消防水幕系統應用現狀分析
1 概述
1.1水幕的概念及分類(lèi)
水幕消防系統是指由水幕噴頭、控制閥（雨淋閥或干式報警閥等）、探測系統、報警系統和管道等組成的消防系統。水幕系統中用開(kāi)式水幕噴頭，將水噴灑成水簾幕狀，不能直接用來(lái)?yè)錅缁馂?，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(lái)保護建筑物的門(mén)窗、洞口或在大空間造成防火水簾，起防火分隔作用。該系統具有出水量大，滅火及時(shí)的優(yōu)點(diǎn)。適用于火災蔓延快、危險性大的建筑或部位。
水幕消防系統主要用于需要進(jìn)行水幕保護或防火隔斷的部位，如設置在企業(yè)中的各防火區或設備之間，阻止火勢蔓延擴大，阻隔火災事故產(chǎn)生的輻射熱，對泄漏的易燃、易爆、有害氣體和液體起疏導和稀釋作用。水幕系統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。防火分隔水幕系統利用密集噴灑形成的水墻或多層水簾，封堵防火分區處的孔洞，阻擋火災和煙氣的蔓延。防護冷卻水幕系統則利用噴水在物體表面形成的水膜，控制防火分區處分隔物的溫度，使分隔物的完整性和隔熱性免遭火災破壞。
水幕消防給水系統是將水灑成幕簾狀，用以冷卻簡(jiǎn)易防火分隔物，以提高其耐火性能或阻止火焰穿過(guò)開(kāi)口部位，直接作防火分隔的一種自動(dòng)噴水消防系統。 水幕系統在工程中有防火分隔水幕、防護冷卻水幕兩種應用形式：（1）防護冷卻水幕系統：防護冷卻水幕系統主要起冷卻保護作用，一般是通過(guò)噴水冷卻簡(jiǎn)易防火分隔物（如防火門(mén)和防火卷簾），延長(cháng)這些防火分隔物的耐火極限。（2）防火分隔水幕系統：應設在無(wú)法設置防火分隔物的部位（例如劇院的舞臺口、超過(guò)防火分區的百貨樓營(yíng)業(yè)廳、展覽樓展覽廳等），可在該部為設置防火分隔水幕系統，用來(lái)對較大空間進(jìn)行防火分隔，以阻止火勢蔓延擴大，起著(zhù)防火墻的作用。
1.2水幕噴水強度設置要求
我國《自動(dòng)噴水滅火系統設計規范》中規定，水幕作防火分隔時(shí)噴水強度不應小于2L/s.m，作防護冷卻時(shí)不宜小0.5L/s.m，且水幕的噴水點(diǎn)高度每增加1米，噴水強度相應增加0.1
L/s.m，當高度超過(guò)9米時(shí)噴水強度仍采用1.0L/s.m。
2 國內外研究現狀分析
水幕系統在我國的應用就目前情況來(lái)看較有爭議性，缺乏針對水幕系統能否在我國大規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應用中所產(chǎn)生的問(wèn)題(如水幕系統的誤報)的系統性研究，僅是針對水幕系統在某些特殊場(chǎng)合的應用做了實(shí)驗模擬，具有代表性的有儲油罐區防火水幕模擬試驗研究、地下建筑中應用水幕系統的研究，而國外對水幕系統的研究具有較強的針對性和目的性，主要側重兩個(gè)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 儲油罐區防火水幕模擬實(shí)驗研究
2.1.1概述
通過(guò)實(shí)驗研究及測得的數據表明火焰熱輻射是導致儲油罐火災主要因素之一，而水幕作為儲油罐常用的滅火設施，通過(guò)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(shí)現對罐體的冷卻隔熱作用。
2.1.2研究?jì)热?span>
水幕噴頭的最佳選型以及水幕形成方式可以通過(guò)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，通過(guò)前后的熱通量之差，計算出水幕的隔熱效率。
通過(guò)研究發(fā)現防火水幕系統研究的技術(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(shí)驗裝置包括實(shí)驗裝置本體及測量系統，測量水幕參數包括霧化角(α)、水幕厚度(δw)、水幕穿透度(Hp)和平均滴徑(SMD) 。通過(guò)對頂噴、側噴、底噴三種水幕形狀的基本參數(最大作用范圍、水幕的霧化角)的測量以及三種形式的經(jīng)濟合理性的比較，底噴式更具有優(yōu)越性。同時(shí)對直接噴射式、撞擊式和氣動(dòng)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，其自身火災特點(diǎn)為“三多”即可燃物多、流動(dòng)人員多、引起火災的火源多。同時(shí)，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，那么初期火災在熱風(fēng)壓和火災所產(chǎn)生的火風(fēng)壓共同作用下，出現火煙擴散快、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(gè)方面考慮：（1）設置地下建筑的防排煙系統。在每個(gè)防火分區設置排煙豎井，并采用負壓機械排煙，使火煙排出地面，減少煙氣流入非火災地域的巷道，同時(shí)也可降低火煙的熱和煙的污染。（2）在地下巷道截面選擇上，應選用倒矩形截面，由此可增大周長(cháng)，提高巷道壁面對高溫火煙的冷卻降溫作用，同時(shí)也可增加巷道截面在安全疏散中的人員通過(guò)量。（3）在疏散通道中正確設置防火隔煙水幕。忽略水幕防火降溫、稀釋、阻隔火煙流動(dòng)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(shí)驗測得不同水幕間距時(shí)的水幕處火煙溫度和火風(fēng)壓。
當水幕設置間距L>40m時(shí)，水幕處的火煙溫度t＜26.6℃，火煙熱污染對疏散人員基本無(wú)傷害;水幕處的火風(fēng)壓小于0.2Pa，對水幕也無(wú)影響。因此，在巷道式地下商場(chǎng)、地下疏散巷道中，水幕最佳設置間距取L＝67.0m，即在兩防火分區的巷道段的交接處，設置一道水幕為最佳，并與火災自動(dòng)報警系統連鎖構成自動(dòng)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、消防員反復通過(guò)。
2.3 應用于采油平臺
（1）在采油平臺中，水幕系統(已有16年)經(jīng)過(guò)測試在油泄漏速率10，000b/day燃氣泄漏速率100.3mmcfd情況下，仍能保證平臺的安全性。在燃氣泄漏速率125mm立方英尺，燃油泄漏速率16，000bbls情況下對設備和人沒(méi)有任何損害。
（2）水幕系統適用于范圍廣：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）水幕系統可以為人員的安全撤離提供保障。
（6）水幕系統對環(huán)境沒(méi)有任何負面影響。
3 存在問(wèn)題及解決辦法
3.1 存在問(wèn)題
水幕系統的供水強度為2L/s.m，若水幕帶的長(cháng)度為10米則用水量為20L/s，相當于4支19mm口徑水槍的流量;再者由于水幕用水量大，若無(wú)法及時(shí)將水排出，大量的水漬將使商場(chǎng)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重的兩個(gè)缺點(diǎn)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
回流法是利用一定的排水設施，如設排水溝和(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(guò)管道引入水幕系統補充其用水量，降低系統造價(jià)。
理想化的回流法水幕系統是將噴灑下來(lái)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(mǎn)的水量(Vg)再加上排水溝內的水(Vp)即V=Vg+Vp+Vh。經(jīng)過(guò)計算1m3的水可充滿(mǎn)長(cháng)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。當然在實(shí)際中水幕噴灑下來(lái)的水不可能100%被回收到水池中，所以實(shí)際運用中可以根據規范計算出來(lái)的水池容積乘以一個(gè)百分數(如30%，50%)積水池容積為V=αVs(Vs為按規范計算出來(lái)的水池容積)。α的大小與建筑物的重要性有關(guān)，場(chǎng)所越危險，α越大。不同的場(chǎng)合α值的需要進(jìn)行試驗確定。
3.2.2回流法水幕系統要求
（1）應設置排水溝。排水溝的位置可以在噴頭的正下方，也可以設置在最外側噴頭的正下方。排水溝設置原則是將水幕帶噴灑至地面的水包圍起來(lái)，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）排水溝應有一定的坡度向集水井或水幕水池，一般取3%。
（3）當被保護場(chǎng)所高度高于水幕水池且二者相距不遠，可以直接用排水溝引水，否則應用排水泵。排水泵吸水管處應設一集水井以便排水泵吸水，排水泵的流量應根據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為按規范所計算出來(lái)的水幕系統的設計秒流量， t為水幕系統灑水時(shí)間)。
4、應用前景
通過(guò)對國內外水幕系統的研究現狀分析發(fā)現，國內目前研究側重于水幕系統的單一性的研究（如：分析水幕的防火隔熱性能、經(jīng)濟造價(jià)的比較），缺乏整體性的考慮水幕系統在我國的可行性，缺乏對水幕系統的改進(jìn)尤其是噴頭方面的研究。國外目前側重于對水幕系統的整體性的研究，針對整套水幕系統的實(shí)際運用進(jìn)行模擬，具體包括：風(fēng)力輸送系統、水幕噴頭、CFD計算機模擬系統，但是缺乏與實(shí)際火場(chǎng)中水幕系統各項數據的分析比較。通過(guò)對水幕系統應用現狀的了解分析比較，我認為水幕系統應在我國有著(zhù)樂(lè )觀(guān)的發(fā)展前景，理由有如下幾點(diǎn)：
（1）水幕的阻火隔熱效率比較高，如在儲油罐火災模擬實(shí)驗中水幕隔熱效率可達97％。
（2）水幕對有毒氣體或污染性氣體的稀釋、吸收效率高，如在水幕系統應用于氨泄露模擬實(shí)驗中，水幕對氨的吸收效率達90％。
（3）水幕可以有效地防止熱輻射，保護精密儀器、設備，如在VKI系統的實(shí)驗中，水幕可使使熱輻射衰減率達到50％以上。
5、水幕系統今后的研究方向及發(fā)展趨勢
通過(guò)對國內外水幕研究狀況和應用現狀的分析比較，我認為今后水幕系統的研究應側重以下五個(gè)方向：
(1)優(yōu)化噴頭結構。應針對不同場(chǎng)合選擇相應的噴頭以達到最優(yōu)的滅火效果，側重不同直徑液滴的滅火效率。
(2)水幕系統整體性能的研究。如何在建筑物內有限的消防空間使水幕性能（防火分隔、防護冷卻、吸收有毒氣體）得到最優(yōu)化，其中包括：水幕噴頭的最佳設置距離、設置數量、添加化學(xué)試劑以及與其他消防設施的合用等。
(3)水幕系統與其他消防設施性?xún)r(jià)比的比較。
(4)國內水幕系統的研究應與國際的研究現狀接軌。國內缺乏對整體水幕性能的深入研究，缺乏針對水幕應用過(guò)程中所產(chǎn)生的問(wèn)題(如水幕系統的誤報)的系統性研究
(5)水幕系統工作時(shí)間的探討?！蹲詣?dòng)噴水滅火系統設計規范》中規定，自動(dòng)噴水滅火系統工作時(shí)間為
1小時(shí)，但規范未能將水幕系統火災延續時(shí)間與自動(dòng)噴水滅火系統區分開(kāi)來(lái)。