快速响应喷头评估

快速响应喷头评估

Peter Thomas1,Stephan G rosskopff2,梁吉林3,沙琮勋2

(11泰科国际技术部,美国罗德岛;21德国久保上海代表处,上海　200040;

31上海金盾消防安全设备有限公司,上海　201318)

摘要:介绍了快速响应喷头与标准响应喷头相比在技术及经济上的优势。

关键词:快速响应;动作温度;热敏性能;喷头

决定自动洒水喷头控火、灭火的因素有6个,它们

是喷头动作温度等级、喷头热敏元件的热敏性能、喷头

口径、安装位置、布水特性和某些特殊应用。着重介绍

喷头动作温度等级和感温灵敏度两个方面,因为这两

方面可以通过选择热敏玻璃球来确定。

1　喷头的动作温度等级

玻璃球内的液体随着温度的上升而膨胀。当达到

预定温度时,玻璃球就会破碎成碎片,从而启动喷头喷

水灭火。喷头的动作温度有多种。喷头的动作温度由顶棚的最高温度决定。根据NFPA的规定,在不考虑喷头灵敏度的情况下,喷头的动作温度可以从表1中选择。

表1　喷头的动作温度

顶棚最高温度玻璃球温度等级温度分级色标10038135～17057～77常温级橙色或红色15066175～22579～107中温级黄色或绿色225107250～300121～149高温级蓝色300149325～375163～191超高温级紫色

375191

400～475204～246非常高温级黑色475246500～575260～302极高温级黑色625329650343极高温级黑色

2　喷头的感温灵敏度

喷头热敏元件对温度的反应速度称为喷头的热敏性能。响应时间指数(RTI)是衡量喷头热敏性能参数的指标之一,RTI值可通过标准试验装置测得。快速响应喷头热敏元件的RTI≤50(m・s)1/2,标准响应喷头热敏元件的RTI≥80(m・s)1/2,而RTI>105(m・s)1/2的喷头应不推荐使用。

通常将喷头插入一个试验装置内来测量RTI值,该装置内可依据标准要求提供具有一定升温曲线的热气流。但是某些喷头不适合做插入试验。计算RTI值需要下列数据:喷头的动作时间、喷头热敏元件的动作温度(在液浴中测得)、试验炉内的气温、试验炉内的气流速度、喷头体的传导系数(C),C系数是喷头热敏元件和其固定托架之间的热传导的度量。其他影响喷头响应速度的因素包括玻璃球温度等级、喷头摆放位置及热辐射等。

RTI是一个纯热敏性能的度量。它是与喷头从周围环境中吸收足够热量启动喷头最快所需时间有关的一个计算函数值。传导系数是用来计算喷头周围空气传递多少热量到喷头接头和管路上的一个函数。图1显示的是二者的关系。

图1　传导系数与RTI的关系

3　快速响应喷头的历史

快速响应喷头的历史可追溯到1884年,当年FM 对喷头进行了广泛地试验,其中包括灵敏度试验。1935年G rinneli公司开发了“Duraspeed”喷头。1973年R JA提议为芝加哥Water T ower的酒店开发快速响应喷头。喷头的应用高度也提高到911m。1974年G rinnell公司的F931成为了第一个取得U L认证的快速响应喷头。尽管第一只自动洒水喷头在1874年就取得了专利,且FM在10年后的1884就对喷头的灵敏度进行了试验,但是第一只快速响应喷头直到90年(1974年)后才取得认证。

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2006年第3期消防技术与产品信息

1976年FM开始开发和评估低造价住宅型水喷淋系统。同年FM研究报告提出使用插入试验来测量喷头的灵敏度。1980年NFPA13D开始执行。1981年

FM开始向洒水喷头行业提出RTI的概念,作为喷头的基本特性。1983年FM提出了早期抑制快速响应(ESFR)喷头的概念。1986年Job公司把第一只快速响应玻璃球推向了美国消防市场。1987年U L引入了室内热敏性能试验,从而产生了快速响应扩展覆盖型喷头。1988年FMΠNFS A使用快速响应喷头进行了喷头作用面积Π密度试验。1999年NFPA要求在所有轻危险等级场所使用快速响应喷头,并提倡在普通危险等级场所也使用快速响应喷头。2003年BRE引进了增强保护扩展覆盖型喷头(EPEC)。

4　标准响应与快速响应喷头火灾试验比较

1988年国家火灾喷头协会(NFS A)、FM、工业险保险商公司和一些喷头制造商联合进行了12次火灾试验,他们对标准响应和快速响应喷头做了比较,即6次火灾试验使用了快速响应喷头,6次使用了标准响应喷头。火灾试验燃烧物为2m高的塑料,建筑物层高6m,作用面积为139m2,设计密度为8mm/min。在这些试验中,喷头的任务是控灾而不是灭火。试验使用了同一种喷头,包括相同的溅水盘,只是热敏元件不同。试验发现,平均有14只标准响应喷头动作,而快速响应喷头平均只有813个动作。快速响应喷头动作时火灾还较小,火灾损失减少20%,热释放率降低45%,钢结构温度降低25%。

411　快速响应喷头使系统的作用面积减小,从而可以降低系统造价

1996年NFPA的技术委员会决定推荐使用快速响应喷头。当使用快速响应喷头时,系统的作用面积可以根据下列的条件在不改变密度的情况下得到减小,条件是:

(1)必须是湿式系统;

(2)必须是轻危险或普通危险等级场所;

(3)顶棚高度不能超过6m;

(4)没有超过3.0m2(32ft2)以上的未保护顶棚区域

。

但是,作用区域的喷头数量不得少于5个。这些规定是对使用快速响应喷头能更快速控制火灾的肯定。图2表示的是使用快速响应喷头在不同顶棚高度情况下减少系统作用面积的情况。当顶棚高度低于3m时,作用面积可以降低40%。降低的百分比随着顶棚高度增加而降低,直到顶棚高度增加到到6m时,作用面积减少到25

%的水平。但是,当顶棚高度超过6m时,不允许减少作用面积。

图2　使用快速响应喷头在不同顶棚高度情况下

减少系统作用面积

根据中国设计规范的规定,轻危险等级场所包括不高于24m的宾馆和办公楼。普通危险等级Ⅰ和Ⅱ包括:高层建筑、医院、机场、音乐厅和工厂。

根据NFPA13里规定的密度Π面积方法设计水喷淋系统是最常用的方法。图3中画有各种危险等级线,在所示危险等级线上的任何一点都是可以接受的,但最低点是最经济的。

图3　NFPA13中规定的危险等级线

表2　减少作用面积与用水量的关系

水力设计要求

轻危险等级

4mmΠmin over139m2=556LΠmin

4mmΠmin over84m2=336LΠmin

普通危险等级Ⅰ

6mmΠmin over139m2=834LΠmin

6mmΠmin over84m2=504LΠmin

普通危险等级Ⅱ

8mmΠmin over139m2=1112LΠmin

8mmΠmin over84m2=672LΠmin

82Peter Thomas等:快速响应喷头评估2006年第3期