高大空间水喷淋灭火试验

徐明俊，陆守香

(中国科学技术大学 火灾科学国家重点实验室,合肥 230027)



高大空间水喷淋灭火试验

徐明俊，陆守香

(中国科学技术大学 火灾科学国家重点实验室,合肥 230027)

针对高大空间自动喷水灭火系统的灭火有效性问题，在喷头安装高度为9 m和12 m 2种高度下进行不同喷水强度的灭火试验。结果表明，喷淋喷水强度从5～11 L/(min·m2)均能扑灭木垛火，但从灭火时间及耗水量角度出发，喷淋喷水强度从8 L/(min·m2)增加到11 L/(min·m2)，灭火时间及耗水量略微减少，而喷水强度为5 L/(min·m2)时，对应的灭火时间及耗水量较前两者大很多。建议在净空高度不超过12 m的高大空间安装自动喷水灭火系统时，其喷水强度应由标准规范的不低于5 L/(min·m2)适当增加。

高大空间；水喷淋；木垛

高大空间指民用和工业建筑物净空高度大于8 m，仓库建筑物内净空高度大于12 m的场所[1]。随着社会经济的快速发展，越来越多的建筑内出现高大空间，如豪华酒店、中庭、会展中心、电影院等。由此也带来了一系列的消防保护问题[2-5]。。FM Global进行了5组喷头安装高度为18.3 m的水喷淋灭火试验，喷水强度为18 L/(min·m2)时可有效控制火情[6]；国内天津消防所进行了喷头安装高度为16 m的灭火试验，对于ZSTX-20的喷头，喷水强度为20 L/(min·m2)可以被激活而开始喷水，但灭火效果难以令人满意，而对于喷头ELO-231，喷水强度为22 L/(min·m2)时，不但可以及时工作而且灭火效果很好[7]。同时，数值模拟试验表明喷头可在火源起火后8～10 min被激活开始工作[8]。天津消防研究所进行了5组高大空间灭火试验，探究净空高度、喷头类型、喷水强度对控灭火效果的影响[9]。但是，由于空间结构的复杂性导致高大空间的灭火试验数据较少，有必要补充这一领域的数据。

1 实验装置

试验在中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室全尺寸大空间火灾综合实验厅进行，实验厅如图1所示。实验厅外部空间尺寸为长×宽×高=30.6 m×18.6 m×30.6 m，内部实验空间净尺寸为长×宽×高=22.4 m×11.9 m×27.0 m。

实验厅为6层，厅内空间1～6层相通，为长方体空腔，外围为回廊结构，每层均有若干窗户(l.5 m×1.5 m)通向厅外。顶层窗户可用于自然排烟，下层窗户和门可以用于排烟补风。西墙卷帘门和南墙卷帘门高度可以自由调节，最大开口宽×高=4 m×5 m和2 m×3 m。

试验中，火源为200 kg的木垛，如图 2所示，单个木垛由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的木条构成。试验木垛外围长×宽×高=1.2 m×1.2 m×0.75 m[10]，火源功率约为2.7 MW。试验时，将木垛安放在高度为400 mm高的钢架上且位于4只开式喷头正下方。试验喷头安装高度为12,9 m，热电偶沿4只喷头中心线布置用以记录试验过程中火场温度变化情况。试验中，喷头安装高度为12 m时，各热电偶的布置高度为12,9,8,6,4 m；喷头安装高度为9 m时，各热电偶的布置高度为9,8,6,4 m。木垛的垂直高度为1.15 m。使用K型铠装热电偶，测试精度±2℃，量程0～1 100℃。

2 结果与讨论

1)工况1。木垛自由燃烧试验。油池火引燃木垛，待油池燃料燃尽，木垛自由燃烧20 min后灭火。点燃油盘时开始计时，火焰高度迅速达到4.0～5.0 m，(4 min 7 s)油池火作用可忽略。此时，木垛已被引燃，火焰高度逐渐降低至约1.5 m，自由燃烧约20 min。木垛被引燃后，在自由燃烧阶段火场温度虽有波动，但总体呈现较为稳定状态。油池火熄灭后，预燃6 min可以达到稳定燃烧阶段，火场温度变化如图3所示。

2)工况2。喷头安装高度为12 m，喷水强度11 L/(min·m2)。试验过程描述：00:00:00点燃庚烷，火焰不断升高至4.0～5.0 m，00:02:39油盘火熄灭，火焰高度下降至约1.5 m，00:09:53启动水泵，00:11:37开始喷水，火焰高度不断减小、热电偶处温度数据持续减小，00:14:13火焰被扑灭，持续喷水1 min后，停止喷水，火源未复燃。如图4所示为工况2火场温度变化情况，木垛被引燃后，继续预燃6 min以确保火源达到相对稳定的燃烧阶段，启动水泵使喷头以一定喷水强度喷水灭火，可以发现：此工况下，从喷淋启动到火焰熄灭耗时2 min 36 s，单只喷头耗水量为257 L。另外，喷淋启动后，火场温度迅速下降至常温，可见喷淋系统具有很好的控灭火性能。

3)工况3。喷头安装高度为12 m，喷水强度为8 L/(min·m2)。试验过程描述：00:00:00点燃庚烷，火焰不断升高至约4.5 m，00:02:53油盘火熄灭，火焰高度下降至约1.5 m，00:09:26启动水泵，00:10:08开始喷水，火焰高度不断减小、热电偶处温度数据持续减小，00:12:53火焰熄灭，持续喷水1 min后，停止喷水，火源未复燃。如图5所示，木垛被引燃后，继续预燃6 min，启动水泵使喷头以一定喷水强度喷水灭火，此工况下，从喷淋启动到火焰熄灭耗时2 min 45 s，单只喷头耗水量为198 L。另外，从喷淋开始作用于火源，火场温度迅速下降至常温，证明喷淋灭固体火的有效性。

4)工况4。喷头安装高度为12 m，喷水强度为5 L/(min·m2)。试验过程描述：00:00:00点燃庚烷，火焰不断升高至4.0 ～5.0 m，00:03:33油盘火未熄灭，但对火源高度影响已可以忽略，油盘中的明火由于木垛燃烧产生的碳层坠落入油盘后继续燃烧所致，火焰高度下降至约1.5 m，00:09:57启动水泵，00:10:19开始喷水，火焰高度减小、热电偶处温度数据持续减小，00:15:39火焰未完全熄灭，但火焰极小，00:16:50火势明显受到控制，由于烟气影响，看不清是否有明火存在，持续喷水1 min后，停止喷水，火源未复燃。如图6所示，木垛被引燃后，继续预燃6 min，启动水泵使喷头以一定喷水强度喷水灭火，此工况下，喷头安装高度为12 m，喷水强度为5 L/(min·m2)，从喷淋启动到火焰熄灭耗时6 min 31 s，单只喷头耗水量为293 L。另外，从喷淋开始作用于火源，火场温度迅速下降至常温，再次证明喷淋灭固体火的有效性。

5)工况5。喷头安装高度为9 m，喷水强度为8 L/(min·m2)。试验过程描述：00:00:00点燃庚烷，火焰不断升高至4.0 ～5.0 m，00:03:30油盘火未熄灭，但对火源高度影响已可以忽略，油盘中的明火由于木垛燃烧产生的炭层坠落入油盘后继续燃烧所致，火焰高度下降至约1.5 m，00:09:33启动水泵，00:10:13开始喷水，火焰高度不断减小、热电偶处温度数据持续减小，00:12:25火焰未完全熄灭，但火焰极小，00:13:47火焰熄灭，由于烟气影响，看不清是否有明火存在，持续喷水1 min后，停止喷水，火源未复燃。如图 7所示，木垛被引燃后，继续预燃6 min，启动水泵使喷头以一定喷水强度喷水灭火，此工况下，从喷淋启动到火焰熄灭耗时2 min 50 s，单只喷头耗水量为204 L。另外，从喷淋开始作用于火源，火场温度迅速下降至常温，再次证明喷淋灭固体火的有效性。

6)工况6。喷头安装高度为9 m，喷水强度为5 L/(min·m2)。试验过程描述：00:00:00点燃庚烷，火焰不断升高至4.0～5.0 m，00:03:41油盘火未熄灭，但对火源高度影响已可以忽略，油盘中的明火由于木垛燃烧产生的炭层坠落入油盘后继续燃烧所致，火焰高度下降至约1.5 m，00:10:27启动水泵，00:11:17开始喷水，火焰高度不断减小、热电偶处温度数据持续减小，00:12:31火焰未完全熄灭，但火焰极小，00:13:24火焰熄灭，由于烟气影响，看不清是否有明火存在，持续喷水1 min后，停止喷水，火源未复燃。如图 8所示，木垛被引燃后，继续预燃6 min，启动水泵使喷头以一定喷水强度开始灭火。此工况下，从喷淋启动到火焰熄灭耗时4 min 46 s，单只喷头耗水量为214 L。另外，从喷淋开始作用于火源，火场温度迅速下降至常温，再次证明喷淋灭固体火的有效性。

3 结论

1)当喷头安装高度为12 m或者9 m时，喷水强度为11、8、5 L/(min·m2)均可以熄灭木垛火。灭火时间随着喷水强度的增加而减少。

2)当喷头安装高度为12 m时，喷水强度从8 L/(min·m2)增加至11 L/(min·m2)，灭火时间相差不大，而前者的耗水量更少；然而，喷水强度为5 L/(min·m2)时，灭火时间较前两者长，且用水量较大。

3)当喷淋喷水强度为8 L/(min·m2)，喷头安装高度从9 m增加到12 m时，灭火时间及耗水量变化较小；

4)当喷淋喷水强度为5 L/(min·m2)时，喷头安装高度为9 m所对应的灭火时间及耗水量小于安装高度为12 m的工况。

木垛火可被喷水强度为5 L/(min·m2)喷淋系统控制住，但是从灭火时间及耗水量的角度看，适当地增加喷淋喷水强度可以减少灭火时间和耗水量。

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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

中央高校基本科研业务费专项资金资助(WK2320000034)

徐明俊(1990—)，男，博士生

研究方向：水雾灭火机理

U664.88

A

1671-7953(2017)03-0094-04

修回日期：2017-03-27