自动灭火系统的选择与应用技术探讨

自动灭火系统的选择与应用技术探讨

李云浩 ¹，        黄晓家^2,3，       张兆宪⁴

（1.北京市海淀区消防支队，北京100094；2.中国中元国际工程公司，北京100089；3.南华大学，湖南衡阳400121；4.上海金盾消防设备**有限公司，上海201318）

摘要：我国规范对于自动灭火系统的选择逐步放开．自动灭火系统的选择和应用已成为消防工程设计的重点。从规范出发．给出自动灭火系统的灭火机理、性能和适应性以及系统选择影响因子和选择原则，为消防工程设计提供依据。

    关键词：自动灭火系统；灭火机理；选择原则

    中图分类号：X924．4，TU89  文献标志码：B

    文章编号：1009—0029（2011）11一1026—04

GB 50045—95(1 995年版)《高层民用建筑设计防火规范》第7．6．7条规定自备发电机房应采用气体灭火系统，2001年版规定自备发电机房、燃油燃气锅炉房应设置水喷雾灭火系统．2005年版第7．6．6条规定自备发电机房、燃油燃气锅炉房宜设置自动喷水灭火系统。而且，GB50016—2006《建筑设计防火规范》第8．5节自动灭火系统的设置场所在我国**引入了“应设置……．宜采用……”的模式，如第8．5．1条“下列场所应设置自动灭火系统．除不宜用水保护或灭火者以及本规范另有规定者外，宜采用自动喷水灭火系统”；第8．5．4条“下列场所应设置自动灭火系统，且宜采用水喷雾灭火系统”；第8.5.5条“下列场所应设置自动灭火系统，且宜采用气体灭火系统”等。这种表述模式在我国消防规范中**应用，是适应时代发展的需要。  

  为适应新技术和设备的要求，规范的修订给自动灭火系统的选择提供了可能性，也给工程技术人员提供了项目**的可能性，在工程设计中可以根据防护目的和技术要求选择合适的自动灭火系统。规范的修订不仅一体现有效保护和**可靠性，也更加注重经济合理性。在工程中选择自动灭火系统是重要的环节，其合理性对工程的消防**和造价有巨大的影响，应给予充分的重视。

  从灭火机理出发，根据不同灭火系统的灭火有效性、适应性、可靠性以及**性、环境友好性、绿色生态性、经济合理性等方面给出自动灭火系统的选择应用原则。

1 自动灭火系统的性能与适用性

  近10年来我国的消防规范逐步建立健全，为自动灭火系统的选择应用提供了技术法规依据．但在其具体 工程中仍然要有所判断和选择，要从各种灭火系统的灭火机理和功能出发，依据其适用的火灾类型、火灾规模，根据产品技术提出适用的环境条件和工程技术要求。

自动灭火系统的性能、适用性、火火机理、适用的火灾类型、火灾规模和使用场所的环境条件等基本条件。如表1所示。

    水是冷却灭火，自动喷水只能适应A类火灾，当喷头喷水水滴更细时可变为水喷雾和细水雾系统，适用范围更广。水能扑救深位火灾。固定消防炮相当于大的消火栓，通常是手动或遥控；自动跟踪射流消防水炮接近于自动喷水灭火系统，与自动喷水灭火系统相比其保护面积有一定的伸缩，自动喷水是固定的，前者是机电一体化的自动设备，而自动喷水是机械自动，两者可靠性不同。

    尽管气体灭火系统适用于扑救各类火灾。但除二氧化碳能扑救表面和深位火灾外，其他仅能扑灭表面火灾。气体灭火系统主要机理是化学和窒息．也存在七氟丙烷物理冷却+化学灭火的卤代烷替代物灭火系统等。气体灭火主要适用于表面火灾，尽快扑救火灾，及时恢复被保护场所的工作状态，强调商业连续性和完整性。二氧化碳因能在物体表面形成凝结水而吸收二氧化碳形成碳酸腐蚀．且凝结水还可能造成短路，在要求快速恢复工作的使用高性能计算机、通信器材等场所不适用，当然，水系灭火剂也不适用这种场所，只能采用其他气体灭火系统。1301以及氯代烷替代物在灭火时能产生各种HF酸，对保护物有轻微的危害。

    低倍泡沫主要用于扑灭B类液体火灾，也可用于A类火灾，高倍泡沫可用于A类火灾时设置围挡。

   干粉灭火系统和气溶胶系统与气体灭火系统基本一致，属于化学灭火系统。干粉灭火系统是采用氮气作动力的自动灭火系统。气溶胶是采用燃烧做动力的自动灭火系统，两者只是驱动系统不一样，因为有一定的残留物，所以在要求无污染的场所不宜采用。

    火探管灭火系统近年在我国有所发展，美国早期主要用于扑灭汽车火灾．近年在我国推广到建筑物内，我国一些省市有地方标准。该系统主要应用在起火原因明确的控制柜和空间狭小的地方．也可作为启动装置替代火灾探测系统等；另外火灾规模和类型对于火探管的灭火剂输送有一定影响．对火灾探测的塑料软管对于温度的感测、软管的破裂以及破裂孔的大小有一定的影响。

水系统的自动喷水火火速度较慢，气体干粉等化学速度很快，泡沫灭火次之，有时考虑快速灭火可以几种灭火系统相结合，当火灾规模大或复燃的可能性大又要求快速灭火时应采用气体灭火+水冷却或泡沫灭火+水冷却。大功率A类火灾灭火应采用自动喷水的水系灭火系统，其他各类大功率火灾都需要相应的灭火剂灭火。水作为冷却系统冷却，能有效防止火灾进一步蔓延，这就是为什么B、C、D类火灾也需要水来冷却。

2 选择应用影响因子与原则

各种灭火系统选择的影响因子首先是灭火效率和性能，其次是财产、生命**、经济性、建筑物条件指标，各种灭火系统的影响因子见表2.

2．1灭火效率和性能

    灭火效率和性能根据灭火剂用量和灭火时间的长短确定，灭火效率从高到低依次为化学灭火的灭火的灭火剂（130l、干粉、气溶胶等）、窒息灭火的惰性气体(CO₂、IG541等)、泡沫、细水雾(水喷雾)、自动喷水、灭火效率由表2各指标表示。笔者在大量的研究中发现，气体、泡沫、细水雾、水喷雾和自动喷水灭火系统灭火时间和灭火剂用量依次增加．自动喷水灭火系统灭火剂用量*大灭火时间*长．但相对*可靠，灭火成功率为95％以上。

2.2水渍损失或药剂对保护物的危害

灭火剂在灭火时也可能产生次生灾害，如水系统的水渍损失、化学灭火的腐蚀、泡沫灭火剂和干粉灭火的污染。灭火对被保护物相对无损害的是惰性气体IG541，二氧化碳能产生凝结水形成碳酸而腐蚀物品。当被保护物要求损失*小、水渍损失*小、灭火剂对物品无污染时应考虑气体灭火系统，通常这些场所存在贵重物品或必须尽快恢复使用。

2.3建筑条件

不同灭火系统由于其本身的性能而适用于不同建筑和保护区，为保证灭火效率，应选在适当灭火系统。

2.3.1 整体和局部

自动喷水灭火系统通常用于建筑物的整体保护；气体、气溶胶、干粉、泡沫、水喷雾等主要用于建筑物的局部保护；水喷雾可用于构筑物整体保护；火探管仅用于保护局部的控制柜等；细水雾可用于整体保和局部保护。

2.3.2 作用面积和保护区

自动喷水灭火系统的作用面积根据火灾案例和灭火保护率确定，大量统计表明自动喷水灭火系统灭火成功率在95%—98%之间，各国认定的系统作用面积几乎一致；ESFR喷头按12个喷头作用面积设计，而试验时要求灭火开启的喷头数不能超过6个，有100%的裕度。水喷雾灭火系统设计流量控制系统的大小，通常为10000L/min左右。

气体灭火系统为全淹没系统，必须是在是整个空间作为一个防护区，并没有严格的保护面积规定．我国规范规定了防护区面积的大小．主要是从哈龙1211规范开始，一是哈龙1211毒性大，防护区面积大不宜疏散；二是防护区面积越大．保护区体积越大，系统储瓶和管网体积就越大，灭火剂在管网和储瓶中的残留就越多，不经济；三是输送距离受阻力的影响而限制作用面积。

2.3.3 距离

    湿式自动喷水灭火系统没有距离限制，而其他系统几乎都有限制，主要是考虑响应时间、充水时间、喷头*低压力要求等；如水喷雾系统规定响应时间为45 s。预作用自动喷水系统充水时间为2 min，干式系统为l min等，都对系统的大小和距离进行了限制。为解决这个问题，除报警阀尽可能靠近保护区域外．还可以采用电磁阀．如超高速水喷雾灭火系统。响应时间为O．15s，就是在喷头前端设置电磁阀。

    气体灭火系统的输送距离受灭火剂喷放时间、喷头*低压力值以及管网体积同灭火剂体积之间的关系的影响。

2.3.4 喷头*大安装高度

    水系、干粉、泡沫灭火系统要求灭火剂直接作用于着火面，水系灭火系统喷头安装高度根据水滴达到着火表面而确定；气体灭火、超细干粉灭火系统灭火剂立体包围着火物体，考虑灭火剂的弥散性和渗透性等，两者喷头安装高度不同。

    (1)自动喷水。对于自动喷水灭火系统，我国规范

规定常规非仑库类喷头安装高度为8 m，非仓库类大空间可达到12 m。美国NFPAl3仅规定快速响应喷头*

大安装高度9 m和ESPA喷头*大安装高度为13．6 m，

对其他则没有限制。FM**规定非仓库类高大空间喷

头安装高度，分别为18．3、30 m，且规定不能采用扩展覆盖面喷头，仅能采用标准覆盖面的专用喷头等。

    (2)水喷雾和细水雾。  试验研究表明水喷雾喷头的有效喷射距离一般为3 m左右．细水雾内置雾化喷嘴，一般根据压力大小有效喷射距离在3～6 m，而水力雾化在高压12 MPa时有效喷射距离可达9 m。

(3)水炮或自动跟踪射流灭火系统。  因水柱能更有力地穿透火焰和烟雾到达着火表面，因而能扑救更大的火灾。

（4）气体灭火系统。 不同的气体喷嘴的压力不同，但其喷头的*大安装高度相差无几，一般为5—6.3m,喷头与射出的灭火剂均匀分布、弥散渗透，形成立体包围灭火。从保护覆盖面积和灭火均匀分布着，当安装高度低于1.5时，其保护面积适当减小。

参考文献
   [1]FM Global Property Loss Prevention Data Sheets 3—26,Fire proteetion water demand

for nonstorage sprinklered properties[s]．2011
[2]FM Global Property Loss Prevention Data Sheets 3—26，Fire protection water demand

for nonstorage sprinklered properties [s]．2008．
[3]GB 50219—95，水喷雾灭火系统设计规范[s]
[4]GB 50338—2003，固定消防炮灭火系统设计规范[s]．
[5]吉冬梅．黄晓家，张兆宪．等．气体灭火系统选择应用技术研究[]]．消防科学与技术2008．27

（11）：820--823．
[6]黄晓家，姜文源．自动喷水灭火系统设手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，2002．
[7]胡雪彦．火探管式自动探火灭火系统在电厂中的应用[J]．消防科学与技术，2010，29(9)：794

—796．
[8]黄晓家，吴易平．厨房火灾危险性分析与专用灭火装置[j]．消防科学与技术，2007，26(4)：

406—408．
作者简介：李云浩（1971—）男，河北保定人，北京市海淀区消防支队副支队长，硕士，主要从事
主要从事

防火监督检查工作，北京市海淀区西北旺三街12号，100094.
收稿日期：2011—06—28

自动灭火系统的类型

灭火机理

适合扑救的火灾类型

火灾类型

火灾规模

*大安装高度和距离/m

规范

自动喷水灭火系统

干/预/湿系统

冷却

A类火，可极小量B类液体

作用面积

高12m,湿式距离不限；干式预作用有距离（系统充水时间）限制

GB50084修订版已有报批稿，CMDA和住宅喷头已在新的报批稿中体现，CMDA喷头FM在2008年标准中已有NFPA13

自动喷水—泡沫系统

冷却+隔离

A、B

水幕系统

隔火分割

高12m,距离不限

ESFR

冷却

A

12个喷头保 护面积

高13.6m,距离不限。限式

快速响应喷头

冷却

作用面积

NFPA13，高9m，距离不限

住宅喷头

冷却

一定规模（4 个喷头的面积）

高无，距离不限

CMDA

冷却

作用面积

高18.3-30m，距离不限

局部应用系统

冷却

作用面积、6个喷头、三只喷头

8m，距离不限

水喷雾灭火系统

冷却

A、B、C、E

不限，设定流量为10000L/min

高按有效射程（一般3m内，）距离有一定的限制（系统响应时间）

GB50219目前**修订

细水雾灭火系统

高压

冷却

A、B、C、E

不限

高依喷头性能，一般6m，*高9m,低压更低，距离不限

已有国家规范报批稿，A类火FM建议用于轻危险级

中压

冷却

不限

低压

冷却

不限

消防炮

固定消防炮灭火系统

水

冷却

A

不限

高、距离不限、产品确定

GB50338

泡沫

冷却+隔离

A、B

不限

干粉

化学

C

一定规模

自动寻的射流灭火系统

水

冷却

A

不限

高限制为6-20m, 距离不限

国家规范正在编制中

泡沫

冷却+隔离

A、B

清洁气体灭火系统

1211

化学

A、B、C、E表面火灾。CO2可深位火灾

不限（规模小于自动喷水，通常为初期小规模火灾）

喷头保护高度5-6.5m。*小0.3m，距离有限制

GBJ 110—87

1301

化学

GB 50163—92

***00

冷却+化学

GB 50370

IG541

物理窒息

低压/高压CO2

物理窒息

GB50193-93,1999年版

背压式

根据灭火剂

距离*大可达200m

文献[s]

气溶胶灭火系统

化学

高度6.3/*小0.3m，距离明显限制

火探管灭火系统

***00

冷却

一定规模

高度很小可达200m

无国家规范，有地方规范

CO2

物理窒息

一定规模

泡沫灭火系统

低倍泡沫

隔离

B

不限

12m高度，从工程角 度有一定的限制

GB50151—2010

中倍泡沫

隔离

A、B流散火灾

不限

高倍泡沫

隔离

A、B

不限

干粉灭火系统

化学

A、B、C、E

不限

GB50347—2004

厨房灭火系统

厨房专用灭火剂

化学+冷却

K

一定规模，锅灶的大小决定

有效射程2m，距离 不宜大于20m

无国家规范，有协会标准

细水雾

冷却

有效射程2m

影响因子

水

气体

干粉

气溶胶

泡沫

厨房专用灭火系统

火探管灭火系统

自喷

水喷雾

细水雾

消防炮

哈龙1301

CO2

IG541

七氟丙烷

毒性

无

有

有

无

有

无

无

无

无

有

生命**性

好

不好

不好

好

不好

较好

较好

好

好

不好

财产损失

污染

无

无

无

无

小

有

有

有

有

无

腐蚀型

无

轻微

无

无

轻微

有

有

有

轻微

轻微

水渍损失

中

较大

较小

大

无

无

小

极小

无

对围护结构的破坏性

无

轻微

有

小

无

适用火灾类型

1

2

2

1

2

2

2

3

4

2

环境友好型

好

不好

好

较好

较好

动力

泵站

有

有

有

无

无

无

有

无

无

瓶站

无

无

有

有

无

有

有

是否要疏散计划

否

是

无

是否高吸收热量

是

否

否

较小

有

无

温室气体GWP

无

5800

1

—

2050

无

有

大气臭氧潜在破坏热量

无

12-16

无

无

有

内在**性

好

较好

不好

好

较好

好

较好

较好

好

好

灭火剂再充装经济性

好

不好

较好

较好

不好

较好

好

灭火可靠性

好

较好

较好

较好

好

较好

环境条件

有一定的高度要求

与保护对象有距离要求

与保护对象有距离要求

有要求但比较宽松

保护区密封，开口流失补偿，围护结构承压1200Kpa，CO2、IG541因压力增加大，对围护结构构成破坏力

对围护结构没有要求，与保护对象有距离要求

保护区密闭，开口流失补偿

与保护对象有距离要求，高倍泡沫要求围挡

局部敞开

局部密封

注：表中1代表A类火灾，2代表A、B、C、D类火灾，3代表A、B类火灾，4代表K类火灾