（环境工程专业论文）我国普通住宅建筑内应用自动喷水灭火系统的关键问题研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 住宅建筑规范( g b 5 0 3 8 6 2 0 0 5 ) 2 0 1 中指出住宅建筑是指“供家庭居住使 用的建筑( 含与其他功能空间处于同一建筑中的住宅部分) ”。住宅是人们家庭生 活不可缺少的活动场所，随着生活水平的不断提高，人们对住宅建筑的舒适性、 美观性的要求也随之提高，不断追求个性化、时尚化的家庭装修。以至家庭内装 修程度越来越高、越来越豪华，家具产品也越来越丰富。造成住宅内，可燃易燃 物品不断增多，火灾荷载密度加大，住宅火灾危险性不断升高，导致住宅火灾严 重威胁居民的生命和财产安全。 目前，我国住宅建筑主要的消防扑救设施为消火栓系统，然而住宅火灾次数 仍居高不下，住宅火灾造成的人员伤亡和财产损失较为严重，消火栓系统在灭火 时并不能被居民有效利用。随着我国老龄化社会的到来，以及我国独生子女较多， 以至于平时家中以老年人以及未成人为主，而室内消火栓系统主要是为消防队员 扑救火灾而设置的，没有经过训练的普通居民很难掌握，如此室内消火栓系统控 制初期火灾的效果便大大减少。 而自动喷水灭火系统的主要特点是自动探测火灾并及时喷水灭火，同时具有 自动报警的功能，且不需要人工操作，还能够确保人们在休息的时候自动喷水灭 火，具有很高的灭火效率。自动喷水灭火系统应当成为住宅建筑主要的消防扑救 设施。 本论文针对我国普通住宅建筑内应用自动喷水灭火系统的关键问题进行了分 析研究，针对不同的住宅建筑类型，分析其火灾危险性，确定火灾危险等级及设 计喷水强度等相关设计参数。探讨住宅内设置自动喷水灭火系统时对居住环境的 影响，应采取相应措施降低其对环境的影响。最后工程案例分析了住宅建筑设置 自动喷水灭火系统的经济性问题，研究了当住宅建筑设置自动喷水灭火系统时， 所增加的费用，得出住宅内安装自动喷水灭火系统的投资费用占建筑总投资的比 重。通过估算2 0 0 1 至2 0 1 0 年间平均每次住宅火灾造成的经济损失，得出住宅内 安装自动喷水灭火系统具有很高的经济效益。 关键词：住宅自动喷水灭火系统，家用喷头，住宅火灾危险等级， 生活喷淋联合系统 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t r e s i d e n t i a lb u i l d i n gc o d e s ( g b 5 0 38 6 2 0 0 5 ) 2 0 1p o i n t so u tt h a tt h er e s i d e n t i a l b u i l d i n gi s t l l ep l a c ew h e r et h ef a m i l yl i v e sa 1 1 dt h er e s i d e n t i a ls e c t i o ni nt 1 豫s a m e b u i l d i n gw i t ho t h e r 矗m c t i o ns p a c e r s i d e n t i a lb u i l d i n gi st h ei n d i s p e n s a b l ep l a c ef o r f i 龇i l yl i f e w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m ya n dt h ei m p r o v e m e n to fp e o p l e sl i v i n g s 伽 1 d a r d s ，t h er e q u i r 锄e n to ft h ec o m f o r t a b i l i t ya n da e s t h e t i c so ft l l e r e s i d e n t i a l b u i l d i n g sh a sb e e ni n c i e a s e ds u b s e q u e n t l y ：i h e ni nt h eh o u s et h ed e g r e eo fd e c o r a t i o n a n dl u x u 巧b e c o m em o r ea 1 1 dm o r eh i 曲，a n dt h e 如m i t u r eb e c o m ei n c r e a s i n g l yr i c h w i t ht h ei n f l 锄m a b l eg o o d si n c r e a s i n g ，t h ef i r el o a dd e n s i t yb e c o m e sh i g ha l s o a 【l d t h e n ，t h er e s i d e n t i a l6 r er i s kc o n t i n u e st or i s e a no ft h e s el e a dt ot h er e s i d e n t i a lf i r e s e r i o u s l yt h r e a t e n sm es a f e t yo fr e s i d e n t sa n d t h e i rp r o p e r c y i nc h i n a ，h y d r a n ts y s t e mi st h em a i nf i r ef i g h t i n gf a c i l i t yi n t h er e s i d e m i a l b u i l d i n g s ，h o w e v e r ，t h en 啪b e ro fr e s i d e n t i a lf i r ei ss t i uh i g ha n dt h ef i r es t i l ls e r i o u s l y c a u s ec a s u a l t i e sa i l d p r o p e r t yl o s s e s w h e nt h ef i r eb r e a l ( so u ti n t h er e s i d e n t i a l b u i l d i n g s ，m o s to fm er e s i d e n t sc 籼o tu s et h eh y d r a i l te 伍c i e n t l y a 1 0 n gw i t ht h ea d v e n to ft h ea g i n go fp o p u l a t i o ni no u rc o u n t d ， a n dt 1 1 e c h 锄c t e r i s t i c so f p o p u l a t i o ns t r u c t u r e ，i nt h en o n n a l t i m et h em a i nf i 锄i l ym e m b e r sa r e t h e a g e da n dj u v e n i l e s b e c a u s eo ft h e i ro w nc h a r a c t e r i s t i c sa n dw i t h o u ts p e c i f i c 仃a i n i n g ，t h o s ep e o p l ec a r u l o tu s em eh y d r a i l te m c i e n t l yt oe x t i n g u i s na l l de s c a p e a n d t h ee f r e c to ft h eh y d r a n tf o rc o n t r o l l i n gt h ei n c i p i e n tf i r ei sm u c hl o w t h em a i nc h a r a c t e r i s t i c sa u t o m a t i c s p r i n k l e rs y s t e m i s d e t e c t i n g t h ef i r e a u t o m a t i c a l l ya n dd r o p p i n gw a t e ro nt h ef l 锄e st i m e l y a n di th a sm ef - 吼c t i o no f a u t o m a t i ca l 啪，a 1 1 di tc a nb eo p e r a t e da u t o m a t i c a l l yw h e np e o p l ea r es l e e p i n g t h e s p r i n k l e rs y s t e mh a sh 培he f j c i c i e n c yi ne x t i n g u i s h i n gt h ef i r e ，a i l di ts h o u l dh a v eb e c o m e t h em a i nf i r e - e x t i n g u i s h i n gi n s t a l l a t i o ni nt h er e s i d e n t i a lb u i l d i n g s t h ec r i t i c a lp r o b l e m so ft h ei n s t a l l a t i o no ft l l es p r i n k l e r si nt h ec o i i l 】 1 1 0 nr e s i d e n t i a l b u i l d i n g sw i l lb es t u d i e di nt h i sp a p e r f o rd i f e r e n tt y p eo fr e s i d e n t i a lb u i l d i n g s ，t h e r e a r ed i 舵r e n tf i r er i s ka 1 1 df i r ed a i l g e rl e v e la n ds p r a y i n g 、v a t e ri n t e n s i t y ，a n do t h e rd e s i g n p a 豫m e t e r a n dt a l ( es o m em e t h o d st or e d u c et h ei n n u e n c et ot h el i v i n ge n v i r o m e n t b yt h ee n d ，a i l a l y s i st h ec o s to ft h er e s i d e n t i a ls p r i i l l ( 1 e r sa n di t se 疏c ti nr e d u c i n gt h e p r o p e r t yd 锄a g e k e yw o r d s ：r e s i d e n t i a ls p r i n k l e r s ， d o m e s t i cs p r i n k l e r s ， r e s i d e n t i a lf i r ed a j l g e rl e v e l ， r e s i d e n t i a ls p r i n k l e rs y s t e mc o m b i n ew i t hw a t e rs u p p l ys y s t e m 1 i 重庆大学硕士学位论文 1绪论 1绪论 1 1 问题的提出及研究意义 火灾的不断发生严重影响了公众的安全和社会的正常发展，伴随着社会财富 日益增多，导致火灾发生的危险性因素也在不断增加，火灾的危害性也越来越大， 表1 1 为我国2 0 0 1 年至2 0 1 0 年火灾统计数据。 表1 12 0 0 l 至2 0 1 0 年全国火灾统计 t h b l e1 1n a t i o n a lf j r es t a t i s t i c s 抒o m2 0 01t 02 0l0 1 1 1 0 l 注：表中数据未包含草原、森林、矿井地下部分、军队等火灾。 虽然我国火灾总体呈下降趋势，但是每年的火灾发生次数仍然在1 2 万次以上， 在火灾中死亡的人数在1 2 0 0 人以上，火灾造成的直接经济损失在2 0 0 6 年以后持 续上升，2 0 1 0 年火灾造成的直接经济损失近2 0 亿元人民币。 从火灾统计数据分析，住宅建筑火灾造成的损失十分巨大，表1 2 为我国2 0 0 1 年至2 0 l o 年住宅火灾损失统计。可见十年间，平均每年住宅火灾发生约4 7 万次， 约占全国火灾发生总次数的2 3 6 ；平均每年约1 2 5 3 人死于住宅火灾，约占全国 火灾死亡人数的6 4 ；平均每年在住宅火灾中受伤的人数约为8 1 0 5 人，约占全国 火灾受伤人数的4 0 6 ；平均每年住宅火灾造成的直接经济损失约2 1 亿元，约占 全国火灾造成的直接经济损失的1 4 7 。 重庆大学硕士学位论文 l绪论 可以看到，虽然全国每年约有不到四分之一的火灾发生在住宅建筑内，但是 住宅火灾造成的人员伤亡和财产损失十分巨大，住宅建筑火灾严重危害了居民的 生命和财产安全，对居民的日常生活造成了严重的影响。 表1 22 0 0 1 年至2 0 1 0 年我国住宅火灾损失统计( 1 1 0 】 1 、a b l e1 2t h en a t i o n a ls t a t i s t i c so fh o m ef ；r e1 0 s s e sf r o m2 0 01t o2 010 注：为住宅火灾发生次数及造成损失总数占全国火灾总次数及火灾总损失的百分数。 我国建筑设计防火规范( g b5 0 0 1 6 2 0 0 6 ，以下简称“低规”) 规定1 1 1 】超过7 层的住宅建筑应设置室内消火栓系统，高层民用建筑设计防火规范g b5 0 0 4 5 9 5 ( 2 0 0 5 年版，以下简称“高规”) 强调以设置消火栓系统作为高层民用建筑最基本 的灭火设备1 12 1 ，室内消火栓是控制初期火灾时的有效灭火设备，但是需要参加过 训练或专业消防人员才能有效的使用1 1 1 l ，而住宅内的普通居民很难在发生火灾时 候有效地利用消火栓系统进行灭火及逃生。 分析火灾统计数据发现，住宅火灾中，未成年人的死亡人数平均占住宅火灾 死亡总人数的2 5 6 ，6 0 岁以上的老年人的死亡人数平均占总数的3 7 ，二者平 均合占住宅火灾总死亡人数的6 2 6 ，见表1 3 。可见，老年人及未成年人在住宅 火灾中具有更高的危险性。 2 重庆大学硕士学位论文 1绪论 表1 32 0 0 7 年至2 0 l o 年不同年龄段人员在住宅火灾中的死亡情况【 1 0 】 t ，山l el - 3t h ed e a t ho f d i 氐r e ma g e si nt h er e s i d e n t i a lf i r ef r o m2 0 0 7t o2 0 1 0 0 1 8 岁1 9 5 9 岁耋6 0 岁 年份 人数人数人数 2 0 0 72 2 42 6 12 8 33 2 93 5 24 1 o 2 0 0 82 1 22 6 43 0 23 7 62 8 93 6 0 2 0 0 91 8 22 4 72 7 33 7 12 8 13 8 2 2 0 1 01 7 82 4 83 0 74 2 82 3 23 2 4 合计7 9 62 5 61 1 6 53 7 41 1 5 43 7 注：为该年龄段的死亡人数占住宅火灾死亡总人数的百分比。 资料表明【i 2 l ，室内消火栓系统，一支水枪的控火率仅4 0 左右，两支水枪控 火率仅6 5 左右。自动喷水灭火系统能够在不需要人工操作的情况下有效控制火 势蔓延并扑灭初期火灾，具有良好的灭火性能，其灭火率可达9 6 以上【”】。美英 等国利用自动喷水灭火系统在灭火时的高效性、及时性、自动性等优点，成功的 在住宅建筑内应用了自动喷水灭火系统，有效的保护了居民的生命及财产安全。 美国消防协会统计数据【1 4 】显示，在安装有自动喷水灭火系统的住宅中，火灾死亡 人数减少约8 2 ，财产损失减少约9 5 2 。 分析研究我国住宅建筑火灾危险等级，探讨适合我国普通住宅建筑的自动喷 水灭火系统方式，分析研究其相关设计参数，为我国相关领域研究提供一定理论 参考，有助于推动我国普通住宅自动喷水灭火系统的应用与发展，对于保护居民 的生命和财产安全有重要的现实意义。 1 2 国内外研究现状 1 2 1国外住宅自动喷水灭火系统研究现状 美国是火灾死亡率和财产损失率最高的国家，2 0 世纪7 0 年代，平均每年在建 筑火灾中的死亡人数约为8 0 0 0 人，而这其中9 0 的死亡是发生在住宅火灾中【l 引。 为此，美国在住宅建筑中成功的引入了自动喷水灭火系统。 美国消防协会n f p a ( n a t i o n a lf i r ep r o t e c t i o n a s s o c i a t i o n ) 在1 9 7 5 年发布了第 一部住宅自动喷水灭火系统规范f 撕j n f p a l 3 d 。从1 9 7 6 年开始，美国消防署u s 队 ( t h eu i l i t e ds t a t e sf i r ea d m i n i s t r a t i o n ) 在住宅自动喷水灭火系统的相关领域进行 了多项研究，评估了自动喷水灭火系统在住宅火灾中对于减少人员伤亡和财产损失 的影响【1 7 】。u s f a 、n f p a 、工厂相互保险研究所f m ( f a c t o r ym u t u a ls y s t e m ) 、保险 商实验室u l ( u n d e 刑r i t e r sl a b o r a t o r y ) 等机构合作，研究住宅中设置自动喷水灭火 系统的相关设计参数，通过实体火灾试验，分析住宅自动喷水灭火系统在扑灭室 重庆大学硕士学位垒壅 ! 董鱼 _ _ - _ - _ ，_ _ - - _ _ _ - - - p _ _ - 一一 内火灾时的效果( ，剐。1 9 8 9 年n f p a 发布了n f p a l 3 r ，即四层及四层以上住宅建 筑自动喷水灭火系统安装标准】。而于2 0 1 1 年发布的最新版国际住宅规范 要求新建住宅建筑安装自动喷水灭火系统1 2 们。 美国马里兰州乔治王子郡消防部门对比分析了某住宅小区火灾发生情况的统 计数据得出：在安装有自动喷水灭火系统的住宅中，火灾发生1 2 1 次，经济损失 约4 0 1 2 2 0 美元；在记录的未安装自动喷水灭火系统的住宅中，火灾发生5 0 次， 经济损失约3 9 6 4 5 0 0 美元。研究发现，安装有自动喷水系统的住宅中，受伤人数 为7 人，死亡人数为o 人，在未安装该系统的住宅中受伤人数为4 6 人，死亡人数 为2 2 人1 2 1 1 。 在1 9 9 0 年，英国发布了第1 4 号技术公告( t b l 4 ) ，这是英国第一部适用于住 宅建筑的自动喷水灭火系统规范。2 0 0 0 年4 月1 5 日，出版了居住和住宅建筑内 自动喷水灭火系统安装规范( 草稿) ( d d 2 5 1 ：2 0 0 0 ) ，2 0 0 5 年2 月出版了居住和 住宅建筑自动喷水灭火系统实施规范( b s d d2 5 1 2 0 0 0 ) ，并在2 0 0 5 年4 月份开 始执行【2 2 1 。 英国建筑研究所在报告e 疏c t i v e n e s so f s p r i n k l e r si nr e s i d e n t i a lp r e m i s e s 中指 出“在安装有自动喷水灭火系统和报警装置的住宅火灾中，死亡人数减少约8 3 ， 受伤人数减少约4 5 一8 5 ，财产损失减少约4 0 5 5 0 ”。在对分别安装和未安装自 动喷水灭火系统的客厅进行了实体火灾试验，发现：在安装有该系统的客厅内， 着火后约7 分钟，喷头开始动作，系统成功控制了火势蔓延并将其扑灭1 2 3 1 ，报告 认为在安装有自动喷水灭火系统的客厅内将不会有人员伤亡。 目前，国外住宅自动喷水灭火系统发展的主要方向在于研究更加简易和经济 实用的系统，以及适用于住宅建筑的水喷雾灭火系统。水喷雾灭火系统能够确保 在使用较少水量的情况下达到灭火的目的，但其保护范围较小，系统所需压力较 大，系统造价较高。因此研究更为经济、高效、简洁的住宅自动喷水灭火系统将 成为研究的重点。 1 2 1国内住宅自动喷水灭火系统研究现状 住宅建筑规范g b 5 0 3 6 8 2 0 0 5 ( 以下简称“住建规”) 9 6 2 条规定【2 4 1 ：“3 5 层及以上的住宅建筑应设置自动喷水灭火系统”，“高规”规定：“高度超过1 0 0 m 的 高层建筑，除不设集中空调且户门为甲级防火门的住宅的户内用房外均应设自动喷 水灭火系统【1 2 l ”。 国内有研究人员将住宅喷淋系统纳入简易喷淋系统1 2 5 】，简易喷淋系统同样可 装于住宅建筑内，用于保护居民的生命和财产安全。2 0 0 2 年，上海市消防局发布 了简易自动喷水灭火系统设计、施工、维护技术规定，2 0 0 3 年，浙江省发布了 简易自动喷水灭火系统设计、施工、维护技术规定，2 0 0 4 年，北京市发布了简 易自动喷水灭火系统设计规程d b j0 1 6 1 7 。2 0 0 4 。在这些地方规定或规程中明确 指出，简易自动喷水灭火系统适用于住宅建筑。 4 重庆大学硕士学位论文 1绪论 公安部四川消防研究所曾进行住宅建筑的实体火灾试验，发现层高为3 m 的 客厅，火灾烟气发展十分迅速，仅6 秒的时间烟气就充满整个室内，能见度非常 低，在这种环境下人员逃生就很困难。试验结果显示，自动喷水灭火系统及时动 作，仅用了很小一部分水量就有效地控制了火灾的发展与蔓延。说明在住宅建筑 内安装自动喷水灭火系统对于保护人员的生命安全和财产损失是十分有效的f 2 6 1 。 2 0 0 7 年5 月1 日，我国开始实施由公安部四川消防研究所主编的简易自动喷水灭 火系统应用技术规程( c e c s 2 1 9 ：2 0 0 7 ) ，其中1 0 2 条指出，本规程适用于居住场 所【2 7 】。 近年来，部分城市在一些住宅建筑内试点安装了简易喷淋系统。2 0 0 4 年上海 静安区政府在全区5 万户居民楼内安装了简易喷淋系统，到2 0 0 9 年，自动喷水灭 火系统已经扑灭住宅火灾4 0 多起，保护居民约1 6 0 户【2 鄂。 目前，国内许多专业人士针对在住宅建筑内安装自动喷水灭火系统进行了大 量研究，包括住宅喷淋系统的供水水源、水压要求、合理的管道布置及适合住宅 喷淋用的洒水喷头，为住宅喷淋技术提供了强有力的理论依据，促进了住宅自动 喷水灭火系统的应用与推广。 1 3 普通住宅建筑内应用自动喷水灭火系统存在的主要问题 随着经济的发展，生活水平日益提高，人们对居住环境的安全性越来越重视， 而住宅建筑火灾是人们日常生活中最容易忽视但却是危害极大的安全问题。工业 发达国家成功的在住宅建筑内应用了自动喷水灭火系统，事实证明在住宅建筑内 安装自动喷水灭火系统能够有效的保护居民的生命和财产安全。分析我国普通住 宅建筑内应用自动喷水灭火系统存在的主要问题有以下几个方面： 我国普通住宅建筑类型多样。主要有多层普通住宅建筑、高层普通住宅建 筑和超高层普通住宅建筑，针对不同的住宅建筑类型，应当采用何种形式的住宅 自动喷水灭火系统才合理及住宅自动喷水灭火系统主要设计参数有何特点需要深 入分析研究； 住宅建筑内安装自动喷水灭火系统势必对居住环境造成影响，采取何种措 施能够尽量减少其对居住环境的影响，需要深入的分析研究； 住宅建筑内安装自动喷水灭火系统势必会发生系统的安装运行和维护费 用。针对住宅自动喷水灭火系统的经济性问题，需要深入的分析研究。 1 4 课题研究的目的、内容和技术路线 1 4 1研究的目的 通过分析我国普通住宅建筑内应用自动喷水灭火系统存在的问题，研究适合 我国不同住宅建筑类型的自动喷水灭火系统、及其设计参数。 重庆大学硕士学位论文 l 绪论 1 4 2研究的内容 本论文主要研究内容包括以下几个方面： 分析确定住宅自动喷水灭火系统主要设计参数； 研究普通住宅自动喷水灭火系统方式及其适用范围； 研究降低住宅自动喷水灭火系统对居住环境影响的措施； 分析普通住宅建筑内应用自动喷水灭火系统的经济性问题。 1 4 3 技术路线 图1 1 技术路线 f i g 】1 r e s e a r c ht e c h n i q u er o u t e 6 重庆大学硕士学位论文 2 自动喷水灭火系统概述 2自动喷水灭火系统概述 2 1 自动喷水灭火系统灭火性能研究 在1 9 世纪5 0 年代，自动喷水灭火系统在英国以穿孔管的形势诞生f 2 射。随后， 在美国自动喷水灭火系统被广泛应用于棉纺织工业，并逐渐发展成为系统完整、 安全可靠的自动喷水灭火系统，如今该系统早己广泛地应用于工业及民用建筑中。 在我国2 0 世纪3 0 年代，自动喷水灭火系统主要应用于外国人开办的纺织厂、 烟厂以及高层民用建筑中。新中国成立后尤其是改革开放以来，我国自动喷水灭 火技术得到充分发展，相关工程技术人员在自动喷水灭火系统的设计、安装、调 试及管理等专业技术方面积累了丰富的宝贵经验。且自动喷水灭火系统相关产品 早己国产化，各种类型的自动喷水灭火系统被广泛的应用在不同种类的建筑中， 在保护人民生命和财产安全方面发挥了巨大的作用。 2 1 1自动喷水灭火系统的类型及组成 自动喷水灭火系统通常可分为开式系统和闭式系统两大类，闭式系统主要包 括湿式、干式、预作用系统等，开式系统可分为雨淋系统、水幕系统、水喷雾系 统、细水雾系统等。下面就几种常用的系统进行介绍。 闭式自动喷水灭火系统 1 ) 湿式自动喷水灭火系统 该系统主要包括：加压泵组、湿式报警阀组、闭式洒水喷头、配水管道系统、 末端试水装置等。因管道内经常充满压力水，喷头探测到火灾并动作后便立即喷 水，故被称为湿式系统。目前世界上约7 0 的自动喷水灭火系统采用湿式系鲥2 8 1 。 该系统的主要技术特点是：当喷头探测到火灾并动作后开始喷水，水流指示 器动作并发出电信号、湿式报警阀动作、水力警铃报警和压力开关动作、启动加 压泵组向系统供水，实现就地和远传报警【2 9 l ，该系统的工作原理见图2 1 。 2 ) 干式自动喷水灭火系统 该系统主要由加压泵组、干式报警阀组、喷头、管道系统及充气设备等组成。 平时系统内没有水而是充装压力气体而被称为干式系统。 该系统的主要技术特点是：在戒备状态时干式报警阀后的管道内充装压力气 体( 空气或氮气) ，当喷头探测到火灾且动作后，管道内气体的流动使得水流指示器 动作并发出电信号，同时报警阀在入口压力水的作用下开启向管道供水，管道开 始充水排气、喷头喷水f 29 1 ，该系统的工作原理见图2 2 。 重鏖盔堂堡圭兰垡笙茎三旦塑堕查墨型 图2 1 湿式自动喷水灭火系统工作原理图 f i g 2 1 t h ep r i n c i p l eo fw e tt y p es p r i n k l e 。8 y s t e m 图2 2 干式自动喷水灭火系统工作原理图 f i g 2 2 t h ep r i n c i p l eo fd r yt y p es p r i n k i e r8 y 8 t e m 2 嚣黧黧搿蒜嗽孰管道黼火灾删旒闭式喷 该系统主要由加压泵组、预作用报警阀、管j 亘系统、火火俅伙9 尔钒一”v 挑 8 重庆大学硕士学位论文 2自动喷水灭火系统概述 头和充气设备等组成。该系统的主要控制方式有单气、电连锁、无连锁和双连锁 系统等4 种，而我国规范中的预作用系统主要是指电气单连锁系统 3 0 】。 该系统的技术特点是：在戒备状态时，预作用报警阀后的管道内装有压力空 气，具有干式系统的某些特点，且喷头误动作时不会引起水渍损失。当火灾报警 系统或传动管系统报警后预作用阀开启，管道充水排气，系统变为湿式系统，当 喷头探测到火灾并动作后便立即喷水灭火。该系统的工作原理见图2 3 。 图2 3 预作用自动喷水灭火系统工作原理图 f i g 2 3 t h ep r i n c i p l eq f p r e a c t i o ns p r i n k l e rs y s t e m 重庆大学硕士学位论文2 自动喷水灭火系统概述 4 ) 重复启闭自动喷水灭火系统 该系统主要有两种形式，一是系统通过烟、温感传感器控制系统的重复启闭， 另一种是喷头具有自动重复启闭的功能。前一种重复启闭系统的技术特点与预作 用系统相似，又称重复启闭预作用自动喷水灭火系统，主要特点是：系统同时具 有自动启动和自动关闭的特点。当喷头破裂但无火灾发生时系统不会喷水，而发 生火灾时，火灾探测器控制系统排气、充水，当喷头探测火灾且动作后开始喷水 灭火；当火灾扑灭后探测系统控制系统关闭，停止喷水。当火灾再次发生时，系 统再次启动实施喷水灭火。 第二种重复启闭系统是利用具有重复启闭功能的喷头来实现的。喷头探测到 火灾时，喷头动作喷水灭火，当火扑灭后喷头闭合停止喷水，复燃时喷头可重新 动作喷水。该系统完全实现了自动喷水灭火系统的“自动”功能，喷头可重复利用， 无需经常更换喷头，且造成水渍损失少。 开式自动喷水灭火系统 1 ) 雨淋系统 该系统采用开式喷头，由火灾自动报警系统或传动管系统自动连锁启动雨淋 阀，控制一组喷头同时喷水。系统工作时，整个保护区内的喷头同时喷水。主要 适用于火灾蔓延迅速的场所，如火工品场、舞台，以及高度超过闭式喷头保护的 空间、严重危险i i 级，舞台葡萄架下部、摄影棚及易燃材料制作的景观展厅等。 雨淋系统的工作原理是：当火灾探测器探测到火灾后向电控箱发出报警信号， 经电控箱分析确认后发出声、光报警信号，同时控制雨淋阀开启，水流立即充满 整个个雨淋管网，使该雨淋阀控制开式喷头同时喷水，覆盖着火区域达到灭火目 的。雨淋阀打开后，水力警铃同时发出报警信号，在水压作用下接通压力开关， 并通过电控箱切换给值班室发出电信号或直接启动水泵，在消防水泵启动前，火 灾初期所需的消防水量由高位消防水箱或气压罐供给。雨淋系统工作原理见图2 4 。 2 ) 水幕系统 该系统是有水幕喷头、管道和控制阀等组成的用于阻火、隔火、冷却防火分 隔物的一种自动喷水灭火系统。该系统的工作过程与雨淋系统相同，主要区别是 是，水幕喷头的水成水帘状，因此水幕系统不是直接用于扑灭火灾而是与防火卷 帘、防火幕配合使用，用于防火隔断、防火分区以及局部降温保护等。该系统的 工作原理与雨淋系统工作原理相同。 3 ) 水喷雾灭火系统 该系统是由水源、供水设备、管道、雨淋阀组、过滤器和水雾喷头等组成。 水喷雾灭火系统利用水雾喷头在较高的水压力作用下，将水流分离成细小水雾滴， 喷向保护对象实现灭火和防护冷却的作用。该系统用水量少，冷却和灭火效果好， 重庆大学硕士学位论文 2 自动喷水灭火系统概述 其用于灭火时的适用范围为：扑救固体火灾、燃点高于6 0 的液体火灾和电气火 灾；用于防护冷却时的适用范围为：对可燃气体和甲、乙、丙类液体的生产、储 存装置或装卸设施进行防护冷却。该系统工作原理与雨淋喷水灭火系统和水幕系 统基本相同。 图2 4 雨淋系统工作原理图 f i g 2 4 t h ep r i n c i p l eo fd e l u g es y s t e m 重庆大学硕士学位论文 2 自动喷水灭火系统概述 2 1 2自动喷水灭火系统的灭火原理及其优势 火灾的类型不同，其特点也不同，国家标准火灾分类( g b t 4 9 6 8 2 0 0 8 ) 根据物质燃烧特性，将火灾划分为以下四种类型： a 类火灾：指固体物质火灾。这种物质通常含有有机物质，在燃烧时产生灼 热的灰烬，如木材、棉、纸张等。 b 类火灾：指液体火灾和可熔化的固体物质火灾，如汽油、煤油、甲醇等。 c 类火灾：指气体火灾，如煤气、天然气、甲烷等。 d 类火灾：指金属火灾，如钾、钠、镁铝、铝镁合金等。 从火灾的分类来看，住宅建筑火灾主要是固体物质火灾及属于a 类火灾。 建筑火灾发展主要阶段 建筑室内火灾的发生发展主要分为三个阶段f 3 1 】： 1 ) 火灾初期增长阶段。 起初阶段，房间通风状况将影响火灾的发展。该阶段内，房间的平均温度较 低，热释放速率不高。如房间通风良好，火灾可迅速发展至轰然阶段，此时火势 将蔓延整个房间。轰然将标志着室内火灾由初期增长阶段发展到充分发展阶段。 轰然阶段时间很短，可是室内温度将骤升至8 0 0 ，最高可达1 1 0 0 。美国消防 设计手册曾指出，即使在最差的环境条件下，家具点燃3 5 m i n 后其放热率可达到 2 0 0 0 3 0 0 0 k w m ，而在门窗关闭的房间中，只要1 0 0 0k w l l 就可引发轰燃f 2 8 1 。 2 ) 火灾充分发展阶段 在此阶段，热释放效率增至最大，常达到8 0 0 以上。如此高的温度可严重破 坏室内的设备及建筑结构甚至造成建筑物倒塌；同时高温火焰、烟气会携带大量 的可燃组分从起火房间的开口窜出，火灾将蔓延至邻近房间或相邻建筑物。 3 1 火灾减弱阶段 当房间内的平均温度降至峰值时的8 0 后，火灾发展至减弱阶段，火灾开始逐 渐减弱。房间内可燃物已燃烧充分，燃烧速率不断降低，最后火焰熄灭，但此时 房间内的平均温度还会保持在2 0 0 3 0 0 左右。 从火灾发展阶段可以看出，火灾初期是灭火最为有利的时机，如着火初期能 够及时被探测到，因其燃烧面积小，只需要少量的水便可将其扑灭，可以避免火 势的继续发展。 自动喷水灭火系统灭火的基本原理 火灾燃烧是一种快速化学反应，燃烧的维持需要有可燃物、氧化剂及温度， 消除或限制其中的任一条件既可使燃烧反应中断，自动喷水灭火系统扑灭火灾的 基本方法主要有以下四种： 1 1 冷却。通过降低温度来控制火灾或使火灾熄灭。将温度低的水喷洒到燃烧 重庆大学硕士学位论文 2自动喷水灭火系统概述 物上，使其温度降低到该可燃物的燃点以下，或是喷洒到火源周围的物体上，以 免形成新的火源。水具有较大的热容量，冷却性能良好，在灭火过程中，水大量 吸收热量使燃烧物的温度迅速降低，致使火焰熄灭。 2 ) 窒息。主要是通过限制氧气的供应而使火灾熄灭。稀释燃烧区内的空气， 使其氧气含量降到维护燃烧所需的最低浓度以下。研究发现p ，l k g 的水由常温变 为蒸汽约吸收2 2 5 8 k j 的热量，并且体积大大增加，增大的比例约为1 ：1 6 0 0 ，可有 效的阻止氧气进入燃烧区域，起到窒息的作用。 3 ) 隔离。指通过限制或减少燃烧区域的可燃物而使火灾熄灭的过程，主要是 隔离可燃物与氧和热。 4 1 抑制。通过使用某些可干扰火焰化学反应的物质而使火灾熄灭。将有抑制 链反应作用的物质喷洒到燃烧区，用以清除燃烧过程中产生的活性基，而终止燃 烧反应。该方法主要是利用化学灭火剂的抑制灭火作用。 自动喷水灭火系统的优势 1 ) 自动探测火灾、无需人工操作。自动喷水灭火系统集火灾探测和喷水灭火 于一体，能够在发生火灾时及时探测到火灾并动作喷水，把火灾消灭在初期，最 大限度的降低损失。 2 ) 不分时段，全天候保护。自动喷水灭火系统能够在人们休息的时候自动探 测火灾同时喷水灭火。 3 ) 及时报警。自动喷水灭火系统能够在发生火灾时候及时向消防控制中心报 警，值班人员能够在第一时间发现险情并通知人员疏散，同时启动消防设施，及 向消防部门报警。 4 ) 限制火势蔓延，有效控火。自动喷水灭火系统特点能够保证在发生火灾时 及时打开喷头向着火部位喷水，能够降低着火点附近的环境温度。而且随着喷头 的陆续打开，能起到防火分隔的作用【3 2 l ，可将火势控制在一定的范围内阻止其蔓 延。 5 ) 只需要少量的水既可扑灭火灾。案例中看到，只需要打开数只喷头既可控 制火势或降火扑灭。甚至不需启动消防水泵只利用屋顶消防水箱的水既可。根据 美国消防协会的一个不完全统计，在安装家用喷头的场所，9 0 的火灾是被一只打 开的喷头控制的，平均每个火灾的用水量为1 1 3 0 l ，而消火栓系统的用水量为 2 2 6 8 0 l ，可见自动喷水灭火系统具有节约用水的特点，同时也节约了能源【1 3 】。 2 2 住宅建筑自动喷水灭火系统类型 2 2 1住宅火灾的主要特点 住宅火灾的发生发展阶段同建筑室内火灾相同，住宅建筑火灾主要有以下特 重庆大学硕士学位论文 2 自动喷水灭火系统概述 点： 火灾发展迅速 美国国家标准局模拟住宅客厅火灾试验显示：从开始起火后，到3 分4 1 秒时 即形成轰然【3 3 j ，而一旦形成轰然，火灾将全面发展且难以扑灭。 住宅火灾发生频繁，造成损失巨大 美国消防部门曾统计大约平均7 9 秒就发生一次住宅建筑火灾( 3 4 1 。我国近十年 来平均每年发生的住宅火灾次数约4 7 万次，住宅火灾死亡人数约1 3 0 0 人，直接 经济损失约2 2 亿元。 住宅火灾造成的伤亡者中未成年人及老年入居多 2 0 0 8 年n f p a 发布住宅火灾亡人分析报告1 3 5 】称在2 0 0 2 年至2 0 0 5 年间， 1 8 岁以下的人员在住宅火灾中死亡的人数占住宅火灾总死亡人数的1 9 8 ，6 5 岁 以上的人员在住宅火灾中死亡的人数占住宅火灾总死亡人数的2 7 5 。我国台湾省 台北市技术人员统计显示，3 0 的住宅火灾死亡者为6 5 岁以上老人，5 5 岁以上的 住宅火灾死亡人数约占住宅火灾总死亡人数的4 5 。我国住宅火灾中约6 2 6 死亡 者为未成年人和6 0 岁以上的老年人【3 们。 夜间及休息时发生的火灾造成的死亡较高 住宅火灾亡人分析报告中指出1 2 0 0 2 年至2 0 0 5 年间，美国住宅火灾超过 1 3 的死亡人员在火灾发生时正在睡觉。我国统计资料中没有关于住宅火灾发生时 段的完整统计数据。中国消防统计显示，2 0 1 0 年，在夜间2 2 时至次日6 时火灾造 成的死亡人数最为集中，约3 1 9 7 4 次火灾发生，约5 5 6 人死亡，火灾发生次数只 占总数的2 4 3 ，丽这个时段发生的火灾造成的死亡人数占到总火灾死亡人数的 5 0 2 。可见在夜间火灾死亡人数较白天高。 火灾在住宅建筑中不同部位发生的概率不同 住宅建筑火灾的起火区域和起火点发生部位，见表2 小v 表2 2 。 表2 1 住宅建筑火灾起火区分布1 2 8 】 丁a b l e2 1 a r e ao f0 r i g i ni nr e s i d e n t i a lf i r e s -_-_。-_-。-_-_。_-_。-_。_-。_。_。_i_-_。1。11一 起火区起居室卧室厨房储藏室设备房 基他 发生率肠 4 1 2 71 54 童一一一塑 表2 2 住宅建筑起火点分布f 2 8 】 里查! 曼至：至! 旦! 坠q ! 翌塑曼! i 型! i g 璺i 堡曼i 堡垒! 呈! ! i 翌g 鱼堡! 起火点家具床可燃气体可燃液体 装修 挂件 废弃物 衣服 材料 室内 烹饪 发生率肠 2 71 81 41 399433 1 4 重庆大学硕士学位论文 2自动喷水灭火系统概述 可见住宅建筑的起居室、卧室和厨房发生火灾的概率比较高；住宅建筑火灾 起火点主要集中在家具和床等部位。 住宅建筑火灾中产生的有毒有害气体较多 住宅建筑火灾发展到轰燃阶段的过程中，温度逐渐升高、空气中氧含量不断 减少，燃烧物体开始以不完全燃烧为主，产生大量浓烟、窒息性二氧化碳及化学 性毒气。这些高温有毒气体严重刺激着人体各个器官，对消防人员的扑救工作带 来巨大困难。化学性毒气的主要成分是c o 、h c n 、n 0 2 、h c l 、s 0 2 、h 2 s ，当 这些成分浓度分别达1 3 0 0 0p p m 、2 0 0p p m 、1 0 0 0p p m 、5 0 0p p m 、5 0 0p p m 、1 5 0 0 p p m 时，其毒性可在1 0 分钟内致人死亡【3 7 l l 。室内各种家具的燃烧是这些气体的主 要来源，如木质家具燃烧产生c o 、h c n 、n h 3 ；纺织品燃烧产生c o 、h c n 、n 0 2 、 n h 3 ；尼龙燃烧产生c o 、h c n 、n h 3 、c h 3 c h o ；塑料、橡胶、皮质等制品燃烧 产生c o 、s 0 2 、h 2 s 、h c n 、n 0 2 、h c l 。住宅火灾产生的毒气来源广、种类繁多， 并且浓度在火灾发展阶段己高于上述浓度，若室内人员疏散不及时，火灾容易使 人窒息中毒，尤其是家中的老人、病人、小孩以及残疾人。 有学者研究发现删，在火灾中直接被烧死的人数所占的比例很小，而大部分 人的死亡原因是火灾所产生的烟雾熏死或窒息而死。导致熏死或窒息死亡的主要 原因是火灾发生时所产生的一氧化碳浓度太高。火灾发生后会大量产生含有一氧 化碳的浓烟，人一旦暴露在这种环境下，很容易造成一氧化碳中毒而亡。同时火 灾发生时会大量消耗空气中的氧气，使得周围环境中的氧含量迅速降低，当其含 量降至1 2 1 5 时，人便会产生呼吸急促、头痛、眩晕等症状；当其含量降至 6 8 时，人便会产生虚脱甚至死亡。火灾中产生的热辐射是造成人员伤亡的另 一个原因，研究表明人类眼睛能够承受的极限温度是9 3 3 ，而当环境温度超过 1 0 0 时，人会在几分钟内就失去知觉且死亡。研究发现f 3 8 j ，一般火灾中心烟气流 的温度高达6 0 0 8 0 0 ，房问最高温度可达