大空間智能滅火裝置在高架倉庫應(yīng)用的可行性研究

摘要：對大空間智能滅火裝置在高架倉庫應(yīng)用的可行性進行研究，并對設(shè)計參數(shù)進行了理論推測及計算，以及補充完善技術(shù)規(guī)程內(nèi)的部分設(shè)計參數(shù)。采用黃曉家團隊利用火災(zāi)動力學模擬器（FDS）在凈空高度h=9m條件下，對3層及5層的高架倉庫仿真模擬ESPR噴頭啟動時的數(shù)據(jù)，并結(jié)合火災(zāi)動力學公式，經(jīng)分析后提出了大空間智能滅火裝置應(yīng)用的設(shè)計參數(shù)，并對修訂規(guī)范時的部分設(shè)計參數(shù)提出建議。得出結(jié)論：大空間智能滅火裝置可以用在高架倉庫內(nèi)，且比傳統(tǒng)噴淋系統(tǒng)所用噴水強度更小。

關(guān)鍵詞：大空間智能滅火裝置；高架倉庫；ESPR噴頭；噴水強度；標準燃燒物；ADD

中圖分類號：TU892" " " 文獻標識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2024）12-0019-03

隨著我國工業(yè)化進程的迅猛發(fā)展，汽配、半導(dǎo)體、電子產(chǎn)品等需求吞吐量猛增，進而導(dǎo)致基礎(chǔ)配套的高架倉庫規(guī)模越建越大。根據(jù)GB50084—2017《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（以下簡稱《噴規(guī)》），凈空高度9m及以上的倉庫常采用ESPR（早期抑制快速響應(yīng)噴頭）?。ESPR噴頭適用于高堆垛和高貨架倉庫，由于其快速響應(yīng)和大流量的特性，能夠迅速撲滅高危險等級的火災(zāi)，能夠有效保護堆垛和高架倉庫的安全。對于凈空高度h≥13.5m的立體倉庫，除了要求設(shè)置頂板噴頭外，還要求設(shè)置貨架內(nèi)的層間噴頭，以彌補頂板下噴頭滅火能力的不足。此時，最大凈高不受上限。由于ESPR噴頭屬于被動開啟型，凈空高度越高，開啟時間越慢，所需滅火的噴水強度則越大，越容易因熱輻射引起周邊貨架可燃物的燃燒。大空間智能滅火裝置屬于主動探測開啟型噴淋系統(tǒng)，其開啟時間幾乎不受凈空高度影響，對于初期火災(zāi)的控制具有顯著優(yōu)勢。

1 大空間智能滅火裝置介紹

1.1" 設(shè)備背景

大空間智能滅火裝置是我國科技人員自主研制開發(fā)的一種全新的智能噴水滅火系統(tǒng)。該系統(tǒng)最早出現(xiàn)在《大空間智能型主動噴水滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》中。該規(guī)程包含了：大空間智能滅火裝置、自動掃描射水滅火裝置、自動掃描射水高空水炮滅火裝置。后兩種系統(tǒng)于2021年被納入國家規(guī)范《自動跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)技術(shù)標準》后，大空間智能滅火裝置便逐漸淡出設(shè)計人員視野。

1.2" 設(shè)備優(yōu)點

大空間智能滅火裝置與傳統(tǒng)的由感溫元件控制的閉式自動噴水滅火系統(tǒng)相比有以下優(yōu)點：第一，可自動探測及判定火源，常規(guī)20～30s即可開啟噴頭。第二，安裝方式非常靈活，無需貼頂安裝，可重復(fù)啟閉防止火災(zāi)復(fù)燃。第三，安裝高度可達25m。第四，定位精準，可根據(jù)火災(zāi)蔓延情況分別或成組地開啟滅火裝置噴水，既可達到雨淋系統(tǒng)的滅火效果，又不必成片開啟，在有效撲滅火災(zāi)的同時，可減少由水災(zāi)造成的損失。

但由于該規(guī)程的編寫時間較倉促，用于倉庫的系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)并未出現(xiàn)在該技術(shù)規(guī)程中。對于在倉庫立體貨架中采用大空間智能滅火裝置替代ESPR噴頭是否可行，以及是否可以降低噴水強度，筆者認為是可行的。

2 推論

2.1" 模擬試驗準備工作

2020年黃曉家等[1]及其學生堯煒杰[2]用美國國家標準技術(shù)研究所開發(fā)的火災(zāi)動力學模擬器（FDS）分別對箱裝不發(fā)泡可燃物在凈空高度h=9m，三層（h=4.5）及五層（h=7.5）的高架倉庫進行自噴仿真模擬研究。火災(zāi)采用標準燃燒物：單壁瓦楞紙箱中分層聚乙烯本杯，紙箱大小約0.5m×0.5m×0.5m（h）。標準燃燒物模型見圖1，貨架布置（5層）見圖2。

實驗噴頭類型采用RTI=28（m·s）0.5，流量系數(shù)K=202的ESPR噴頭，噴頭按正方形布置，布置間距3m。

2.2" 數(shù)據(jù)推演

模擬試驗t=26s時，火焰升至第一標準層頂部；t=43～46s時，升至第二、三層；t=61～66s時，升至第四、五層；無論三層或是五層貨架，噴頭啟動時間均在65～68s時。

以黃曉家先生的三層立體倉庫數(shù)據(jù)為例，啟動第一只噴頭時間t=65s，熱釋放速率為1600kW。火災(zāi)發(fā)展存在四個發(fā)展階段，分別為陰燃階段、增長階段、充分發(fā)展階段、衰退階段。火災(zāi)增長階段屬于非穩(wěn)態(tài)火災(zāi)，處于快速增長階段，滿足以下公式：

Q=αt2 （1）

式中：Q——熱釋放速率，kW；

α——火災(zāi)增長系數(shù)，kW/s2；

t——火災(zāi)增長時間，s。

火焰升至第一標準層頂時t=26s，滿足探測器20～30s定位時間的要求。把t=65s，Q=1600kW，代入（1）式，修正得出，當t=26s時，Q=256kW。根據(jù)GB/T31431—2015《滅火系統(tǒng)A類火試驗用標準燃燒物》的規(guī)定，中危I級及II級工業(yè)火災(zāi)模型，火災(zāi)荷載密度分別為650MJ/m2（約180kW）與1920MJ/m2（約533kW），標準燃燒物豎向為3個紙箱，高度約1.5m。t=26s時，實際燃燒荷載介于中危I級及中危II級之間。類比《噴規(guī)》5.0.2條中h＞8m的工業(yè)建筑，不發(fā)泡塑料場所的噴水強度為15L/min·m2，考慮實際工程中因探測延遲造成的熱釋放速率快速增大的可能性，安全系數(shù)取1.3，整體噴水強度取20L/min·m2。《噴規(guī)》5.0.5條規(guī)定，倉庫危險等級I、Ⅱ級及箱裝不發(fā)泡塑料，當最大凈空高度h≤9m，最大儲物高度h≤7.5m時，噴水強度范圍為27.6～33.1L/min·m2，平均噴水強度為30.3L/min·m2，噴水強度折減系數(shù)為0.65。

進行熱輻射引燃周邊可燃物復(fù)核，熱輻射公式如下：

q〃=Q/12πR2 （2）

式中：q〃——熱輻射強度（標準燃燒物輻射強度常取20kW/m2），kW/m2；

Q——火源熱釋放速率，kW/m2；

R——火源中心至接受輻射面的水平距離，m。

把Q=256kW，q〃=20kW/m2，代入（2）式，得R=0.58m。常規(guī)倉庫貨架單層高度為1.5m，標準燃燒物中心與相鄰燃燒物邊距為d=0.5+0.15=0.65m，與上層燃燒物的邊距為d=0.5+0.5=1m。此時熱輻射尚未引燃周邊燃燒物，若能開啟噴頭控火及滅火效果更好。

考慮貨架越高遮擋越多。以倉庫危險等級I、Ⅱ級及箱裝不發(fā)泡塑料為例，筆者建議以最大凈空高度h=9m為基準，大空間智能滅火裝置噴水強度，ESPR平均噴水強度按上述推論的折減系數(shù)0.65進行折算，具體噴水強度見表1。

2.3" 國外智能噴淋與傳統(tǒng)噴淋系統(tǒng)數(shù)據(jù)對比

國外FM Global利用智能自動噴水滅火技術(shù)（SMART）分別在3、5、7層貨架倉庫中開展了傳統(tǒng)自動噴水滅火與智能自動噴水滅火技術(shù)的對比試驗[3]。結(jié)果表明，與傳統(tǒng)自動噴水滅火技術(shù)相比，智能自動噴水滅火技術(shù)的噴水強度僅為傳統(tǒng)系統(tǒng)的54%～56%，對比試驗數(shù)據(jù)見表2。相比之下，與筆者推薦的噴水強度相似。

3 結(jié)論與建議

通過對黃曉家團隊實驗數(shù)據(jù)進行分析，并利用火災(zāi)動力學公式對噴水強度數(shù)據(jù)進行推演，同時對比國外先進智能噴水滅火系統(tǒng)進行對比，得出以下結(jié)論：第一，在高架倉庫中，采用大空間智能滅火裝置替代ESPR噴頭及降低噴水強度是可行的。第二，在2009年的技術(shù)規(guī)程中，大空間智能滅火裝置的流量系數(shù)K=190。在相同噴水強度下，噴水壓力越大，水滴粒徑越小，噴水下落過程中受氣流的影響越大，噴水均勻性就越差，無法形成理想的噴灑形態(tài)。建議在修訂規(guī)范時能有大流量K系數(shù)的產(chǎn)品，以減小噴頭壓力帶來的影響，增加ADD（實際噴水強度）。第三，建議智能探測器對應(yīng)的電磁閥控制的噴頭數(shù)為1～2個，一次性開啟的噴頭數(shù)量≤4個。火災(zāi)擴散時按蔓延方向成組開啟其余噴頭。第四，建議設(shè)計時應(yīng)仔細核對貨架位置及高度，保證智能型探測組件及噴頭的灑水不會出現(xiàn)探測死角和灑水死角。

參考文獻

[1]黃曉家，堯煒杰，謝水波，等.基于FDS的高架倉庫火災(zāi)自動噴水滅火研究[J].給水排水，2020，56（12）：68-75.

[2]堯煒杰.基于FDS的高架倉庫火災(zāi)自動噴水滅火數(shù)值模擬研究[D].衡陽：南華大學，2021.

[3]楊丙杰.物流倉庫自動噴水滅火技術(shù)研究及發(fā)展趨勢[J].消防科學與技術(shù)，2021，40（5）：700-703.