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细水雾系统应用于柴油引擎发电机室介绍1. 前言细水雾若以系统压力来区分，可分为低压、中压及高压，依据NFPA750(细水雾系统设计标准)，小于12.1 bar(175psi)为低压系统;中压系统之工作压力为12.134.5 bar(175500psi) ;34.5 bar (500psi)以上则为高压系统。若以细水雾系统放射形式区分，可分为单流低压系统(Single Fluid Low Pressure System)、单流高压系统(Single Fluid High Pressure System)和双流系统(Twin Fluid System)。然而，细水雾的灭火能力并不是完全取决于水滴粒径大小与系统压力，需与细水雾相对于火焰之喷射方向、喷头设计和间距、放射密度和安装高度等有密切之关系，换句话说，实际之灭火效能仍需藉由性能试验(Performance Testing)予以验证，然而各国细水雾系统之测试标准(Approval Standard)并无高、中、低压之分。细水雾系统之国际设计标准(Design Standard)和测试标准(Approval Standard)不仅众多且繁杂，各测试标准所涵盖之应用场所也不尽相同，加上细水雾系统因种种因素下迟迟无法于台湾市场顺利推展，造成台湾消防从业人员普遍不甚了解各标准之内容与彼此间之差异。本文将以柴油引擎发电机室为例，介绍测试标准，再比较其与气体灭火系统之差异，最后说明如何进行基本设计，以便让各设计者对细水雾系统有初步之了解。2. 细水雾之国际测试标准 细水雾系统之国际测试标准种类繁多，如表2-1所示，除各先进国家外，亚洲地区以中国大陆发展最盛，其已建立自有之细水雾测试标准(CNCA/CTS 0013-2010)与设计标准(GB 50898-2013)。各测试标准所涵盖之应用场所认证皆有所差异，所认列之应用场所类型则详述于各标准之附录中。本文主要介绍柴油引擎发电机室之测试标准，因此仅将各标准有提及此应用场所之章节整理于表2-2中。表2-1 细水雾测试标准国家单位测试标准美国FMFM5560Approval Standard For Water Mist Systems(细水雾系统之认证标准)美国ULUL2167WATER MIST NOZZLES FOR FIRE PROTECTION SERVICE(细水雾喷头之防火服务)德国VdS英国BRE/ LPCBLPS 1283: Issue 1.0REQUIREMENTS AND TEST METHODS FOR THE APPROVAL OF WATERMIST SYSTEMS FOR USE IN COMMERCIAL LOW HAZARD OCCUPANCIES(细水雾系统于商业低危险场所之认证要求和测试方法)BSIBSI DD 8489:2011Fixed fire protection systems. Industrial and commercial watermist systems. (固定式灭火系统.工商业细水雾系统)欧盟CENThis European Technical Specification CEN/TS 14972Fixed firefighting systems Watermist systems Design and installation(固定式灭火系统-细水雾系统-设计和安装)中国公安部消防产品合格评定中心CCCF（China Certification Center for Fire Products Ministry of Public Security）CNCA/CTS 0013-2010微水雾滴灭火设备认证技术规范表2-2 机械空间之细水雾测试标准国家单位测试标准条文美国FMFM5560Approval Standard For Water Mist Systems(细水雾系统之认证标准)APPENDIX C: Fire Tests for Water Mist Systems for the Protection of Machinery in Enclosures with Volumes not Exceeding 9175 ft3 (260 m3) (细水雾系统防护机械空间体积不超过9175 ft3（260m3）之火灾测试)APPENDIX E: Fire Tests for Water Mist Systems for the Protection of Machinery in Enclosures with Volumes Exceeding 9175 ft3 (260 m3) (细水雾系统防护机械空间体积超过9175 ft3（260m3）之火灾测试)英国BREDD 8489-5Fixed fire protection systems. Industrial and commercial watermist systems(固定式灭火系统.工商业细水雾系统)Part 5: Tests and requirements for watermist systemsfor the protection of combustion turbines and machinery spaces with volumes up to and including 80 m3(细水雾系统防护燃汽涡轮机与机械空间体积不超过80m3之测试和要求) 上述机械空间之细水雾测试标准中以FM5560发展较早且较为完备，因此各细水雾制造商若以业主再保需求及市场接受层面考虑，仍以其为首选。本文旨在介绍小型柴油引擎发电机室之细水雾系统，因此仅就FM5560 Approval Standard For Water Mist Systems(细水雾系统之认证标准)中附录C:机械空间体积不超过9175 ft3（260m3）之章节进行详细说明。以下章节为FM5560附录C之中译内容。2.1 FM5560附录C: 细水雾系统防护机械空间体积不超过9175 ft3（260m3）之火灾测试2.1.1 测试区域 测试区域应有24.0 ft 24.0 ft 16.1 ft高（7.3m 7.3 m 4.9 m高）。区域四周应由内衬最小0.5in（13 mm）的石膏或0.03 in（0.7mm）的镀锌钢板所构成。为了降低泄漏，所有的接缝和间隙应密封。从四周角落的9ft（2.7 m），平行于机械装置模型之任一墙壁面上，应安装一具有锁定机制2.7ft 6.7ft高(0.8m 2.0 m)的人员进出门。一 4.0 ft 8.0 ft高（1.2m 2.4m高）可拆卸的板应安装在任一墙壁上，以允许测试使用（人员进出门可建构于板内）。至少有两个铰链天花板盖，约3 ft 6 ft（0.9m 1.8m）应安装于对角，以便于实验结束后释放热量和烟雾。地面应采用不燃性及任何地面排水或通风口应于测试过程中被密封。可设置小百叶通风口以允许空气吸入，其可防止墙壁和天花板过度抽吸，并保持火灾测试区域之结构完整性。2.1.2机械装置模型 机械装置模型仿真一水平扁平的钢桌和钢挡板，以便提供遮蔽行火灾。障碍物之详细细节和热质量没有被模拟。 该机械装置模型于测试区域内应沿着长边墙壁置于中心。FM认证单位保留改变放置机械装置模型相对于区域高宽比之权利。 横22号（0.85mm厚）镀锌钢板应放置于海拔 3.3ft（1m）钢脚上，在ASTM A36钢桌之两侧，以便使模型延伸纵向至全部区域。安装于房间中心或于喷头安装后(按照制造商的设计标准)由FM认证单位选择测试间内之一处。这允许火源被放置在被认为最有挑战性之区域，以进行特定系统测试。一圆柱形装备之设备用22号（0.85mm厚）热镀锌钢板以45角度向上于水平钢板金属桌表面两边之任一侧。这些侧片还纵向延伸区域之全部长度，上升到水平钢板金属表面上方之4.9ft（1.5米）高度。模型总宽度为6.6ft（2.0m）。如果多段钢板金属被采用，各段之间应该有一个最小间隙以允许水溢流。建议用螺丝扣件平接或简单地固定桌与板金属延伸表面。 桌下的空间部分地由3.3ft高 1.6ft宽（1m 0.5 m）金属挡板屏蔽细水雾。侧面挡板应该是22号（0.85mm厚）镀锌板金属结构和可拆卸的。它们可安装于支撑脚和藉由夹于钢桌底部和45度角延伸物之间保持于适当位置，地板为容易除去。可能需要放置额外的挡板或障碍物以避免细水雾直接冲击油盘或喷雾火灾测试，由FM认证单位自行决定。2.1.3仪器仪表及测试设备的要求 在“通用仪器和测试装备的要求”下仪器和测试要求外，以下测量应该被记录在5的宽容值，间隔不超过1秒利用计算机数据获得系统。测量应开始和结束于至少点火前一分钟和灭火后一分钟。A.燃料压力和流量在燃料泵出口处（燃料流量和压力在每个系列测试前应被测试）。B.燃料温度在燃料储存容器。所有的燃料须在环境温度68OF18OF（20OC10OC）。C.盘内之燃料温度与热电偶放置在初始燃料层的中心。所有的燃料起初须在环境温度68OF18OF（20OC10OC）。D.试验防护区域温度测量在房间中心部1/3，2/3和天花板高度。对于所有测试防护区域和模型起初须在环境温度68OF18OF（20OC10OC）。E.进入喷雾火灾的空气温度，其测量于燃料喷头后方约20in（50cm）水平距离，裸露珠型热电偶焊接于28号镍铬电线上。F.油池火灾温度与热电偶位于起初油池表面约1 in（2.5 cm）上方处和10 in（25 cm）油池边内。G.喷雾火灾温度与热电偶位于大约10 in（25 cm）在火焰稳定器之前在圆锥半径。H.熄灭应由位于油池上方和在喷雾火灾前的热电偶纪录。当温度下降至低于212OF （100OC）且不会增加时，火灾可视为被扑灭掉。强烈建议除了热电偶外，藉由热影像设备纪录。I.氧气，一氧化碳和二氧化碳的浓度，测量于约20in（50cm）燃料喷雾喷头水平后方或远离油池，处于同一水平面上，和远离任何开口或通风源。由于测试火灾尺寸与防护区域体积有关，考虑到氧浓度是验证火灾并非自熄。每个测试之期间内，氧气不应低于16%。J.对于喷雾火灾，使用传统的燃油器喷头，满足以下要求火灾型式1 MW 柴油喷雾2 MW柴油喷雾喷雾喷头Monarch F-80, 24.00Monarch F-80, 50.00燃料型式柴油柴油标称油压125 psi (8.6 bar)125 psi (8.6 bar)标称燃料流量28 gal/hr (106 L/hr)56 gal/hr (212 L/hr)燃料温度68 F 18 F(20 C 10 C)68 F 18 F(20 C 10 C)注：火灾自燃试验特性应用在测试火灾中已在FM全球研究火灾产品收集者校正。替代的喷头可供使用如果自燃试验特性通过FM认证单位验证。K. 设备代表喷雾火灾装置应由一金属构成，自立式安全装置与燃油器喷头安装在金属圆柱火焰稳定器的封闭端和中心和里面，能测量5.9in直径3.0in长(150mm75 mm)，厚度为0.010in（0.25 mm）。L. 总油盘或托盘规格：平底锅或托盘应为39.4 in（1m）宽39.4 in（1 m）长，钢结构，0068in（1.73mm）厚3.9in（10cm）高，无边缘。 应使用至少0.8 in（2 cm）高的燃料于2.1 in（5cm）高的水基上。出水高度应为1.2 in（3 cm）。出水高度可能超过1.2 in（3 cm）高，如果一不变的出水高度供所有火灾试验使用。盘表面应是光滑，边缘应该是无缺陷的。2.1.4防火测试 中间的向下或向上的喷头，不是在天花板水平，或墙上的喷头，不允许用于机械空间。 细水雾灭火系统应成功地完成所有十个性能测试。在测试中，所有系统应操作而无人工干预。 所需药剂为最长的火灾情境下之灭火时间，和视为必要条件之一当细水雾使用为特殊保护系统（见FM5560第1.9节，定义）。对基本的保护，所需药剂应等同于自动撒水灭火系统对此防护区域之要求。3. 细水雾系统与气体灭火系统之比较 细水雾系统与气体灭火系统之设计标准、测试标准、系统形式和构件规格皆不太相同，如表3-1所示。综观来说，气体灭火系统主要是以惰性气体与卤化烷来区隔系统使用组件，而细水雾系统则以工作压力高低来区分。表3-1 细水雾与气体灭火系统比较表一气体灭火系统细水雾系统1. 测试标准 FM5600 UL2127/2166 VdS 2454 FM5560 UL21672. 设计标准 NFPA2001-2012 ISO14520 NFPA750 CEN/TS14972 DD8458、DD84893. 系统型式 钢瓶组式(蓄压式/加压式) 帮浦式 钢瓶组式(加压式)4. 管材规格 惰性气体: ASTM A 106B, Grade B Sch80 卤化烷气体: ASTM A 106B, Grade B Sch40 高中压: ASME B31.1, Power Piping Code 低压: ASTM A 269、ASTM A 632、ASTM A 778、ASTM A 789/A 789M5. 接头规格 惰性气体: Class 3,000lb thread/ welded forged steel 卤化烷气体: Class 2,000lb thread/ welded forged steel 高中压: ANSI B1.20.1 低压: ASTM A 351/A 351M、ASTM A 403/A 403M、ASTM A 774/A 774M、ASTM A 815/A 815M与气体灭火系统相比，细水雾系统不若气体灭火系统需达一定气密条件、释放后须通风换气、钢瓶药剂需要重新充填、系统释放时人员需要撤离和消防队不能立刻进入防护区域内救援等缺点。另外，因水有很高之蒸发潜热(2259 J/g)，因此较气体灭火系统能吸收更多的热能，也较能避免闪燃和复燃之发生，但是火灾实测发现细水雾系统对于大型火灾效果较好，小型火灾之灭火效果仍不如化学系统，因为小型火灾之环境耗氧量和水蒸发速度都较慢之故。另外，国外研究发现细水雾系统能抑制火灾发烟量达70%之多，因此能解决火场中对人员性命安全最危险之因子-浓烟，大幅提高存活率，其他方面之比较请参阅表3-2。表3-2 细水雾与气体灭火系统之比较表二气体灭火系统细水雾系统1. 药剂价格/充填费用 2. 绿能环保 3. 设备安全 4. 人员安全 5. 释放时能见度 6. 灭火效能 (对大火特别有效)7. 气密性要求 8. 药剂被禁用可能性 9. 产生有毒气体(HF) 10. 经济效应 11. 吸附浓烟12. 吸收遮蔽辐射能 13. 避免火灾复燃 14. 降低火场温度 15. 建筑物耐压等级需求 16. 配管管径大小 17. 泄压口需要(惰性气体)不需要注: :极佳 :佳 :普 :劣4. 柴油引擎发电机室之细水雾系统介绍4.1 细水雾系统之设计标准 细水雾系统之设计标准如同测试标准一样众多且繁杂，表4-1为目前各国主要遵从之细水雾系统设计标准，目前欧洲主要是以CEN/TS 14972为主，美国以NFPA750-2010，英国以DD 8489-1，而中国则是遵从其GB 50898-2013。各国标准内容规定不一，举放射时间来说，NFPA750-2010规定一般为30min，若为默认计系统则为至少系统灭火测试时间之两倍，CEN/TS 14972则以设计目标为区分，若以灭火为目的，放射时间应至少为相关灭火试验时间之两倍，最小10min，若以抑制和控制为目的，最少放射时间为30min / 60min，取决于EN12845之危险场所等级，GB50898-2013规定之放射时间则取决于应用场所类型，如表4-2所示。表4-1 细水雾设计标准之使用国家国家设计标准美国、中东、亚洲NFPA750-2010欧盟CEN/TS 14972英国DD 8489-1中国GB 50898-2013表4-2 各细水雾设计标准之放射时间细水雾设计标准系统放射时间备注NFPA750-2010一般最短时间30min。默认计系统水的设计量，添加剂（如果使用时），和雾化介质（如果使用时），须能经历两次完整释放，或根据制造商的限制条件，至少为系统灭火测试时间之两倍。CEN/TS 14972灭火系统放射时间应至少为相关灭火试验时间之两倍，最小10min，除非在相关测试协议另有规定。Annex B抑制和控制系统最少放射时间为30min/60min，取决于EN12845之危险场所等级。AnnexA and BGB50898-2013一般(1) 电子计算器房和电信机房等电子设备房，配电室，控制室，UPS电源室等10 min。(2) 油浸电力变压器，柴油机，洁净室，喷漆车间，引擎测试间，存在可燃液体火灾危险的机械设备间等10 min。(3) 图书库，档案库，重要数据库等20 min。(4) 电缆隧道，电缆夹层，涡轮发电机20 min。(5) 可燃液体仓库，可燃液体加注场所20 min。(6) 交通隧道60 min。4.2 细水雾系统之设计标准 柴油引擎发电机室若使用气体灭火系统，整体系统造价需较高外，四周需达气密标准值以上，然而细水雾系统则不需全密闭空间也能发挥功效。就灭火效能而言，细水雾系统不但能扑灭油类火灾外，更能大幅降低火场温度以有效保护人员及消防队员之安全，其他优势还包括100%环保(ODP、GWP、ALT皆为0)、能有效抑制火灾发烟量、管径小(16mm以下)不占空间、不锈钢管(316L)较为美观、永不会被禁用和不须动火等，因此若以整体经济效应考虑，细水雾系统优于气体灭火系统。4.3中华电信柴油引擎发电机室案例概述 中华电信柴油引擎发电机室选用西班牙SIEX2001 RG细水雾系统进行防护，本设备系经国际第三公正单位-SINTEF(挪威科技工业研究院)性能测试通过。SINTEF系依据本文章节2.1(FM5560附录C: 细水雾系统防护机械空间体积不超过9175 ft3（260m3）之火灾测试标准) 所述之流程进行性能验证，测试报告书如图4-1所示。本案设计不仅须遵从SINTEF测试报告(Test Report)且须依据CEN/TS 14972标准与原厂DIOM(Design, Installation, Operation, maintenance)手册。系统工作压力为高压系统 (4041bar)、喷头K系数为之0.66Lpm/bar1/2、喷头间距为3.65m，其余之设计参数请参阅表4-3 (细水雾喷头规格及设计参数)。 图4-1 SIEX2001 RG系统之SINTEF 图4-2 细水雾喷头外观图 性能测试报告书表4-3 细水雾喷头规格及设计参数系统规格高压细水雾系统喷头名称EMM416549喷头材质不锈钢316L管连接型式12*1.5mm工作压力40barK系数0.66Lpm/bar1/2安装间距3.65m安装高度5.0m安装方式水平或向下计算步骤:(1) 喷头数量: 6个(喷头间距为3.65m，喷头距墙面为1.825m)(2) 单一EMM416549喷头之放水量: Q = KP = 0.6640= 4.18 lpm(3) 所需额定流量: 6 * 4.18 = 25.08 lpm(4) 放射时间: 10 minutes (依据CEN/TS14972)(5) 有效水量: 25.08 Lpm * 10 mins = 250.8 l(6) 250.8 L/ 80l H2O cylinder = 4 cylinder 80l+2N2 图4-3 细水雾系统钢瓶组示意图 图4-4 中华电信柴油引擎发电机室 细水雾系统设计平面图(数据源:日熙防灾)使用地区台湾 使用单位中华电信系统类型细水雾系统完工日2014测试标准FM5560 APPENDIXC图4-5 中华电信柴油引擎发电机室细水雾系统现场安装图(数据源:日熙防灾)5. 结语 设计一套符合标准之细水雾系统需参阅众多之数据库，包括设计标准(Design Standard)、测试标准(Approval Standard) 和各厂商之DIOM(Design, Installation, operation and Maintenance