高層建筑外墻消防水幕應(yīng)用對外保溫墻面 燃燒蔓延抑制研究

李洋

摘要：隨著我國綠色發(fā)展體系的構(gòu)筑，建筑節(jié)能成為節(jié)能減排中重要的一環(huán)，而使用外墻有機保溫材料可有效實現(xiàn)建筑節(jié)能。然而高層建筑外保溫墻體有機保溫材料很容易引燃并使火勢蔓延，造成極大的建筑火災(zāi)隱患。高層建筑消防水幕的應(yīng)用是抑制和熄滅建筑保溫材料火災(zāi)最有效的技術(shù)手段之一，探索高層建筑消防水幕系統(tǒng)對豎直外壁面典型保溫材料火災(zāi)抑制機理對設(shè)計、建立、優(yōu)化高效的外保溫墻體水幕滅火系統(tǒng)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：高層建筑；外保溫墻體火災(zāi)；消防水幕應(yīng)用

中圖分類號：TU976.5? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ?文章編號：2096-1227（2024）02-0106-03

以上海為例，高層建筑歷史已過百年，是中國最早出現(xiàn)高層建筑的城市，也已成為世界上高層建筑最多的城市之一。高層建筑火災(zāi)一旦導(dǎo)致外保溫墻體蔓延燃燒火災(zāi)，現(xiàn)有的火災(zāi)撲救技戰(zhàn)術(shù)很難做到有效地抑制和熄滅火情。目前，大多數(shù)建筑為了得到很好的保溫效果，在建筑外墻上使用容易起火的保溫材質(zhì)，如果發(fā)生火情，通過在建筑外保溫墻體上設(shè)置豎向或者橫向的水幕，就可以大大減輕火勢蔓延，這是一種符合時代的要求的方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對火災(zāi)的快速控制。

1 外保溫材料墻體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性及其危險性分析

有機外保溫材料是一類在建筑領(lǐng)域用于隔熱和保溫的材料，通常具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，在火災(zāi)事故發(fā)生過程中能夠有效地減緩熱量的傳遞。目前，我國常用的有機外保溫材料主要包括模塑聚苯板、擠塑聚苯板、酚醛樹脂板以及聚氨酯板等幾種類型，在選擇有機外保溫材料時，需要考慮其保溫性能、防火等級、耐久性、環(huán)境影響以及成本效益等因素。由于有機保溫材料可能存在燃燒隱患，通常會加入阻燃劑以提高其安全性。此外，根據(jù)建筑的具體需求和預(yù)算，可以選擇不同類型和規(guī)格的保溫材料，以達到最佳的保溫效果和經(jīng)濟效益。典型有機保溫材料性能參數(shù)見表1[1-4]。

2 消防水幕對外保溫墻體火災(zāi)抑制作用理論研究

針對高層建筑外保溫墻體燃燒速度快、控制難度大的特點，本章節(jié)重點討論消防水幕對外保溫墻體火災(zāi)抑制作用可行性的理論研究。

2.1? 消防水幕壓力及水柱物理特性

消防水幕的壓力要求根據(jù)其作用和部位而變化，并且消防水柱的物理特性包括密度、容重、狀態(tài)變化以及充實水柱長度等。關(guān)于消防水幕的壓力要求，它主要取決于設(shè)計的目的和場所的具體條件。例如，防火分隔水幕的作用是阻斷煙和火的蔓延，其噴頭布置應(yīng)保證水幕寬度不小于6m，并采用多排布置噴頭以形成具有一定厚度的水墻或多層水簾。此外，不同等級的劇場、會堂等場所對水幕系統(tǒng)的要求也有所不同。一般情況下，室內(nèi)消火栓的壓力是不會大于0.50MPa的，如果室內(nèi)的消防栓壓力值超過了0.70MPa，必須有相應(yīng)的減壓設(shè)備進行減壓。按照高層建筑室內(nèi)消火栓壓力情況，本次實驗測試0.30MPa、0.60MPa、0.90MPa三種水幕壓力及其水柱物理特性。由測試結(jié)果可得：在模擬高層建筑室內(nèi)消火栓壓力測試水幕有效覆蓋高度最大為7.3m，考慮其他干擾因素及水幕射水口傾斜角度（擬定45°），取最大覆蓋高度為3.5m。不考慮水柱下落覆蓋區(qū)域，發(fā)現(xiàn)覆蓋區(qū)域在底部至中段覆蓋率較低，中段至頂端覆蓋率較高。結(jié)合場地及實驗條件，本次測試雖然是水幕水帶向上噴射液滴，考慮實際情況，水幕在外保溫墻體外表面設(shè)置距離墻體一般為15～40cm，重力影響的誤差較小可以不用考慮，所以本次測試的結(jié)果可以為水幕水平或斜向下45°噴射液滴物理特性做參考[5-6] 。水幕水帶的水柱物理特性見圖1。

2.2? 噴淋液滴與壁面撞擊過程及撲滅機理

對于外保溫材料墻體豎直壁面上的火蔓延，由于火焰向上傳播，在浮力羽流和卷吸氣流的驅(qū)動作用下，火焰往往會出現(xiàn)貼壁效應(yīng)，導(dǎo)致火焰面較薄，進而導(dǎo)致噴淋液滴直接穿透火焰面到達燃燒表面的概率大大增加[7]。

如圖2所示，水幕對外保溫墻體火災(zāi)撲滅大體分為三個階段：第一階段，水幕與墻體碰撞，液滴撞擊到壁面上可能存在四種狀態(tài)：黏附、反彈、延展以及飛濺。最終的形態(tài)取決于水幕壓力、噴射角度、外保溫墻體飾面層物理性質(zhì)及水幕噴頭的構(gòu)建有關(guān)。第二階段，水幕與火焰面接觸，一部分液滴蒸發(fā)形成氣浪對上部分水幕延展有一定阻礙作用，其余液滴與火焰面對流換熱，吸熱降溫，阻止火焰面進一步發(fā)展。第三階段，水幕面與火焰面形成剪切面，該面為外保溫墻體火焰蔓延臨界點，當水幕供水量大于火焰蒸發(fā)液滴量時，水幕具有撲滅火災(zāi)的能力。

3 外保溫墻體火災(zāi)消防水幕設(shè)置思路

外保溫墻體火災(zāi)具有燃燒速度快、控制難度大的特點，所以應(yīng)該在消防固定設(shè)施的方面進行研究。本文討論預(yù)設(shè)消防水幕線路系統(tǒng)的設(shè)想，分為高層建筑屋頂水幕系統(tǒng)和高層建筑中間層水幕系統(tǒng)的設(shè)置。

3.1? 高層建筑屋頂外墻水幕的設(shè)置

高層建筑屋頂外墻的水幕系統(tǒng)設(shè)計要考慮到多個因素，包括水幕的用途、構(gòu)造、供水系統(tǒng)和控制策略等。如果水幕用于防火分隔，其設(shè)計應(yīng)確保能夠阻擋火勢蔓延，為人員疏散爭取時間。此外，消防水幕在火災(zāi)事故發(fā)生過程中還可以用于保護建筑結(jié)構(gòu)或設(shè)備免受高溫的影響。在實際設(shè)置過程中，應(yīng)當選擇合適的噴頭類型（如霧化噴頭或灑水噴頭），以產(chǎn)生細小均勻的水珠，形成有效的水幕。此外，應(yīng)當根據(jù)所需的水幕寬度和密度進行布置，通常要求有一定的重疊度，以確保連續(xù)無間隙的水幕，并合理布局供水管道，確保噴頭得到充足的水源供應(yīng)。當建筑內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)事故時，需要維持恒定的水壓，保證水幕的形成和穩(wěn)定性，此時，水幕液滴在壁面由重力作用自上而下，達到對墻體冷卻降溫和阻止火勢蔓延的作用。通常情況下，樓頂通常有儲水罐、加壓泵等固定消防設(shè)施，將儲水罐的水通過加壓泵連接到外墻，每隔5～8m設(shè)置一個消防管道支架，防止消防管道充水后重量變大與外墻連接失效。在樓頂外墻距離墻體15～40cm預(yù)設(shè)DN65高強度耐腐蝕消防管道，置放在承重支架上并做好固定措施，管道上每隔2～3m配置一個25L/s的水幕噴淋，水平對準墻體，并在轉(zhuǎn)角處設(shè)置閥門，為后期區(qū)域水幕滅火做好條件。

3.2? 高層建筑中間樓層外墻水幕的設(shè)置

高層建筑低樓層外保溫墻體燃燒后，樓頂外墻水幕系統(tǒng)由于距離太遠，受風力影響滅火效能不佳。本文結(jié)合高層建筑室內(nèi)固定消防設(shè)施設(shè)想在高層建筑中間樓層外墻設(shè)置水幕噴淋系統(tǒng)，距離著火區(qū)域更近，滅火效能更高。同時還具有隔斷火勢蔓延的作用，使火勢無法蔓延至水幕噴淋系統(tǒng)設(shè)置樓層以上區(qū)域樓層，有效保護上部分區(qū)域人員生命財產(chǎn)安全，具有重要意義。如圖3所示，采用中間樓層一段區(qū)域的外墻水幕設(shè)置剖面圖。由中央消控室控制，DN40消防管道設(shè)置在樓層天花板或預(yù)埋在樓層間，管道連接室內(nèi)消火栓和墻外水幕噴淋組，水幕噴頭壓力25L/s，角度為45°，經(jīng)上文討論滅火效果與水平一致，直接作用于外保溫墻體飾面層。

綜上，基本闡明了高層建筑外保溫材料墻體消防設(shè)施給水設(shè)計。理論聯(lián)系實際是做事的基本方針，在外墻消防水幕噴淋設(shè)計中，應(yīng)該注意消防給水方案的比較和選擇，滿足需求的前提下，應(yīng)該選擇的設(shè)計方案簡單，節(jié)省投資，安全可靠，易于操作和管理。

4 結(jié)束語

固定消防設(shè)施的創(chuàng)新建設(shè)作為一線消防救援隊伍實戰(zhàn)處置過程中的輔助力量與硬件保障，直接關(guān)系著一起高層建筑火災(zāi)處置的成功與否，通過研討的外墻水幕噴淋系統(tǒng)對高層外保溫材料墻體建筑火災(zāi)火勢抑制具有重要意義，可為后續(xù)消防力量的到場處置打下堅實基礎(chǔ)。

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