智能楼宇自动喷淋灭火系统性能测试方法

1、概述
自动喷淋灭火系统是一种在发生火灾时,能自动打开喷头喷水灭火并同时发出火灾报警信号的消防灭火设施。与传统的消火栓灭火系统相比,自动喷淋灭火系统具有自动喷水、自动报警和初期火灾降温等优点,因此能有效控制、扑灭初期火灾。现已广泛应用于建筑消防中。根据《自动喷水灭火系统设计规范》(GB50084-2001)第4.1.1条规定:自动喷水灭火系统应在人员密集、不易疏散、外部增援灭火与就生较困难的性质重要或火灾危险性较大的场所中设置。《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-95)第7.6.1条、7.6.2条、7.6.3条、7.6.4条中也明确指出自动喷淋灭火系统设置的场所,尤其是高层建筑和火灾隐患较大的建筑。自动喷淋灭火系统的可靠性已经过了时间的检验。然而,随着社会的飞速发展,火灾的安全隐患不断加大,因此对自动喷淋灭火系统的要求也会随之提高。
2、自动喷淋灭火系统存在问题
自动喷淋灭火系统的可靠性已毋庸置疑,然而在设计施工和运行维护中出现的问题却影响到灭火的效果。例如在设计时,喷头布置不当或者在日后的使用中重新划分防火分区而导致喷头作用面积不足,出现喷水盲点；在施工过程中油漆、涂料等附着在喷头热敏元件上,延迟喷头响应时间；喷淋体统管网缺少减压装置,导致管道压力过大,管道破裂漏水留下水渍；屋顶水箱直接连接到喷淋系统管网而没有经过报警阀等。种种问题影响到自动喷淋灭火系统控火、灭火的可靠性和系统运行的稳定性,其中最为严重的就是喷头作用面积不足而存在的喷水盲点。因此探索测试自动喷淋灭火系统性能的方法,找出喷头保护不到的区域就显得尤为重要。
3、测试自动喷淋灭火系统性能的方法
理论与实验相结合,测试喷头的保护面积,消除喷头保护区域的盲点,提高自动喷淋系统的可靠性在实际应用上具有很大的意义。
国内外针对喷头喷水强度在空间上的分布已有过专门的研究。例如中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室做过的喷淋液滴运动轨迹及有效控制半径的理论模型研究。研究通过对单个液滴水平和竖直方向上的速度建立数学模型,分析得出初始喷射角、初始速度和粒径是决定喷头保护面积的决定性因素。美国伊利诺州西北大学应用粒子成像测速法(PIV)测量喷头附近液滴运行速度,得到几个典型喷头在不同角度和不同方位情况下的速度分布。相比较已经得出的偏于理论的研究成果,如果可以建立一套简单的实验装置直观的反映出单个喷头喷水液滴在空间的强度分布情况,并以此装置为基础得出整个喷淋系统喷水强度分布情况,就可以确定自动喷淋系统的喷水性能,找到喷头作用面积保护不到的地方。这对自动喷淋系统的发展有着十分重要的作用。
建立一套实验装置,以测定喷头喷水量在作用面积上的喷水强度与喷头出流量、出流压力、作用高度和喷水半径关系来更好的确定自动喷淋系统的喷头布置为实验目的。以流量作为主要变量,因流量分布直接影响到自动喷淋系统的控火、灭火效果。以单个标准喷头为主要研究对象,从单个喷头得到的结论拓展研究两个、多个喷头共同作用下的喷水强度分布情况,以期结合计算机分析应用于工程甚至在线监测系统,测试任意自动喷淋灭火系统是否可以达到灭火要求。
实验通过水泵将水提升至实验室屋顶水箱,之后自流供水经压力调节阀、蝶阀、压力表和流量计至固定在支架上的标准喷头。通过喷头前设置的阀门控制喷头出流水量、水压,通过流量计、压力表测出水量、水压。另外,通过改变支架活动横杆的位置来调节喷头距离地面高度。这样就可以做到在确定水量、水压、高度三个变量中任意两个变量的情况下,喷水强度和单一变量之间的关系。在喷头喷水覆盖面积内放置一定数量的烧杯(配量筒),喷水强度的测试由在喷头作用面积内安装的固定烧杯(配量筒)直观得出结果。在作用面积上设置积水坑,收集喷洒下来的水,通过水泵再次提升至屋顶水箱实现水的循环使用。分析实验数据,在坐标纸上描出喷水强度与水量、水压、高度等变量的曲线,从而利用高等数学的知识分析数据得到喷水强度与变量的方程。实验中主要调节的变量为,喷头出水流量Q、喷头出水压力P和喷头距地面作用高度H。采用单变量法,改变任一变量数值,固定其他变量,分别测量喷头保护面积的半径R及保护面积内各点喷水强度qr具体步骤如下。
(1)固定喷头出水流量Q和喷头出水压力P,移动固定喷头的支架横杆调节喷头作用高度H,读取压力表和流量计读数,测量喷头作用高度与喷头保护面积半径R及保护面积内各点喷水强度qr。
(2)固定喷头作用高度H和喷头出水流量Q,调节蝶阀改变喷头出水压力P,读取压力表和流量计读数,测量喷头作用高度与喷头保护面积半径R及保护面积内各点喷水强度qr。
(3)固定喷头作用高度H和喷头出水压力P,调节蝶阀改变喷头出水流量Q,读取压力表和流量计读数,测量喷头作用高度与喷头保护面积半径R及保护面积内各点喷水强度qr。
具体实验装置如图1。

图1 实验装置
通过对单一标准喷头的实验,得到喷水强度与喷水水量、喷水水压和喷头作用高度的关系,应用数学模型算出喷头的保护面积,从而得到影响自动喷淋系统保护面积的因素。以本实验为基础,找出多个喷头共同作用下影响喷头喷水强度的因素,测试自动喷淋灭火系统的性能,在今后的自动喷淋灭火系统的发展中无疑有着十分广阔的空间。
4、本实验对于自动喷淋灭火系统的发展前景
自动喷淋灭火系统因其可靠的性能在当今得到广泛的应用。然而,由于设计施工和运行维护中存在的问题却使自动喷淋灭火系统的性能不能得到最为有效地发挥。以单一标准喷头的实验为基础,拓展到由多个喷头互相作用组成的自动喷淋灭火系统,找到喷水强度的分布规律和影响喷头喷水强度的因素,就可以确定喷淋系统中的喷水强度保护的最大面积是否达到建筑的防火要求。
以此种理论模型为依托,可以设计一种仪器应用于工程。便携的仪器作为客户端可以输入喷头的水量水压以及作用高度这些简单的数据。数据经客户端传输到录入了喷头保护面积与变量关系的数学模型的计算机终端上进行分析。分析得到喷头作用面积返回至客户端,由客户端判断自动喷淋灭火系统的喷头布置是否达到建筑的防火要求。这样可以避免因设计或者施工中存在的问题而影响到自动喷淋灭火系统的可靠性,并对其经行实时的在线监测。总之,自动喷淋灭火系统有着很大的发展空间需要我们来不断地探索和发掘。