消防水幕系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

消防水幕系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

1 概述 

1.1水幕的概念及分類 

水幕消防系統(tǒng)是指由水幕噴頭、控制閥（雨淋閥或干式報警閥等）、探測系統(tǒng)、報警系統(tǒng)和管道等組成的消防系統(tǒng)。水幕系統(tǒng)中用開式水幕噴頭，將水噴灑成水簾幕狀，不能直接用來撲滅火災(zāi)，與防火卷簾、防火幕配合使用，對它們進(jìn)行冷卻和提高它們的耐火性能，阻止火勢擴大和蔓延。也可單獨使用，用來保護(hù)建筑物的門窗、洞口或在大空間造成防火水簾，起防火分隔作用。該系統(tǒng)具有出水量大，滅火及時的優(yōu)點。適用于火災(zāi)蔓延快、危險性大的建筑或部位。

水幕消防系統(tǒng)主要用于需要進(jìn)行水幕保護(hù)或防火隔斷的部位，如設(shè)置在企業(yè)中的各防火區(qū)或設(shè)備之間，阻止火勢蔓延擴大，阻隔火災(zāi)事故產(chǎn)生的輻射熱，對泄漏的易燃、易爆、有害氣體和液體起疏導(dǎo)和稀釋作用。水幕系統(tǒng)不具備直接滅火的能力，是用于檔煙阻火和冷卻隔離的防火系統(tǒng)。防火分隔水幕系統(tǒng)利用密集噴灑形成的水墻或多層水簾，封堵防火分區(qū)處的孔洞，阻擋火災(zāi)和煙氣的蔓延。防護(hù)冷卻水幕系統(tǒng)則利用噴水在物體表面形成的水膜，控制防火分區(qū)處分隔物的溫度，使分隔物的完整性和隔熱性免遭火災(zāi)破壞。

  水幕消防給水系統(tǒng)是將水灑成幕簾狀，用以冷卻簡易防火分隔物，以提高其耐火性能或阻止火焰穿過開口部位，直接作防火分隔的一種自動噴水消防系統(tǒng)。 水幕系統(tǒng)在工程中有防火分隔水幕、防護(hù)冷卻水幕兩種應(yīng)用形式：（1）防護(hù)冷卻水幕系統(tǒng)：防護(hù)冷卻水幕系統(tǒng)主要起冷卻保護(hù)作用，一般是通過噴水冷卻簡易防火分隔物（如防火門和防火卷簾），延長這些防火分隔物的耐火極限。（2）防火分隔水幕系統(tǒng)：應(yīng)設(shè)在無法設(shè)置防火分隔物的部位（例如劇院的舞臺口、超過防火分區(qū)的百貨樓營業(yè)廳、展覽樓展覽廳等），可在該部為設(shè)置防火分隔水幕系統(tǒng)，用來對較大空間進(jìn)行防火分隔，以阻止火勢蔓延擴大，起著防火墻的作用。 

1.2水幕噴水強度設(shè)置要求 

我國《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定，水幕作防火分隔時噴水強度不應(yīng)小于2L/s.m，作防護(hù)冷卻時不宜小0.5L/s.m，且水幕的噴水點高度每增加1米，噴水強度相應(yīng)增加0.1 

 L/s.m，當(dāng)高度超過9米時噴水強度仍采用1.0L/s.m。 

 2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 

  水幕系統(tǒng)在我國的應(yīng)用就目前情況來看較有爭議性，缺乏針對水幕系統(tǒng)能否在我國大規(guī)模推廣的可行性研究，缺乏對整體水幕性能的研究，并且缺乏針對水幕系統(tǒng)應(yīng)用中所產(chǎn)生的問題(如水幕系統(tǒng)的誤報)的系統(tǒng)性研究，僅是針對水幕系統(tǒng)在某些特殊場合的應(yīng)用做了實驗?zāi)M，具有代表性的有儲油罐區(qū)防火水幕模擬試驗研究、地下建筑中應(yīng)用水幕系統(tǒng)的研究，而國外對水幕系統(tǒng)的研究具有較強的針對性和目的性，主要側(cè)重兩個方向：并且明確水幕的兩大作用即稀釋吸收有毒氣體、防止熱輻射，下面分別介紹。 

2.1 儲油罐區(qū)防火水幕模擬實驗研究 

2.1.1概述 

  通過實驗研究及測得的數(shù)據(jù)表明火焰熱輻射是導(dǎo)致儲油罐火災(zāi)主要因素之一，而水幕作為儲油罐常用的滅火設(shè)施，通過與火焰輻射熱對流，可以有效地阻斷火焰向罐體的熱輻射，實現(xiàn)對罐體的冷卻隔熱作用。 

2.1.2研究內(nèi)容 

   水幕噴頭的最佳選型以及水幕形成方式可以通過冷態(tài)和熱態(tài)模擬試驗確定。其中熱態(tài)模擬試驗利用功率可調(diào)的熱輻射源或采用不同尺寸的油池火模擬不同火焰強度的油罐火災(zāi)，通過前后的熱通量之差，計算出水幕的隔熱效率。

   通過研究發(fā)現(xiàn)防火水幕系統(tǒng)研究的技術(shù)關(guān)鍵是：高性能的水幕噴頭配置、水幕形成方式的選擇以及火焰強度與水幕的最佳匹配。實驗裝置包括實驗裝置本體及測量系統(tǒng)，測量水幕參數(shù)包括霧化角(α)、水幕厚度(δw)、水幕穿透度(Hp)和平均滴徑(SMD) 。通過對頂噴、側(cè)噴、底噴三種水幕形狀的基本參數(shù)(最大作用范圍、水幕的霧化角)的測量以及三種形式的經(jīng)濟(jì)合理性的比較，底噴式更具有優(yōu)越性。同時對直接噴射式、撞擊式和氣動式三種噴頭形式進(jìn)行對比（水幕寬度、密度、高度），直接噴射式噴頭效果最好。 

2.2地下建筑中水幕的防火作用 

2.2.1地下建筑的火災(zāi)特性 

   眾所周知，地下建筑尤其是地下商業(yè)建筑，其自身火災(zāi)特點為“三多”即可燃物多、流動人員多、引起火災(zāi)的火源多。同時，由于地面、地下溫度差而產(chǎn)生的熱風(fēng)壓所造成的地下巷道特殊的氣流環(huán)境。一旦起火，那么初期火災(zāi)在熱風(fēng)壓和火災(zāi)所產(chǎn)生的火風(fēng)壓共同作用下，出現(xiàn)火煙擴散快、火煙溫度高、毒性大，從而造成地下人員安全疏散難、消防人員滅火撲救難。 

2.2.2理論研究 

   為了保證地下建筑的安全性，需從以下三個方面考慮：（1）設(shè)置地下建筑的防排煙系統(tǒng)。在每個防火分區(qū)設(shè)置排煙豎井，并采用負(fù)壓機械排煙，使火煙排出地面，減少煙氣流入非火災(zāi)地域的巷道，同時也可降低火煙的熱和煙的污染。（2）在地下巷道截面選擇上，應(yīng)選用倒矩形截面，由此可增大周長，提高巷道壁面對高溫火煙的冷卻降溫作用，同時也可增加巷道截面在安全疏散中的人員通過量。（3）在疏散通道中正確設(shè)置防火隔煙水幕。忽略水幕防火降溫、稀釋、阻隔火煙流動的最不利條件，水幕處的火煙熱對人傷害和火風(fēng)壓對水幕的影響，由實驗測得不同水幕間距時的水幕處火煙溫度和火風(fēng)壓。 

當(dāng)水幕設(shè)置間距L>40m時，水幕處的火煙溫度t＜26.6℃，火煙熱污染對疏散人員基本無傷害;水幕處的火風(fēng)壓小于0.2Pa，對水幕也無影響。因此，在巷道式地下商場、地下疏散巷道中，水幕最佳設(shè)置間距取L＝67.0m，即在兩防火分區(qū)的巷道段的交接處，設(shè)置一道水幕為最佳，并與火災(zāi)自動報警系統(tǒng)連鎖構(gòu)成自動噴灑水幕，不僅有利于發(fā)揮水幕的防火、降溫、隔煙、稀釋毒煙的綜合作用，而且更能發(fā)揮水幕的特殊作用即水幕的特殊物理形式保證疏散人員、消防員反復(fù)通過。 

2.3 應(yīng)用于采油平臺 

   （1）在采油平臺中，水幕系統(tǒng)(已有16年)經(jīng)過測試在油泄漏速率10，000b/day燃?xì)庑孤┧俾?span>100.3mmcfd情況下，仍能保證平臺的安全性。在燃?xì)庑孤┧俾?span>125mm立方英尺，燃油泄漏速率16，000bbls情況下對設(shè)備和人沒有任何損害。 

   （2）水幕系統(tǒng)適用于范圍廣：任何鉆探平臺、采油平臺、勘探船、燃料運輸船。 

   （3）水幕系統(tǒng)可以有效防止二次爆炸。 

   （4）水幕可以有效地阻止氣體的泄漏。 

   （5）水幕系統(tǒng)可以為人員的安全撤離提供保障。 

   （6）水幕系統(tǒng)對環(huán)境沒有任何負(fù)面影響。 

3 存在問題及解決辦法 

3.1 存在問題 

   水幕系統(tǒng)的供水強度為2L/s.m，若水幕帶的長度為10米則用水量為20L/s，相當(dāng)于4支19mm口徑水槍的流量;再者由于水幕用水量大，若無法及時將水排出，大量的水漬將使商場或倉庫的財物受到損失。 

3.2 解決方法 

   用水量大與水漬損失嚴(yán)重的兩個缺點是相對立的，如果能將噴灑的水加以回收，補給消防水源，可以收到良好效果。

3.2.1理論依據(jù) 

回流法是利用一定的排水設(shè)施，如設(shè)排水溝和(或)排水泵等，收集由水幕噴頭灑至地面的水，再將這些水通過管道引入水幕系統(tǒng)補充其用水量，降低系統(tǒng)造價。 

   理想化的回流法水幕系統(tǒng)是將噴灑下來的水全部回收到消防水池中，消防水池儲水量(V)是受火焰加熱變成蒸汽的那部分(Vh)加上管道中充滿的水量(Vg)再加上排水溝內(nèi)的水(Vp)即V=Vg+Vp+Vh。經(jīng)過計算1m³的水可充滿長127.3m直徑100mm管道，所以Vg很小Vp、Vh也能很小，最終計算所需儲存的消防用水量只需幾立方米。當(dāng)然在實際中水幕噴灑下來的水不可能100%被回收到水池中，所以實際運用中可以根據(jù)規(guī)范計算出來的水池容積乘以一個百分?jǐn)?shù)(如30%，50%)積水池容積為V=αVs(Vs為按規(guī)范計算出來的水池容積)。α的大小與建筑物的重要性有關(guān)，場所越危險，α越大。不同的場合α值的需要進(jìn)行試驗確定。 

 3.2.2回流法水幕系統(tǒng)要求 

   （1）應(yīng)設(shè)置排水溝。排水溝的位置可以在噴頭的正下方，也可以設(shè)置在最外側(cè)噴頭的正下方。排水溝設(shè)置原則是將水幕帶噴灑至地面的水包圍起來，以便有效地收集地面上的水，若要提高收集水的速度，可在兩派排水溝之間設(shè)置若干條排水溝，上方可用金屬網(wǎng)蓋住，防止雜物進(jìn)入。 

    （2）排水溝應(yīng)有一定的坡度向集水井或水幕水池，一般取3%。 

    （3）當(dāng)被保護(hù)場所高度高于水幕水池且二者相距不遠(yuǎn)，可以直接用排水溝引水，否則應(yīng)用排水泵。排水泵吸水管處應(yīng)設(shè)一集水井以便排水泵吸水，排水泵的流量應(yīng)根據(jù)水幕帶流量和水池儲水量確定，要能保證排水泵所輸送的水量加上水池儲水量不小于水幕帶所需的水量：

Q排=Qs-V/t(Qs為按規(guī)范所計算出來的水幕系統(tǒng)的設(shè)計秒流量， t為水幕系統(tǒng)灑水時間)。 

4、應(yīng)用前景 

    通過對國內(nèi)外水幕系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀分析發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)目前研究側(cè)重于水幕系統(tǒng)的單一性的研究（如：分析水幕的防火隔熱性能、經(jīng)濟(jì)造價的比較），缺乏整體性的考慮水幕系統(tǒng)在我國的可行性，缺乏對水幕系統(tǒng)的改進(jìn)尤其是噴頭方面的研究。國外目前側(cè)重于對水幕系統(tǒng)的整體性的研究，針對整套水幕系統(tǒng)的實際運用進(jìn)行模擬，具體包括：風(fēng)力輸送系統(tǒng)、水幕噴頭、CFD計算機模擬系統(tǒng)，但是缺乏與實際火場中水幕系統(tǒng)各項數(shù)據(jù)的分析比較。通過對水幕系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀的了解分析比較，我認(rèn)為水幕系統(tǒng)應(yīng)在我國有著樂觀的發(fā)展前景，理由有如下幾點： 

    （1）水幕的阻火隔熱效率比較高，如在儲油罐火災(zāi)模擬實驗中水幕隔熱效率可達(dá)97％。 

    （2）水幕對有毒氣體或污染性氣體的稀釋、吸收效率高，如在水幕系統(tǒng)應(yīng)用于氨泄露模擬實驗中，水幕對氨的吸收效率達(dá)90％。 

     （3）水幕可以有效地防止熱輻射，保護(hù)精密儀器、設(shè)備，如在VKI系統(tǒng)的實驗中，水幕可使使熱輻射衰減率達(dá)到50％以上。 

5、水幕系統(tǒng)今后的研究方向及發(fā)展趨勢 

   通過對國內(nèi)外水幕研究狀況和應(yīng)用現(xiàn)狀的分析比較，我認(rèn)為今后水幕系統(tǒng)的研究應(yīng)側(cè)重以下五個方向： 

  (1)優(yōu)化噴頭結(jié)構(gòu)。應(yīng)針對不同場合選擇相應(yīng)的噴頭以達(dá)到最優(yōu)的滅火效果，側(cè)重不同直徑液滴的滅火效率。 

  (2)水幕系統(tǒng)整體性能的研究。如何在建筑物內(nèi)有限的消防空間使水幕性能（防火分隔、防護(hù)冷卻、吸收有毒氣體）得到最優(yōu)化，其中包括：水幕噴頭的最佳設(shè)置距離、設(shè)置數(shù)量、添加化學(xué)試劑以及與其他消防設(shè)施的合用等。 

   (3)水幕系統(tǒng)與其他消防設(shè)施性價比的比較。 

   (4)國內(nèi)水幕系統(tǒng)的研究應(yīng)與國際的研究現(xiàn)狀接軌。國內(nèi)缺乏對整體水幕性能的深入研究，缺乏針對水幕應(yīng)用過程中所產(chǎn)生的問題(如水幕系統(tǒng)的誤報)的系統(tǒng)性研究