（环境工程专业论文）高层建筑消防灭火技术研究.pdf

a b s t r a c t a sas i g no fc i t y sm o d e r n i z a t i o n ，t h es k y s c r a p e r sp o s s e sh i g hf l o o r , g r e a ts p a n a n dc o m p l i t e df u n c t i o n i raf i r et a k e sp l a c e ，i ti sd i f f i c u l tt op u to u taf i r et os a v el i f e p r o p e r t ya n dl o s s e sa r ee n o r m o u sa n d t h ec o n s e q u e n c ei sh e a v y s o ，w es h o u l da d o p t t h ep r i n c i p l eo fs a v i n go n e s e l fi nt h es k y s c r a p e ra n dt r yo n e sb e s tt op u to u tt h ef i r ei n t h ei n i t i a ls t a g ew h e nt h ef i r et a k e sp l a c e ，i no r d e rt or e d u c el o s s e st h a tt h ef i r ec a u s e s t h i sp a p e rp r o v i d eam o t h o do fa u t o m a t i cs p a r k l e rs y s t e mo nf i r ea n dt h ef i r e a u t o a l a r ms y s t e ma n dc o n t r o ll i n ks y s y t e ma st h ea u x i l i a r ya c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r s o f t h eh i g h _ b u i l d i n gf i r e a u t o m a t i cs p r i n k l e rs y s t e mh a sd e v e l o p e di no u rc o u n t r yi nr e c e n tt e ny e a r s i ti s t h eo n et h a tn o b o d yi so nd u t ya l ld a y i tc a l la u t o m a t i c a l l yo p e ns h o w e rn o z z l e a r o u n dc a t c hf i r ep i e c et op u to u taf i r es e q u e n t i a l l y , f r o ms p r a y i n gw a t e rt os p r a y e f f e c t i v e l yd i r e c t l yw i t h i nt h ef i r et os p r i n k l eb u r n i n gs u r f a c eo ff l a m m a b l et l i n g s p r i n k l es y s t e mh a sm a n ya d v a n t a g e sa n dc a np u to u taf i r ea u t o m a t i c a l l yw h e nt h e i n t e n s i t yo faf i r ei sl i t t l e t h ei n t e n s i t yo faf i r ei su n s t a b l ei nf i r ei n i t i a ls t a g e ， s u i t a b l ef o rt h ef i r e f i g h t i n ge q u i p m e n ti nt h eh i g h _ b u i l d i n g t h i sp a p e rs u m m e r i z e ss e v e r a ls u p p l i e dw a t e r w a y so nf i r et oh i g h b u i l d i n ga n d p r o v i d e st h em e a s u r e s o l v e dt oe x c e e d ，a n dd i s c u s s e st h ed e p e n d a b i l i t yo ft h ew a t e r s u p p l ys y s t e m a t i co f h i g h b u i l d i n g 砒t h es a m et i m e h y d r a u l i cc a l c u l a t i o ni st h es o u lo ft h a ta u t o m a t i cs p r i n k l e rs y s t e md e s i g na n d d e c i d e st h eq u a n t i t yo f w a t e rt h a tp u to u taf i r ea n dt op u to u taf i r ed i s t r i b u t i o n t h e r e a r et w ok i n d so f h y d r a u l i cc a l c u l a t i o no f t h ea u t o m a t i cs p r i n k l e rs y s t e ma tp r e s e n t b y a n a l s y i n g , t h i sp a p e rp r o v i d e so n ec o m p u t i n gt e c h n o l o g yo f ”r e c t a n g l e a r e a l a w p i e c e m e a l , a n da d o p tt h em e t h o dt oc a l c u l a t ef o rac e r t a i nh i g h - b u i l d i n g t h er e s u l t s i n d i c a t et h a td a t a sa r ec o r r e s p o n d e dw i t hc o u n t r yc o r r e l a t e dr e g u l a t i o n a c c o r d i n gt o t h ea b o v ed a t a s ，s o m es u i t a b l es u p p l i e dw a t e re q u i p m e n to nf i r ef o rh i g h - b u i l d i n gc a n b ec h o o s e d t h i sp a p e rs u m m a r i s e st h ea u t o m a t i cw a r n i n gs y s t e mo ft h ef i r ea n dc o n t r o l m e t h o do fl i n k i n gt h ec o n t r o ls y s t e mo ff i r ec o n t r o l ，a n da n a l y s i s e s et h er e a s o nt h a t f a i l e dt or e p o r to f t h ef i r ea n dp r o v i d e ss o m er e s o l u t i o n i naw o r d ，f o rh i g h b u i l d i n g ，a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i co fi t sf i r e ，w e s h o u l de s t a b l i s ht h ef i r ee x t i n g u i s h i n gs y s t e mo ff i r ec o n t r o lr e l y i n gm a i n l yo n a u t o m a t i cs p r i n k l e rs y s t e ma ss o o na sp o s s i b l e k e yw o r d s ：，h i g h - b u i l d i n g ，a u t o m a t i c s p r i n k l e rs y s t e m ，f i r ew a t e r s u p p l e m e n ts y s t e m ，h y d r a u l i cc a l c u l a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫鲞盘壁或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：俑差鼢 签字日期： 噼删日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨茎盘茎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤鲞盘茔可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：研、l ；湫 导师签名 签字吼游月多曰 签字吼砂年占月易日 天津大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 火的应用对人类的文明和社会的进步起了巨大的推动作用，然而火一旦失去 了控制，也会给人类带来巨大的灾难，形成火灾，据统计，在众多的灾种中，火 灾造成的直接损失约为地震的5 倍，仅次于干旱和洪涝，而火灾发生的频度居于 各种灾种之首。 无数的火灾、爆炸实例告诉人们，火灾的危害是很大的，给国家的经济造成 巨大的损失，根据世界火灾统计中心以及欧洲共同体研究的结果表明，许多发达 国家每年的火灾直接损失约占国民经济总产值2 左右，相当于人均每年2 0 磅。 火灾不仅给国家的经济带来巨大的损失，同时还对环境和生态系统也造成不同程 度的破坏。 目前，随着我国社会经济的飞速发展，城市化进展迅猛，城市中各种功能的 大型建筑、高层建筑不断涌现，高层建筑一旦发生火灾后果不堪设想的，因此， 一方面要有效地防止火灾的发生，而另一方面，当火灾发生时，如何能及时有效 地控制火势的发展，甚至在火灾初期就能将火扑灭，减少火灾造成的损失，已成 为人们普通关心和深入研究的永恒主题。 1 2 火灾的成因 火灾是一种失去人为控制的燃烧过程，产生火灾的基本要素是可燃物、助燃 物和点火源。在建筑物内，尤其是高层建筑物内，虽然都采用了不燃的混合结构， 即砖与钢筋混凝土结构，但其中的家具、用品等都是可燃的，况且由于楼厦构造复 杂，设备繁多，人员过于集中等原因，使不燃结构的建筑形成火灾的因素多，可能 性大，主要原因包括以下几个方面n ，： 1 人为造成火灾( 包括蓄意纵火) 人为造成的火灾在建筑物内尤其是高层建筑物内是最常见的。人们工作中的 疏忽，往往是造成火灾的直接原因。例如，焊接工人无视操作规程，不遵守安全工 作制度，动用气焊或电焊工具进行野蛮操作，造成火灾。电气工人带电维修电气设 备，工作中的不慎便可产生电火花，也能造成火灾。更有甚者，电气工作人员缺乏 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 安全用电知识，在建筑物内乱拉临时电源，滥用电炉等电加热器，造成火灾。乱扔 烟头，火柴梗等造成的火灾更是常见。人为纵火是火灾形成的最直接，最不能忽视 的主要原因。 2 电气事故造成火灾 现代高层建筑中，用电设备繁多，用电量大，电气管线纵横交错，不仅维修工 作量大，而且火灾隐患也相应增多。例如电气设备的安装不良，长期超负荷工作， 破坏了电气设备的电气绝缘，电气线路的短路就会造成火灾。电气设备防雷接地 措施不合要求，接地装置年久失修等也能造成火灾。电气事故造成的火灾，其原因 较隐蔽，而且非专业人员又不容易察觉。 3 燃气体发生爆炸造成火灾 在建筑物及高层建筑物内使用的煤气、液化石油气和其他可燃气体，因某种 原因或人为的事故而造成可燃气体泄漏，与空气混合后形成混合气体，当其浓度 达到一定值时，遇到明火就会爆炸、形成火灾。 4 可燃固体燃烧造成火灾 众所周知，当可燃固体如纸张、棉花、粘胶纤维及涤纶纤维等被火源加热， 温度达到其燃点温度时，遇到明火就会燃烧，形成火灾。有些物质具有自燃现象， 如煤炭、木材、粮食等，当其受热温度达到或超过一定值时，就会分解出可燃气体， 同时放出少量热能。当温度再升高达到某一极限值并产生急剧增加的热能，此时 既使隔绝外界热源，可燃物质依靠自身放出的能量来继续提高其本身温度，并使 其达到自燃点，从而形成自燃现象，如不能及时发现，必定造成火灾。 5 可燃液体燃烧造成火灾 在建筑物内如存有可燃液体时，低温下其蒸汽与空气混合达到一定浓度时， 遇到明火就会出现“一闪即灭”的蓝光，称为闪燃。出现闪燃的最低温度叫闪点。 所以闪点是燃爆或爆炸的前兆。由此可以看到，如可燃液体保管不当，液体蒸汽的 大量泄漏，使其与空气的混合浓度达到极限浓度时，便可发生火灾。 1 3 火灾的发展过程 了解和掌握火灾蔓延过程，对消防系统的设计是必不可少的。火灾在建筑物 内的蔓延过程通常可分为三个阶段。曲线如图卜1 所示。曲线中的a b 段称为火 灾的初始阶段，b c 段称为发展阶段，c 之后称为衰退阶段。上述三个阶段也称作阴 燃阶段，充分燃烧阶段及衰减熄灭阶段。“ 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 1 火灾的初始阶段，室内被预热，室内温度升高，并伴随温度的升高而生成大 量可燃气体和烟雾，与室内空气混合，便可形成爆炸性气体混合物，然后由起火点 处的明火点燃。可燃物受热而起火燃 烧，与多乖| 咽素有关。火灾初始阶段， 如能及时发现并采取有效措施，火灾 ； 是很容易被扑灭的。火灾初期特点给 等 人们提供了早期报警，早期灭火的可 能性。 2 火灾发展阶段室内可燃物体充 分燃烧，火势阁猛，室内温度迅速上升， 直到室内由于燃烧产生的热与通过外围 结构散失的热相平衡。此时室内温度维持 恒定。这一阶段的火灾对人及建筑物的威 胁最大。 图1 1 火灾温度一时间曲线 f i g r e l - 1f i r et e m p e r a t u r ea n dt i m ec u r v e 3 火灾衰退阶段，是火灾发展的末期。这一时期的火灾特点是室内可燃物质 减少，室内温度开始下降。但根据火灾实践证明，在火灾发展阶段的后半段和衰退 阶段的前半段里，火势最猛，使建筑物遭受破坏的可能性也最大，同时也是火灾向 周围建筑物蔓延的最危险时刻。 1 4 高层建筑及其火灾特点 1 4 1 高层建筑的定义 我国把高层建筑分为高层民用建筑和高层工业建筑两类，高层民用建筑包括 十层及十层以上的公共建筑( 包括首层设置商业服务网点的住宅) 。建筑高度超 过2 4 米的公共建筑，不含单层主体建筑高度超过2 4 米的公共建筑，建筑高度超 过1 0 0 米的为超高层建筑“1 。 1 4 2 高层建筑的火灾特点 高层建筑由于层数多，建筑高度高，在各种防火条件大体相同的条件下，高 层建筑比多层建筑、单层建筑火灾危害性更大，往往具有以下特点： 1 火灾的隐患多，火种多 高层建筑功能复杂，人流频繁、量大，不便管理，火灾隐患不易发现，电气 设备漏电、断路、检修管道、设备焊接走火、烟蒂余火等，均能引起火灾。 设备漏电、断路、检修管道、设备焊接走火、烟蒂余火等，均能引起火灾。 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 2 火势凶猛且蔓延极快 高层建筑楼高、风大，加快了火势蔓延，高层建筑的竖井多，如电梯井、楼 梯井、通风井、电缆井、管道井等，它们是火灾蔓延的通道，加上这些竖井的抽 风作用，因此一旦发生火灾，火势蔓延必然迅速，楼层越高，火势越大。 3 。人员疏散困难 高层建筑层数较多，垂直距离长，人员集中，将人员疏散到地面或其它安全 场所时间将加长。另外发生火灾时由于各种竖井拔气力大，火势与烟雾向上蔓延 较快，增加了安全疏散的难度。而平时使用的电梯由于不防焰火和停电等原因停 止使用，发生火灾对，高层建筑的安全疏散主要靠楼梯，如果楼梯不能很好地控 制烟气侵入，烟气一旦灌满楼梯，救火严重影响人员疏散，甚至威胁人员的生命 安全。 4 ，消防装备设施不够完善，扑救难度大 高层建筑由于高度较高，有的甚至高达二三百米，目前，国产消防车的供水 压力，其直接出水扑救的供水高度最大也不能超过2 4 m ，由于受到消防设施条件 的限制，常常给扑救工作带来困难，另一方面，消防队员因攀登高楼体力不够， 不能及时到达起火层进行扑救，有的消防器材也不能随时补充等，均会影响到火 灾的扑救。 5 伤亡惨重，经济损失巨大 高层建筑一旦发生火灾，如未能及时扑灭，将会造成人员的重大伤亡和财产 的损失。根据国外3 4 个火灾案例统计，死亡人数共1 1 5 0 入，平均每次火灾死亡3 1 人，受伤人数共5 6 0 5 人，平均每次火灾受伤1 6 5 人。 总之，高层建筑火灾的这些特点告诉我们高层建筑防火、灭火工作比低层建 筑复杂、困难，因此，如何在建筑物中采取最有效的措施和手段，及早控制火势， 防止火灾蔓延，将火灾扑灭在初期阶段至关重要。 1 5 目前高层建筑的消防灭火对策 目前，在我国高层建筑防灭火对措施中，主要有消火栓灭火系统，建筑防火分 区和火灾报警系统，以及它们的组合。 1 5 1 消火栓灭火系统 该系统在我国被作为最基本的灭火设备，在每一个高层建筑中都设置。消火 栓系统实麓灭火需要有两个基本要素：一是消火栓设备，二是消火栓的使用者一 消防队员，二者缺一不可。灭火时，赶到火场的消防员从墙上消火栓箱内取下水 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 枪及水龙带，在距火焰约1 0 m 的范围内用水枪喷水灭火，与火势展开面对面的 搏杀。 1 5 2 防火分区系统 防火分区系统的设置在我国几乎和消火栓系统一样普遍。它是采用相应耐火 性能的建筑构件或防火分隔物，将建筑物人为划分的能在一定时间内防止火灾向 同一建筑物的其他部分蔓延的局部空间，以有利于消防扑救。防火分区系统本身 并不能灭火，必须有其他灭火系统配合才能把火灭掉。否则火势会把该区内可燃 物燃尽，或破坏掉分隔物，向其他部分蔓延。 1 5 3 火灾自动报警系统 火灾自动报警系统是由触发器件、火灾报警装置、火灾警报装置，以及具有 其他辅助功能的装置组成的火灾报警系统。它是人们为了早期发现逶报火灾，并 及时采取有效措施控制和扑灭火灾，而设置在建筑物中或其它场所的一种自动消 防设旌。火灾探测器探测到火情后，该系统便发出火灾报警、应急照明、广播、 消防控制联动等指令，以便于人们采取安全疏散、灭火救灾等措施。 可以看出，火灾自动报警系统本身并不能进行灭火，它是通知并配合人到 现场去救火。它必须有其他的灭火系统与之联动才能实现灭火，否则火势将蔓延 下去。 1 6 问题的提出 从目前我国高层建筑的灭火措施来看，消火栓灭火系统是主要的灭火设施， 但是它的实现必须要有专业的消防人员赶到才能发挥作用。在正常情况下，消防 队开始用水枪灭火是在失火后约1 5 m i n 左右，在这期间：现场人员发现火情， 4 m i n ：向消防队报警，2 5 m i n ；消防队接警车辆出动，i m i n ；到达现场，5 m i n ； 使用消火栓喷水灭火，2 5 m i n 。 以上i 5 m i n 由5 个环节构成，每一个环节都通过人工完成，一旦任一个环节 拖延了时间，消防队不能在1 5 m i n 内喷水灭火，则失火将可能蔓延成灾，救火归 于失败。火灾案例分析表明，消防队只有在1 5 m i n 内到达火场出水，才能有效扑 救防止火势蔓延。假设每个环节的保证率都高达9 5 ，则实现有效出水的总保证 率也只有7 7 。而且，消火栓系统控火、灭火的范围及效果除受上述时间因素影 响外，还取决于其他因素：如消火栓水柱到达火源的难易程度；建筑物有无其他 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 防火设施；可燃物量的多寡及火势蔓延的快慢；持水枪人员的素质等等因素。 表i i 自动喷水灭火系统火灾控制率 因此，对于高层建筑的火灾，一定要先立足予自救，采用防消结合的措施， 但单纯靠消火栓灭火已经不能满足需要，从火灾发展蔓延的趋势可以看出，火灾 发展的初期阶段是灭火的最佳时期，所以对于商层建筑来说，必须立足于自救， 尽可能在火灾发展的初期阶段，以最快的速度发现火情并将火扑灭，防止火灾的 继续蔓延。 自动喷水灭火系统，是近十几年来在我国发展起来的一种灭火系统，简单地 说，就是在火灾情况下，能自动喷水灭火，以保障人身和财产安全的一种灭火系 统。该系统主要靠喷头喷水灭火，喷头集火情探测与喷水灭火于一身。当建筑物 内某个位置发生火情时，失火点燃烧产生的热使其上方的喷头感温元件( 玻璃球 或易熔合金) 启动，喷头喷水灭火。同时系统中的水流指示器向消防控制中心报 警，并显示出失火地点。报警阀的压力开关也向消防控制中心报警并启动消防水 泵。水力警铃也同时发出声音报警。 自动喷水灭火系统是无人值守的、全天候的、自动跟踪的、可围绕着火点依 次打开喷头灭火、从火灾内部喷水直接有效的喷洒至着火点的燃烧物表面、淋湿 着火点附近的可燃物的一种自动灭火系统，能在热气流的作用下及时打开系统， 有效的控制火灾，使损失降低到最少，如果采用e s f r 喷头、住宅喷头或其它快速 反应喷头，自动喷水灭火系统会在发生火灾 m i n 或者不至l j l m i n 就动作，快速降低 天津人学硕士学位论文 第一章绪论 火场的热量，减缓燃烧速度，并尽快把火扑灭，从而有效地降低火灾中人员和财 产的损失，最终达到灭火的目的。 表卜l 为自动喷水灭火系统火灾控制率，这说明自动喷水能把火灾有效控制 在轰燃阶段以前就扑灭火灾，有效地控制热量的产生和毒气的产生，实现自动喷 水灭火系统手卜灭初期火灾的功能。 1 7 论文研究的主要内容 近年来，由于建筑火灾的频繁发生，给人们的生命财产带来巨大的威胁，同 时也给国家的经济造成了巨大的损失，因此人们越来越重视建筑消防系统的安全 工作。自动喷水灭火系统以其灭火效率高、投资少、管理简单，尤其是能在火灾 初期火势小、火势不稳定时就自动喷水灭火等优点，在高层建筑的设计中得到了 广泛的应用。 本论文在查阅了大量的行业设计规范和科技文献之后，对高层建筑提出一种 以自动喷水灭火系统为主体，火灾自动报警和消防联动控制系统为辅助的消防灭 火系统措施，重点探讨了高层建筑消防给水系统和自动喷水系统的水力计算，对 给水系统中在的超压问题进行了分析并给出解决的措施，同时对高层建筑的给水 系统可靠性进行了分析。对于e t 前自动喷水灭火系统的两种水力计算方式进行了 分析，并结合一高层建筑工程，给出其具体的水力计算。 论文的主要研究内容如下： 分析高层建筑的火灾的特点，以及目前高层建筑消防灭火对策存在的问题， 指出自动喷水灭火系统的重要性。 依据自动喷水灭系统分类、组成及其工作原理，讨论自动喷水灭火系统中的 组件喷头技术。 分析高层建筑中消防给水系统超压问题的原因和解决的措施，讨论系统可靠 性问题。 采用新的计算方法给出典型高层建筑的具体水力计算。 给出自动报警的几种形式，并对报警系统的可靠性进行了分析，最后给出某 一典型高层宾馆的报警控制设计方案。 天津大学硕士学位论文 第二章自动喷水灭火系统组成及工作原理 第二章自动喷水灭火系统组成及工作原理 自动喷水灭火系统是设置在高层建筑物内的一种用于自救的灭火设旄，除不 能用水扑救的场所和部位外，民用与工业建筑均可设置自动喷水灭火系统，该系 统灭火成功率高、造价低廉，已逐步成为现代建筑中不可缺少的消防设施。 2 1 自动喷水灭火系统的分类 如下 根据自动喷水灭火系统的组成和工作原理的差异，自动喷水灭火系统可分类 2 2 自动喷水灭火系统的基本构成和工作原理 2 2 1 湿式自动喷水灭火系统 湿式喷水灭火系统是由喷头、管道系统、湿式报警阀、报警装置和供水设施 等组成。由于该系统在报警阀的前后管道内始终充满着压力水，故称湿式喷水灭 火系统或湿管系统。 火灾发生时，火场温度的升高，闭式喷头四周气流温度达到感温元件的动作 温度开启时，喷头开启，喷水灭火。由于火场管网中水的流动，水流指示器动作， 送出信号至控制器，表明火灾具体位置。此时，报警阀后的压力小于阀前压力， 阀门自动开启，水流经过报警阀进入管网，同时，延时器充满水，其后续管道内 的水驱动水力警铃发出声响报警信号，水力警铃前的压力开关被水流触发，送出 统统统系系系火 火火 灭 灭 灭 水 水 水 喷 喷 喷 动动动自 式式作 湿 干 预 rj、l 统 统 嫩虢冻 影 瞟冻雳 桕 淋幕喷 洒 雨水水 ，ii、li【 统系火灭水动 天津大学硕士学位论文 第二章自动喷水灭火系统组成及工作原理 信号直接启动消防水泵或将信号送至控制器，通过控制器自动启动消防水泵。消 防水泵向管网供水，达到持续自动喷水灭火的目的。工作原理如图2 1 所示。 湿式喷水灭火系统具有结构简单、施工和管理维护方便、使用可靠、灭火速 度快、控火效率高等优点。但由于其管路在喷头中始终充满水，所以应用受到环 境温度的限制，适合安装在室内温度不低于4 c ，且不高于7 06 c 能用水灭火的建 筑物内。 图2 1 湿式自动喷水灭火系统工作原理 2 2 2 千式喷水灭火系统 干式喷水灭火系统是为了满足寒冷和高温场所安装自动灭火系统的需要，在 湿式系统的基础上发展起来的。该系统是由闭式喷头、管道系统、干式报警阀、 报警装置、充气设备、排气设备和供水设备等组成，其管路和喷头内平时没有水， 只处于充气状态，故称之为干式系统或千管系统。 在火灾发生时，火源处温度上升，使火源上方喷头开启( 或借助排气阀加 天津大学硕士学位论文第二章自动喷水灭火系统组成及工作原理 速排气) ，首先排除管网中的压缩空气，致使干式报警阀后管网压力下降，干式 报警阀阀前压力大于阀后压力，干式报警阀开启，水流向配水管网，并从已开启 的喷头喷水灭火。工作原理如图2 2 所示。 干式系统平时报警阀上下阀板压力保持平衡，当系统管网有轻微漏气时，由 空压机进行补气，安装在供气管道上的压力开关监视系统管网的气压情况。 干式喷水灭火系统的主要特点是在报警阀后管路内无水，不怕冻结，不怕环 境温度高。因此，该系统适用于可用于一些无法使用湿式系统的场所。干式喷水 火火系统与湿式喷水灭火系统相比，因增加一套充气设备，且要求管网内的气压 要经常保持在一定范围内，因此，管理比较复杂，投资较大。但在喷水灭火速度 上不如湿式系统来得快。 火灾发生 i i 喷头或排气阀开启放气 图2 - 2 千式自动喷火灭火系统工作原理框图 2 2 3 预作用喷水灭火系统 预作用系统是将火灾自动探测报警技术和自动喷水灭火系统有机地结合起 来，对保护对象起了双重保护作用。预作用系统由闭式喷头、管道系统、雨淋阀、 天津大学硕士学位论文 第二章自动喷水灭火系统组成及工作原理 火灾探钡( 器、报警控制装置、充气设备、控制组件和供水设施部件组成。这种 系统平时呈干式，在火灾发生时能实现对火灾的初期报警，并立刻使管网充水将 系统转变为湿式待命。系统的这种转变过程包含着预备动作的功能，故称为预作 用喷水灭火系统。 火灾发生时，由火灾探测器探测到火灾，通过火灾报警控制向开启预作用阀， 或由手动开启预作用阀，开启排气阀，向喷水管网充水，当火源处温度继续上升， 喷头开启立即出水灭火。如果发生火灾时，火灾探测器发生故障，没能发出报警 信号启动预作用阀，而火源处温度继续上升，使得喷头开启，于是管网中的压缩 空气气压迅速下降，由压力开关探测到管网压力骤降的情况，压力开关发出报警 信号，通过火灾报警控制箱也可以启动预作用阀，供水灭火。因此，对于充气式 预作用系统，即使火灾探测器发生故障，预作用系统仍能正常工作。 预作用系统的主要特点是： l ，与湿式系统比较，这种系统在预作用阀以后的管网中平时不充水，而充 低压空气或氮气，或是干管。只有在发生火灾时，火灾探测系统自动打开预作用 阀，使管道充水变成湿式系统。管网内平时无水，可避免因系统破损而造成的水 渍损失。另外这种系统有早期报警装置，能在喷头动作之前及时报警，以便及早 组织扑救，相比之下，湿式系统必需在喷水后才报警。 2 这种系统具有干式喷水灭火系统必须平时管道无水的优点，适合于冬季 结冰和不能采暖建筑物内。同时它又没有干式喷水灭火必须待喷头动作后，完成 排气才能喷水灭火，从而延迟喷头喷水时间的缺点， 3 本系统与雨漆系统比较，虽然都有早期报警装置，但雨淋系统安装的是 开式喷头，而且雨淋阀后的管道平时通常为空管，而充气的预作用系统可以配合 自动监测装置发现系统中是否育渗漏现象，以提高系统的安全可靠性。 由于预作用系统同时具备了干式喷水灭火系统和湿式喷水灭火系统的特点， 而且还克服了干式喷水灭火系统控火灭火效率低，湿式系统容易产生水渍的缺 陷，可以代替干式系统提高灭火速度，也可代替湿式系统用于管道和喷头易于被 损坏而产生喷水和漏水，以致造成严重水渍的场所，但是预作用系统的系统组成 较其它系统复杂，投资也要高于其它系统，因此预作用系统通常用于不能使用干 式系统或湿式系统得场所，或者是用于对自动喷水灭火系统安全要球高的建筑物 中。 2 2 4 雨淋喷水灭火系统 雨淋灭火系统为开式自动喷水灭火系统的种，系统所使用的喷头为开式喷 头。雨淋喷水灭火系统由开式喷头、管道系统、雨淋阀、火灾探测器、报警控制 天津大学硕士学位论文 第二章自动喷水灭火系统组成及工作原理 组件和供水设施等组成。系统工作时所有喷头同时喷水，好似倾盆大雨，故称为 雨淋系统或洪水系统。 发生火灾时，火灾探测器将信号送至火灾报警控制器，控制器输出信号打开 雨淋阀，使整个保护区内的开式喷头喷水灭火。同时启动水泵保证供水，压力开 关、水力警铃一起报警。 2 2 5 水幕系统 水幕系统是由水幕喷头、管道系统、控制阀等组成。水幕系统的工作原理与 雨淋系统基本相同，所不同的是水幕系统喷出的水为水幕状，而雨淋系统喷出的 水为开花射流。由于水幕喷出的水为水帘状，因此它不是直接用来扑灭火灾的， 而是与防火卷帘、防火水幕配合使用，起到防火隔断和局部降温的作用，防止火 势扩大和蔓延。 2 2 6 水喷雾灭火系统 水喷雾灭火系统在系统组成与雨淋系统基本相似，所不同的是该系统使用 的是一种喷雾喷头。这种喷头能把水粉碎成细小的水雾滴之后喷射到正在燃烧的 物质表面，通过表面冷却、窒息以及乳化、稀释的同时作用实现灭火。水喷雾具 有多种灭火机理，它不仅可以提高扑灭固体火灾的灭火效率，同时由于水雾具有 不会造成液体或飞溅、电器绝缘性好的特点，一般用在扑灭可燃液体火灾火电器 火灾中。 2 3 自动喷水灭火系统的主要部件 2 3 1 洒水喷头 在自动喷水灭火系统中，洒水喷头担负着探测火灾、启动系统和喷水灭火的 任务，它是系统中的关键组件。 喷头的种类很多，可以根据感温元件、公称动作温度、溅水盘形式和喷头的 结构形式对喷头进行分类。 按结构形式可分为闭式洒水喷头和开式洒水喷头；按热敏元件可分为玻璃球 洒水喷头和易熔元件洒水喷头；按安装方式和洒水形状可分为：直立型洒水喷头、 下垂型洒水喷头、普通型洒水喷头、边墙型洒水喷头和吊顶型洒水喷头等。 天津大学硕士学位论文 第二章自动喷水灭火系统组成及工作原理 2 3 2 报警阀 报警阀是自动喷水灭火系统中接通或切断水源，并启动报警器的装置。其主 要作用包括，接通或切断水源、输出报警信号和防止水流倒回供水源，以及通过 报警阀可以对系统的供水装置和报警装置进行检验。报警阀根据系统的不同分为 湿式报警阀、干式报警阀和雨淋阀。 1 湿式报警阀用于湿式喷水灭火系统。湿式报警阀为一个直立式的单向阀， 安装在自动喷水灭火系统立管上，阀后装有压力表以供检查水压。主要功能是当 喷头开启时，湿式阀能自动打开，并使水流入水力警铃发出报警信号。 2 干式报警阀用于干式喷水灭火系统。它的阀瓣将阀门分成两部分，出口 侧与系统管路和喷头相连，内充压缩空气，进口侧与水源相连。干式阀利用两饿 气压和水压作用在阀瓣上的力矩差控制阀瓣的封闭和开启，一般可分为差动型干 式报警阀和封闭型干式报警阀两种。 3 雨淋阀用于雨淋喷水灭火系统、预作用喷水灭火系统、水幕系统和水喷 雾灭系统。这种阀的进口侧与水源相连，出口侧与系统管路和喷头相连，一般为 空管，仅在预作用系统中充气。雨淋阀的开启由各种火灾探测装置控制。 2 3 3 水流报警装置 水流报警装置主要有水力警铃、水流指示器和压力开关。 水力警铃主要用于湿式喷水灭火系统，安装在报警阀附近。当报警阀打开消 防水源后，具有一定压力的水流冲动叶轮打铃报警。 水流指示器用于湿式喷水灭火系中。当某个喷头开启喷水或管网发生水量泄 漏时，管道中的水产生流动，引起水流指示器中浆片随水流而动作，接通延时电 路2 0 s 3 0 s 后，继电器触电吸合发出区域水流电信号，送至消防控制室。通常 将水流指示器安装在各楼层的配水干管上。 压力开关垂直安装在延迟器和水力警铃之闻的管道上。在水力警铃报警的同 时，依靠警铃管道内水压的升高自动接通电触点，完成电动警铃报警，同时向消 防控制室传送电信号或启动消防水泵。 2 3 4 延迟器 延迟器是一个罐式容器，安装于报警阀与水力警铃( 或压力开关) 之间。用来 防止由于水压波动引起报警阀开启而导致的误报。报警阀开启后，水流需经3 0 s 左右充满延迟器后才可冲打开水力警铃。 天津大学硕士学位论文 第二章自动喷水灭火系统组成及工作原理 2 3 5 末端监测装置 末端监测装置安装在系统管网末端。管径为d n 2 5 m m ，由排水阀门、压力表、 排气阀组成。打开排水阀门相当于一个喷头喷水，即可观察到水流指示器和报警 阀是否正常工作。压力表可测量系统水压是否符合规定要求，排气阀用来排除管 道中的气体。 2 4 喷头的选择与布置 喷头是自动喷水灭火系统中最为重要的组件之一，它的选择与布置直接关系 到系统是否能正常工作，因此，为了使自动喷水灭火系统能有效地发挥作用，合 理的选择与安装喷头是非常重要的工作。 2 4 6 喷头的特征参数 1 流量系数 喷头的流量系数k 值是喷头固有的喷水特性，它反映了喷头具有的喷水能 力，它表示定口径的喷头在0 1 m p a 压力下，l m i n 内所能喷出的水量。其基本 计算公式为： k = !( 2 一1 ) 4 1 0 p 式中k 喷头流量系数； p 喷头工作压力，m p a ： 印喷头流量，l m i n 。 对标准喷头( 公称口径为1 5 r a m ) ，在0 1 m p a 压力下，l m i n 内能喷出8 0 l 的水量，故 k ：毒7 _ ：当：8 0 4 1 0 p4 1 0 0 1 标准喷头k = 8 0 ，并不是表示标准喷头在o 1 m p a 的工作压力下，实际的喷水 量一定等于8 0 l m i n lk = 8 0 仅表示算术平均值。 喷头的k 值必须与保护区的喷水强度相适应，只有这样，喷头的布置和管网 的设置才能更加的合理。表2 1 是喷头流量系数和工作压力与喷水强度的对应表。 2 喷头的动作温度 喷头的动作温度是热敏感元件受热发生动作时的温度。选用时一般要求比预 测环境最高温度约高出3 0 c ，以避免在非火灾情况下环境温度发生较大幅度波动 天津大学硕士学位论文 第二章自动喷水灭火系统组成及工作原理 时导致误喷。比如，在一般公共场所，如办公室、商场、餐厅、娱乐场所、客房 等采用动作温度为6 8 。c 的。 表2 一l 喷头的流量系数和工作压力与喷水强度的关系 喷水强度喷头流量系数 喷头工作压力m p a喷头公称口径m m ( l m i n m 2 ) ( l m i n m p a o 5 ) 4 68 01 5 8 f 1 2 0 1 0 1 6 1 1 5 2 0 2 01 5 5 3 热敏性能 失火燃烧情况下，喷头周围的环境温度上升到喷头公称动作温度，感温元件 还不能启爆，因为它本身的温度尚未升到工程动作温度，它需要一段时间继续升 温，待达到公称动作温度扇爆时，其周围的环境温度早己又升高了许多，火燃烧 得越快，环境温度与喷头公称动作温度的差值就越大，这就是喷头对火反应的一 种“热滞后”现象，这种现象对燃烧的控制是不利的。 喷头的热敏性能就是表征在失火对反应快慢的一个参量，用反应时间指数 r t i 定量表示，公式如下： r t i = 等拓( 2 _ 2 ) m 式中，m _ 叫惑温元件的质量； c 感温元件的比热； h - - 对流热传导系数； 感温元件的受热面积( 一) 。 从公式中可以看出，r t i 值越大，普通反应越慢，反之，r t i 值越小，普通 反应越迅速，喷头越灵敏。 4 布水特征 火灾的扑灭，最终是由降落到着火物上的水完成的，喷头喷出的水，通过溅 水盘的作用，均匀而有效地分布到着火物上，洒水喷头的布水形式、布水面积和 布水水滴大小等布水特征，均会影响到灭火效果。 天津大学硕士学位论文 第二章自动喷水灭火系统组成及工作原理 2 4 7 喷头的选择 对于喷头的选择，首先除了要根据上述喷头本身的一些特性参数之外，还要 考虑到被保护场所的火灾危险性，所保护空间的建筑构造等。例如，当设置场所 设有吊顶时，喷头应紧贴在吊顶下或埋没在吊项内，此时适合采用下垂型或吊顶 型喷头，否则吊顶将阻挡洒水分布，而对于不设置吊顶的场所，由于火灾热气流 将上升至顶板后蔓延，此时就应该安装向上的直立型喷头。 另外，在设计中还应根据建筑物的不同功能部位选择不同温度级别和不同感 温元件的喷头，目前对于国产的两种喷头：易熔金属元件喷头和玻璃球喷头。易 熔金属元件闭式喷头一股用于不具有腐蚀性气体的各类建( 构) 筑物，玻璃球闭 式喷头可用于各种场合的建( 构) 建筑物中，但当环境温度低于零下1 0 时不 宜采用，一般情况下，办公楼、工业用房和地下库等宜选用6 8 c 温度级喷头， 对厨房，锅炉房等高温场所宜选用温度级别较高的喷头，例如9 3 。c ，1 4 1 等。 2 4 8 喷头的布置与合理性比较 合理布置喷头是自动喷水灭火系统设计中的重要环节，系统能否在被保护场 所所发生的火灾时，正常启动并有效地控制火灾或灭火，在很大程度上取决于喷 头布置是否合理n 5 m 6 “。 1 喷头布置的基本原则和要求 喷头布置的基本原则： a 满足作用面积内的喷水强度、喷水的均匀性及喷头的适时开放； b 喷头在喷水半径内灵活布置，不出现未被覆盖的空白，也不出现过多的重 复覆盖面积； c 保证喷湿墙根及一定范围内豹墙面；喷头之间不应互相影响；应考虑火灾 时烟羽流队喷头动作时间的影响。 2 。凌头布置形式 喷头的布鼍形式有三种：正方形、长方形和菱形。如图2 - 3 所示。 1 ) 喷头布置间距的确定 喷头的布置形式有三种，其喷头和配水支管间距的确定根据其布置形式不同 有所区别。 a 。正方形布置：如图2 - 3 ( a ) 所示，喷头之间的间距x = 2 r c o s 4 5 0 = 1 ，4 1 4 r b 长方形布置：如图2 - 3 ( b ) 所示，在长方形布置中，只有当4 个喷水圆两 两相切于0 点，而且在r = b 时，该喷头的布置最经济合理。 喷头的长边间距s = 2 r c o s 3 0 0 = 1 7 3 2 r 天津大学硕士学位论文 第二章自动喷水灭火系统组成及工作原理 喷头的短边间距d = r c 菱形布置：如图2 3 ( c ) 所示，喷头a 、b 、c 、d 交错布置，其连线构成菱 形，其中喷头b 、c 、d 连线构成一个等边三角形，只有喷水圆通过该等边三角形 的形心时，才既不会有过多交汇，也不会出现空白，是最经济的布置。 喷头的横向间距s = 2 r c o s 3 0 0 = 1 7 3 2 r 喷头纵向间距d = r + r * c o s 3 0 。= 1 5 r ( a ) 图2 - 3 喷头的三种布置形式 ( c ) 2 ) 各种喷头布置经济性比较和选择 如图2 3 所示，在喷头的三种布置形式中，同样四只喷头所覆盖的面积各 不相同，每只喷头平均覆盖面积分别如下： 正方形布置：如图2 3 ( a ) 所示，每只喷头平均覆盖面积为正方形a b c d ，则面 积s = x * x = 4 r 2 c o s 2 4 5 0 = 2 r 2 。 长方形布置：如图2 - 3 ( b ) 所示，每只喷头平均覆盖面积为长方形a b c d ，则面 积s = a , b = i 7 3 2 r 2 。 菱形布置：如图2 3 ( c ) 所示，每只喷头平均覆盖面积为正六边形，则面积 s = 6 聿( 1 2 * r 2 c o s 3 0 0 ) = 2 5 9 8 r 2 。 从上面三种形式的单个喷头的平均覆盖面积计算结果可以看出，相同条件下 的四只喷头，在菱形布置时，单个喷头的平均覆盖面积最大，长方形布置所覆盖 的面积撮小。菱形布置所覆盖的面积是正方形布置所覆盖的面积的1 3 倍，是正 方形布置所覆盖面积的1 5 倍 而正方形布置所覆盖的面积是长方形布置所覆盖 的面积的1 1 5 倍。即在相同面积的防火区域布置喷头，菱形布置时，所需喷头 的数量最少，经济性最好，正方形次之，长方形布置所需喷头最多，经济性最差。 因此，在选择使用喷头的布置形式时，应优先选择菱形布置。但是，在保护区域 的边界菱形布置形式喷头不好布局。在正方形布置中，其经济性处于三种布置形 天津大学硕士学位论文 第二章自动喷水灭火系统组成及工作原理 式的中间，并且喷头与喷头之间的间距相等，既易于喷头的布置，也易于施工， 在工程中使用最多。而长方形布置形式在长方形保护区域使用最多