市和马里兰州的Prince George市，自住宅设置自动喷水灭火系统以来，家庭火灾死亡人数由年平均几十人降低至零，财产损失比以前降低了90%。在最新版的美国建筑规范和生命安全规范中都要求在所有住宅安装自动喷水灭火系统。现在越来越多的国家越来越重视住宅的消防，並逐步将自动喷水灭火系统应用到普通住宅的消防上。

（四）新型喷头

喷头是自动喷水灭火系统的关键部件之一，为了适应不同场合的要求，已研制成功了许多新型喷头，並得到了应用。

1 早起抑制快速响应喷头（ESFR喷头）：它是利用“快速响应热敏元件”使喷头的动作时间远小于普通喷水喷头。ESFR喷头的响应时间指数RTІ≦28（ms）1/2，远小于普通喷头RTІ=100（ms）1/2；ESFR喷头流量系数K=200～350，而普通喷头K=80。最不利点ESFR喷头工作压力为0.5Mpa时，其一个喷头流量为 7.45L/s，比一个消火栓的供水量（5L/s）还大。所以ESFR喷头具有反应快、水滴大、流量大、压力高等特点，能够快速压制火灾，可用于火灾危险性大，火灾蔓延速度快的高架仓库及其它高大空间建筑等场所。

2 自动起闭喷头：发生火灾时自动开启自动喷水，火灾扑灭后又能自动关闭，减少水渍损失。它是通过感应元件的状态变化实现喷头的自动起闭，用于循环自动喷水灭火系统。

3 重复启闭喷头：扑灭火灾后能自动关闭喷头及系统，如扑灭后的着火点发生复燃，喷头可再次开启喷水灭火。

4 边墙型扩大覆盖面积喷头，又叫边墙型EC喷头，其特点是喷水保护覆盖面积大、响应快速，流量系数 K=115 L/s，在酒店、宾馆类建筑得到了越来越多的应用。

5 智能型喷头是一种机电一体化的消防喷头，它将微电子传感技术、CPU程序和机械万向转动装置有机地融为一体，具有火灾探测、扫描、定位、自动启动消防水泵，同时发出声光报警信号。喷头开启迅速，在可控区域内一旦发生火情，启动时间t≤20秒，比普通喷头提前开启约60s。

三 结 语

自动喷水灭火系统是目前唯一同时具备自助探测火灾、发出火灾报警、控制乃至扑灭火灾等关键能力的建筑消防系统，从而得到了广泛应用和迅速发展，随着我国经济技术的高速发展，消防工程将逐步向以自救为主的自动喷水灭火系统发展，並以消火栓给水系统与消防软管卷盘为辅的消防模式。对此应加强对火灾自动探测技术和自动灭火技术的研究，以期在自动喷水灭火系统、新型喷头等方面有更大的发展。

[1]杨琦.我国自动喷水灭火系统的新技术[J].消防技术与产品信息,2003,（11）.

[2]尤飞,蒋军成.城市消防安全前沿技术及进展[J].消防科学与技术,2010,（10）.

[3]王晔等.现代细水雾灭火技术[J].消防技术与产品信息,2010,（12）.

[4]郭虎城.高压细水雾灭火系统在石化企业热油泵区的应用[J].消防科学与技术,2011,（3）.

[5]史晓军.浅谈闭式自动喷水—泡沫联用灭火系统的设计[J].消防科学与技术,2010,（10）.