李子健+廖东辉+马苏炜

摘 要：本文以ZST-15和ZSTX-15型喷头为例，利用实验装置在工作压力为0.05-0.10MPa范围内对喷头进行了布水特性测试实验。根据实验所得数据，利用MATLAB数学工具拟合回归出实验区域喷水强度分布图，并对数据进行了分析探讨。

关键词：自动喷水灭火系统；喷水强度；喷头工作压力；喷头布水特性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.18.157

1 引言

自动喷水灭火系统是目前应用很广泛的固定式灭火系统，在发生火灾时喷头能自动开启，并把水喷洒在着火区域，快速的抑制燃烧，实现火灾的初期控制，最大限度的减少损失。尽管从最早的自动喷水灭火系统到现在已经有200多年的应用历史，而我国的自动喷水灭火系统应用也有90多年的历史。但在理论和技术经济各个方面方面仍旧有许多地方值得深入探讨。能否有效扑灭火灾，主要取决于喷水强度的多少，取决于喷头的布水形式、布水面积与水滴大小等相关特征。不同形式的喷头的布水形式和特征是有差异的。文献《自动喷水灭火系统设计手册》一文认为，下垂型喷头向下喷水，在溅水盘平面以下水流向下分布类似于半球状。落在水平面上的覆盖范围是以喷头的垂线为中心的圆面。在此圆面上，水密度基本上是均匀分布的[1]。而《自动喷水灭火系统喷水强度概率分布特性及其控火性能研究》一文中，作者利用W. K. Chow 和 L. C. Shek的实验数据，利用MATLAB软件拟合了径向距离和喷头工作压力等参数关于喷水强度的公式， 最终得出结论：在喷头有效覆盖区域，喷头的喷水强度是不均匀的[2]。本文主要从实验的角度对喷头的布水特性问题进行实验和分析[4]。

2 实验设计

2.1 实验装置

实验装置由喷水系统和喷水强度测量装置组成。喷水系统由水箱、水泵、变频调速装置、稳压装置、管道系统压力测量装置和洒水喷头等部件组成。主要部件说明如下：

a.洒水喷头： 为检测不同喷头性能，实验选用金盾公司生产的型号为ZST-15和ZSTX-15的闭式喷头进行实验。实验前将喷头内的温感玻璃泡打碎，喷头采用下喷安装，距地面高度为2.4m。

b.变频调速装置和稳压装置：喷头的布水特性需要在不同的压力条件下进行实验。变频调速装置可以对水泵电机进行无级调速，从而可以非常方便的调节喷头工作压力。为减小喷头工作压力波动，水泵出口采用环网并接入稳压罐进行稳压。

c.喷水强度测量装置：该装置主要包括淋水盘和电子秤等。为便于实验和数据整理，本文实验一共选用了两种不同的淋水盘，一种是直径为88mm的大淋水盘，一种是直径为68mm的小淋水盘。由于模拟建筑内几何尺寸较小，为了达到实验要求，实验喷头安装在位于靠近建筑的边角位置。因为喷头的实际有效覆盖区域为圆形，所以实验有效区域实际为喷头有效覆盖的四分之一圆的扇形区域。布置淋水盘时，在四分之一圆的扇形区域内，沿径向每隔7.5度布置一列淋水盘，同一列上淋水盘间距为30cm。

2.2 实验压力的选定

在《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2001（2005年版）中，把喷头最低工作压力由0.1 MPa变为0.05 MPa。这是考虑到目前我国的自动喷水灭火系统大多采用高位消防水箱供水的方式，发生火灾时，供水泵启动之前，允许消防水箱或其他辅助供水设施供给系统启动初期的用水量和水压。如果顶层最不利点处喷头的水压要求为0.1MPa，则屋顶水箱要比顶层喷头高出10m以上，这会给建筑造型和结构上带来很大的困难。考虑到这些因素，在参考国外相关规范的基础上，规范中将最不利点处喷头的工作压力确定为不应低于0.05MPa。而因降低最不利点处喷头最低工作压力而产生的问题，仍需要通过其他方法解决，但是规范中并未给出具体的方法[3]。喷头在0.05到0.1MPa工作压力下喷水强度的实验数据，国内外很少有相关资料涉及。因此，我们主要在喷头的工作压力范围为0.05-0.1MPa下进行相关实验。

3 实验数据整理及分析

3.1 实验数据处理

水的密度在常温下可近似取为1g/cm3。在实验数据处理时，我们用电子秤测出淋水盘内水的质量，然后利用公式（3.1）计算出在杯子中水的体积V，利用公式（3.2）即可得出各个测点的喷水强度。然后在相同的压力下多次进行实验，计算出平均值，即可以得到各个测点喷水强度的实验数据。

根据整理出的各测点喷水强度实验数据，我们利用数学工具MATLAB软件拟合回归出实验区域喷水强度分布图。限于篇幅我们只列出型号为ZSTX-15的喷头在实验压力为0.08MPa时的拟合图，见图3.1。

3.2 实验数据分析

根据实验整理后的数据和图表可以看出：实验区域内喷水强度的分布是不均匀的，且有一定的随机性。由于实验次数不多，目前暂时没有寻找到很好的分布规律。喷头的喷水强度最大值，并不是位于半径最小的区域，而是位于径向的中间部位。半径相同的位置，喷水强度随角度的变化也有不同。即喷水强度分布的随机性和不均匀性在径向和周向都有所体现。ZSTX-15型喷头喷水强度的峰值一般出现在保护半径R=100cm～230cm范围内。喷水强度总体来看随保护半径的增加而减小，增加到某一数值后喷水强度几乎为零。同一种喷头喷水强度的分布即使在不同压力的分布规律也比较相近，差异主要表现在喷水强度的大小。两种不同喷头喷水强度的分布规律有较大差异，主要体现在峰值出现的位置和总体的均匀性。ZST-15型喷头喷水强度的峰值一般出现在保护半径R接近于零范围内。ZSTX-15型喷头喷水强度总体的均匀性要好于ZST-15型喷头。

参考文献：

[1]黄晓家等.自动喷水灭火系统设计手册（第一版）[M].北京：中国建筑出版社，2002.

[2]徐晓玲，姚斌，王汉杰，李娟.自动喷水灭火系统喷水强度概率分布特性及其控火性能研究[J].火灾科学，2009，18（02）：155-162.

[3]GB50084-2001，自动喷水灭火系统设计规范（2005年版）[S].北京： 中国计划出版社，2005.

[4]杨曉芳.自动喷水灭火系统若干问题的探讨：[硕士学位论文][D].武汉：武汉理工大学，2005.

[5]戴淑萍.湿式自动喷水灭火环状管网水力计算研究：[硕士学位论文][D].重庆：重庆大学，2008.

基金项目：2015年沈阳航空航天大学大学生创新创业训练计划项目 项目编号：DX504306endprint