建筑消防灭火系统的工作原理及应用情况

摘 要
建筑消防灭火系统对于确保建筑物的消防安全，防止和减少火灾危害，确保人身和财产安全都起着十分重要的作用。随着经济建设的发展以及城市化进程的加快，使得现代火灾呈现出许多新的特点。面对新的火灾形势和特点，建筑消防灭火系统的发展愈加重要，诸多新型消防灭火系统应运而生，细水雾灭火系统就是其中之一。
采用实地调查和理论研究相结合的方式，围绕细水雾灭火系统文中主要介绍了以下五个方面的内容：细水雾灭火系统的工作原理及分类方式；细水雾灭火系统与其它灭火系统的比较；细水雾灭火系统的国内外应用情况；高压细水雾灭火系统的设计计算；霍邱县档案馆高压细水雾灭火系统的设计实例。
根据细水雾灭火系统的工作原理及应用情况，采用模糊优选法对各个消防灭火系统进行综合评价，并分析总结了高压细水雾灭火系统的适用场所。针对高压细水雾灭火系统的特点，对系统组成部分、系统管道布置方式及设计计算方法进行分析研究，提出在设计过程中应合理选择系统工作压力、喷头型式及喷头布置方式，并得出针对此种新型消防灭火系统的水力计算方法。根据实际工程中水雾喷头与管道布置的情况，将逐点法与特性系数法相结合进行水力计算，既符合规范中的计算要求，又能够有效地降低计算量与错误率，准确得出系统所需水量及压力值。
关键词：灭火系统；高压细水雾；综合评价；模糊优选法；水力计算方法
第一章 绪论
1.1研究背景
火在人类社会发展中起到的作用是不可抹灭的，火不仅改善了人类的基本生活条件，同时也促进了人类文明的进步，但是，人们一旦失去了对火的控制，火灾也会给人类带来不可估量的损失。火灾是一种燃烧现象，现普遍将其定义为在时间或空间上失去控制的燃烧所造成的灾害[1]。火灾的特殊性体现在以下三个方面：（1）火灾是一种常发性灾害；（2）火灾造成的危害面广；（3）火灾的破坏性大。火灾在各种灾害中发生最频且灾后具有毁灭性[2]。进入二十世纪九十年代，我国经济进入快速上升期，明显加快了城市化进程，导致火灾的危险性和复杂性也日益增加，火灾预防和扑救的难度明显加大。同时，随着我国经济的快速发展，人们对安全稳定的社会环境也提出了更高要求。当前，我国的火灾形势较为严峻，火灾发生的次数及其造成的损失持续保持在较高水平，多起特大和重大火灾引起了群死群伤事故，造成了难以补救的后果。近10年期间我国总体的火灾形势呈稳中有降的趋势，但进入2009年以来，火灾形势有所改变，全国范围内出现火灾发生频率增加的现象，火灾发生次数有所增加，且重大火灾事故数量所占比例明显增高，虽严密控制了特大火灾的发生，但其仍造成了巨大损失。对我国目前及未来的火灾情况进行一个总体判断，我国仍处于火灾易发期，火灾发生次数多且造成危害性高，特别是重特大火灾及群死群伤火灾的高风险性仍居高不下，消防安全面临着十分严峻的形势 [3-5]。在消防工作中，为了能够保证人民群众与社会财产的安全，我国目前所面临的挑战就是将火灾长期有效地预防和控制住。
建筑物的消防安全主要依靠其消防灭火系统，建筑消防灭火系统对于预防和减少火灾危害，保护人身及财产安全起着非常重要的作用。常规的建筑消防灭火系统可分为以下三种：消火栓灭火系统、自动喷水灭火系统、气体灭火系统。随着经济建设的发展以及城市化进程的加快，使得现代火灾呈现出许多新的特点，主要体现在以下几个方面：（1）可燃物类型的重大改变；（2）新型建筑物的大量涌现；（3）诱发火灾因素的大量增加，火灾突发性强；（4）火灾危害随着城市化的发展更为集中。面对新的火灾形势和特点，建筑消防灭火系统的发展愈加重要，诸多新型消防灭火系统应运而生，如泡沫灭火系统、干粉灭火系统、二氧化碳灭火系统及细水雾灭火系统等[6]。在诸多新型消防灭火技术当中，细水雾灭火技术于二十世纪四十年代开始在消防方面有所应用，但应用范围有限[7]。这是因为当时主要研究和发展的对象是水喷淋灭火技术，而没有对细水雾灭火技术进行深入研究，导致其在消防领域中的发展停滞不前。随着科学技术的发展，社会经济的进步，人们在消防灭火上的观念也发生了转变，尤其是当1987年签署了《蒙特利尔破坏臭氧层物质的管制议定书》以后，人们发现大气臭氧层会受到卤代烷灭火剂的破坏，为了寻找哈龙灭火技术的替代产品，细水雾灭火技术受到了研究学者们的重视和关注。细水雾灭火系统的应用发展，不仅实现了用水扑灭油类火灾及电气设备火灾，还克服了气体灭火系统无法在露天及大空间场所使用的弊端，从而使水作为灭火剂的应用范围更加广阔。
1.2研究意义
目前，消火栓灭火系统及自动喷水灭火系统仍是我国建筑所采用的主要灭火系统。消火栓灭火系统具有工程造价低、节省投资成本的特点，但在灭火效果和扑救火灾的及时性方面有缺陷；自动喷水灭火系统具有灭火成功率高、工作性能稳定、工程投资少的特点，但无法扑灭一些特殊可燃物引起的火灾及特殊场所中的火灾。细水雾灭火系统与前两者相比，灭火机理更加先进，灭火范围更加广阔，其突破了水无法扑灭油类火灾与电气火灾的禁区，使细水雾可以用于各类火灾，不仅如此，采用细水雾技术灭火后对设备还不会造成损坏，可避免设备和环境受到大量积水造成的二次污染。
细水雾技术以其独有的特点在消防灭火系统中占用重要的地位，对于防治特殊功能区域的火灾，诸如档案馆火灾、计算机房火灾、电气设备间火灾以及高大空间建筑物内火灾等，细水雾具有良好的市场前景。因此，对细水雾灭火系统进行设计应用研究，将其与其它消防灭火系统进行对比，对推动此项技术在我国的研究和发展有着长远的意义。
1.3国内外研究现状
细水雾于二十世纪四十年代在国外消防领域当中应用，开始主要将其用于交通运输等特殊环境。自1987年联合国环境计划署制定的《蒙特利尔公约》签署以来，世界各国对于细水雾灭火技术的关注度明显提升，其已成为国际消防安全技术的热点问题之一[8]。1993年美国细水雾灭火系统技术委员会成立，该委员会成立后便开始编制NFPA标准，此项标准旨在规范细水雾技术的设计应用。1996年5月，美国消防协会年会举行，此次会议中美国消防协会批准了细水雾灭火系统标准，同年7月18日，细水雾灭火系统的设计标准颁布，7月26日，所颁布的系统标准（NFPA750, Standard on Water Mist Fire Protection Systems）获批为美国国家规范，此本规范于96年8月9日开始正式实施。同时，细水雾灭火系统规范也是一本性能化的设计规范，这本规范的提出不仅促进了人们对细水雾灭火技术的深入研究，也使细水雾在实际工程当中应用成为可能。细水雾灭火系统的第一本设计安装规范也于1996年制定。
6.1总结
细水雾灭火技术作为一种新型灭火技术，凭借其节能环保及灭火效果佳的优点，拥有广阔的发展空间，但其在我国仍处于初步开展应用阶段。本文总结了国内外已有的研究成果，对细水雾灭火技术的工作原理、分类方式及其组成部分进行了简要的介绍，并将高压细水雾灭火系统与其他自动灭火系统进行了对比分析，总结其优缺点得出适用场所。在此基础上，对高压细水雾灭火系统设计过程进行优化，并将安徽省六安市霍邱县档案馆作为工程实例，进行了灭火系统的设计计算，针对档案馆实际情况，进行设计方案比对，得出最佳方案以便施工。主要结论如下：
（1）细水雾灭火系统由喷头、控制阀组、供水管道、供水装置以及火灾探测报警器等部分组成。可以从系统的工作压力、喷射方式、管道内流体介质及管网布置方式等角度对其进行分类。灭火系统的灭火机理包含气相冷却机理、湿润冷却燃料表面、稀释氧气和气态可燃物等多种灭火机理。
（2）采用模糊优选法将高压细水雾灭火系统与传统灭火系统进行综合评价，说明了高压细水雾灭火系统具有良好的实际应用性。
（3）高压细水雾灭火系统不仅灭火效率高，还克服了传统灭火系统用水量大、水损大的缺陷，只需设置容积较小的消防水池与消防水箱即可，给水源紧张地区或场所的消防系统设计带来了便利，并且高压细水雾可有效扑救电气、油类火灾。然而，高压细水雾灭火系统的工程造价与传统灭火系统相比较为高昂。因此，档案馆、古建筑、医院、电气机房、大型厨房等特殊场所较宜采用高压细水雾灭火系统。
（4）根据现行地方标准，从系统应用方式选择、系统设计参数确定、细水雾喷头的选型布置及系统水力计算四个方面研究高压细水雾灭火系统的设计过程。通过对设计过程的分析，对各个设计步骤进行优化。
（5）以六安市霍邱县档案馆工程项目为例，针对档案馆建筑特点，对其进行高压细水雾灭火系统的整体设计。在符合规范要求的同时，设计两套方案并进行比较，得出最佳方案。设计过程中对系统的水力计算方法进行了简化，解决了现有的计算方法误差率高、应用范围小的问题。
6.2存在问题及展望
由于作者知识和时间有限，细水雾灭火技术还有诸多问题需要进一步探究，主要包括以下几个方面：
（1）细水雾灭火技术具有清洁、稳定、高效、节约等特点，可以满足现代灭火对灭火效果、人身安全及保护生态环境的要求，但由于没有可供设计、施工及验收的国家级规范标准导致现阶段细水雾灭火系统无法广泛应用。
（2）通过加入一定比例的添加剂，可以提高细水雾灭火系统的灭火效率，扩大其应用范围。但目前关于此方面的研究还较少，应通过实验研究筛选出适合作为添加剂的材料并得出优良复合型添加剂的合理配比。
（3）细水雾灭火技术不仅可以应用于一般建筑中的固定管网，起到自动灭火的作用，还可以加以变化，成为以细水雾技术为核心，具有其他功能的装置系统。如细水雾消火栓系统、细水雾船舶专用灭火系统、高压细水雾防火分隔及降烟系统及高压细水雾厨房专用灭火系统等。