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建筑消防系统技术分析:火灾危险等级设置

时间:2023-10-08 理论教育 版权反馈
【摘要】:应根据设置场所内部容纳物品的性质、数量及其分布,预测物品燃烧总热、燃烧放热速率以及现场存在一定数量可燃易燃液体时将对火灾危险性产生的影响等因素,分析设置场所的火灾特点,并结合设置场所的环境条件,判定设置场所的火灾危险等级。火灾荷载和火灾荷载密度是用于衡量火灾危险性的重要参数。上述因素使仓库在防火设计中的分类、火灾危险等级的划分以及设计参数的制定较为繁杂。

建筑消防系统技术分析:火灾危险等级设置

应根据设置场所内部容纳物品的性质、数量及其分布,预测物品燃烧总热、燃烧放热速率以及现场存在一定数量可燃易燃液体时将对火灾危险性产生的影响等因素,分析设置场所的火灾特点,并结合设置场所的环境条件,判定设置场所的火灾危险等级。

火灾是由失去控制的燃烧造成的。建筑物内只要有足够数量的可燃物,就有发生火灾的可能性。火灾的发生包括引燃和发展两个阶段。流淌的或者是能够形成液池的可燃液体,一经点燃便迅速蔓延,然后进入稳定燃烧阶段。建筑火灾多为固体火灾,一般的固体火灾的规模和波及范围,随火灾的燃烧时间逐渐扩大:初起阶段可能表现为“阴燃”,阴燃阶段可能持续几分钟甚至更长时间,随后有可能发生轰然。“初期火灾”通常是指物品被点燃、跳出明火并开始蔓延的火灾初始阶段,几分钟后便可进入“猛烈燃烧”的阶段。

初期火灾的燃烧面积不大、放热速率不高,容易控制或扑救。火灾进入猛烈燃烧阶段后,或燃烧面积已经较大,或放热速率已经较高,灭火难度明显增大。火灾危险性大的建筑,其火灾具有蔓延速度快、放热速率增长快、发烟量大、烟气毒性大、发生轰然的时间短等特点。

火灾初期如能迅速采取有效的扑救措施,不仅灭火难度小,而且成功率高,能够最大限度地降低人员伤亡和财产损失。各种自动灭火系统都是用于扑救初期火灾的,是在火灾危险性大、人员密集程度高、内部容纳物品价值高、性质重要的建筑中,保护人与物免遭火灾伤害的重要手段。

将可燃物占有量按燃烧热折算成木材重量的概念,称为“火灾荷载”。单位面积占有的火灾荷载,称为“火灾荷载密度”。火灾荷载和火灾荷载密度是用于衡量火灾危险性的重要参数。

可燃物燃烧时的瞬时放热量,称为“燃烧放热速率”。《消防基本术语》(第二部分)(GB/T 14107)对热释放速率(Heat Release Rate,HRR)的表述为:在规定的试验条件下,在单位时间内材料燃烧所释放的热量。热释放速率表达了火源释放热量的能力,单位为“W”,即“J/s”。

有机物燃烧时的产物,主要包括二氧化碳、一氧化碳和水,即:CO2+CO+H2O(汽)。由于燃烧产物“水”被汽化,并在汽化过程中吸收燃烧产生的热量,所以有机物的燃烧热有高值燃烧热与低值燃烧热之分。

燃烧反应产生的热量为高值燃烧热,扣除燃烧产物“水”的汽化吸热量(潜热)后的燃烧热,为低值燃烧热。火灾释放的热量为低值燃烧热,其瞬时放热量应称为“火灾放热速率”,是用于表述火灾猛烈程度的重要参数。单位面积火灾放热速率称为“火灾放热速率密度”。

根据火灾的燃烧特点,可划分为有限发展火和连续发展火两种类型。

引燃期过后放热速率按式(31)的规律增长,并按放热速率达到中等(1 055kW)的时间评价火灾等级的,称为连续发展火。

式中 Q——火灾放热速率(MW);

   t——火灾燃烧时间(s);

   α——火增长系数,按自物品点燃至放热速率达到1.055 MW或1 000 Btu/s(1kW·h=3 413 Btu,Btu为英热单位)的时间确定。

火增长系数与火灾现场可燃物的特点,包括:物品的类别、制作材料、制品的构造、有无包装及包装材料等,以及数量、水平分布、堆积高度、场所的通风条件等因素有关。

物品燃烧时火焰的竖向传播速度明显高于水平传播速度,因此不可忽视物品堆高对火灾危险性的影响。

按火增长系数α可将火灾划分四类(表27)。火灾放热速率与火灾燃烧时间关系曲线见图9。

表27 按火增长系数的火灾分类

据国外资料介绍,大多数火灾达到1.055 MW的时间为150~200 s,其火增长系数的计算值α=0.026~0.047。也有资料介绍,实际火灾的火增长系数α在0.028~0.044之间。因此,物品被点燃后的5~10 min,对火灾扑救极其重要,在此期间只要火灾按连续发展火的规律蔓延,火灾放热速率将由2~4 MW窜升至10 MW甚至更高,使灭火难度明显提升。

图9 火灾放热速率与火灾燃烧时间关系曲线

可燃物周围有防火分隔物或足够的隔离空间,使最大放热速率不超过预测值的火灾,属于典型的有限发展火。

火灾放热速率亦可按式(32)计算:

式中 R——可燃物燃烧速度[kg/(m2·min)];

   H——可燃物低值燃烧热(k W·h/kg);

   A——燃烧面积(m2)。

烟气是火灾的头号杀手。建筑物中因火灾而形成的有害烟气,与燃烧直接产生的烟气有所不同:由于燃烧烟气对火场环境中空气的卷吸、扰动及渗透作用,使火灾烟气中包括燃烧烟气以及被混入、被污染的空气。(www.xing528.com)

随着时间的推移,火灾烟气层与环境空气间的界面将下沉到危及人身安全的高度。

火灾烟气形成的烟层界面有可视界面和实际界面两个概念。可视界面是指视觉可清晰识别的烟层界面,实际界面则是指烟层可视界面下方被污染的空气与清洁空气之间的界面。虽然被污染空气已经具有有害成分,但能见度仍与清洁空气差别不大,所以实际界面并不清晰。实际界面的高度是火场中的危险高度,应控制在高于人体的高度。防火设计时应将实际界面按低于可视界面不小于0.5 m确定。

包括仓库建筑和建筑中库房在内的储物类场所,影响火灾危险性和灭火难度的因素很多,包括:场所的面积、净空高度及容积,储存物品的类别、货品的储存方式、货品或货架的高度及间距等。从库房到高大空间仓库、从混杂储存不同类别商品的仓库到行业性仓库,以及采用袋装、纸箱、木箱等不同包装方式的仓库等,火灾危险性和灭火难度的差别很大。

相比传统观念,仓库内容纳物品的性质已经发生改变,含有合成材料的物品、有外包装的物品以及纸箱、木箱等外包装中保护商品的填充物(泡沫塑料、纸团、纸板、木条)等,在仓库容纳物品中所占的比重明显增大,致使火灾危险性也相应增大。

堆垛和货架仓库中物品的堆积高度大,火灾的竖向蔓延速度快,火灾放热速率的增长速度快,火头的位置不断升高。仓库火灾虽然能够较为迅速地驱动喷头,但是由于此类火灾的火增长系数大、系统开始喷水时的火灾放热速率大、堆垛和货架对喷水的遮挡作用等因素,使喷水顺利送达起火部位的难度增大,致使灭火的难度增大。

上述因素使仓库在防火设计中的分类、火灾危险等级的划分以及设计参数的制定较为繁杂。

会展中心、体育馆等非仓库类高大空间场所,室内空间高大,内部物品主要在地面水平摆放,按堆积方式布置的物品数量占比很少且高度较低。因此,与高大空间仓库相比,物品的数量和堆积高度有很大差异;与一般的敞开空间的场所相比,室内净空高度有很大差异。由于火灾荷载的密度相对较小,潜在火灾的火增长系数和火头的位置明显低于仓库类建筑,但是由于室内净空高度大,火灾烟气升腾至顶板的距离大,并且受室内通风、换气条件的影响大,使火灾驱动闭式喷头的条件趋于不利且不确定性增大。当室内净空高度大到一定程度,闭式喷头的动作时间、开启闭式喷头的位置和数量、开启闭式喷头时对应的火灾放热速率、开启喷头喷水量的覆盖范围等特点,均与湿式系统在常规应用场所中的表现及灭火效能有所不同,因此不能用传统的观点简单地解释湿式系统在非仓库类高大空间场所中的灭火过程,也不应苛求其符合在常规应用场所中的操作规律。尽管如此,非仓库类高大空间场所仍然与其他应用场所一样,遵循火灾及其烟气的热能达到驱动闭式喷头之所需,喷头自会开启;喷头开启后的喷水,若能达到冷却火灾之所需,便能抑制燃烧的规律。此外,此类场所的蓄烟仓不仅容积大而且位置高,火灾烟气层沉降至危险高度的时间明显增大,使得此类场所具有较多的安全疏散时间,并且疏散时具有较好的视野,现场人员可以较为从容地疏散和采用室内消火栓灭火。为此,应当重视此类场所操作室内消火栓灭火的便利性,积极创造采用室内消火栓灭火的条件,充分发挥室内消火栓与湿式系统协同灭火的作用。

评估设置场所的火灾危险性,应充分考虑设置场所火灾的热特性、烟特性,火灾对现场人员、物品、建筑物的危害,采用自喷系统遏制火灾的难易程度,自喷系统与室内消火栓的协作关系等方面的因素。

影响湿式系统灭火难易程度的因素包括以下四个方面:

(1)设置场所内可燃物品的特点(类别、材料、构造及包装等)、数量及分布;

(2)设置场所的空间条件(面积、高度以及通风);

(3)系统开放首批闭式喷头的时间及其对应的火灾规模(放热速率、燃烧面积及火焰高度等);

(4)设置场所内悬挂物与地面物品对喷水的阻挡等。

《自喷系统设计规范》目前仍然主要以“设置场所的建筑类别、功能、重要性、人员密集程度,内部容纳物品的价值和类别、数量与分布,燃烧性能以及对火灾发展蔓延趋势、灭火难易程度的评估”等因素,作为划分和判断设置场所火灾危险等级的依据。

该规范1985年版对建筑物火灾危险等级的规定如下:

(1)严重危险级:火灾危险性大、可燃物多、发热量大、燃烧猛烈和蔓延迅速的建(构)筑物;

(2)中危险级:火灾危险性较大、可燃物较多、发热量中等、火灾初期不会引起迅速燃烧的建(构)筑物;

(3)轻危险级:火灾危险性较小、可燃物少、发热量较小的建(构)筑物。

该规范2001年版对设置场所火灾危险等级的划分如下:

(1)轻危险级;

(2)中危险级,并划分为Ⅰ级和Ⅱ级;

(3)严重危险级,并划分为Ⅰ级和Ⅱ级;

(4)仓库危险级,并划分为Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级。

对于给定场所,应在参考该规范中“设置场所火灾危险等级举例表”的基础上,结合现场具体条件,分析火灾特点和灭火、疏散的难易程度,以及同类建筑防火灭火案例的经验总结,判断火灾危险等级。

当建筑物内不同场所的火灾危险性存在较大差异时,可根据各场所的实际情况,分别确定系统的火灾危险等级。

判定设置场所的火灾危险等级后,确定系统的选型及其设计参数。

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