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通透性吊顶内上下喷式喷头设计有效性数值化验证
李厚强
(徐州市消防支队,江苏徐州221000)
摘要:针对目前设有通透性吊顶的商场市场中大量使用的上下喷式喷头设计形式,采用了计算机数值模拟方法,建立实验模型,利用FDS5.5(FireDynamicsSimulator)软件对自动喷水灭火系统中上下喷式喷头设计的有效性进行了验证。研究发现在上下喷式喷头设计中,下层喷头的启动具有明显的条件限制,设置的下层喷头不能弥补通透性吊顶对降低直立型喷头布水范围、布水均匀性和喷水强度的影响,这种设计形式灭火成效不明显,不经济。
关键字:通透性吊顶;火灾数值模拟;自动喷水灭火系统;上下喷式喷头设计
1引言
随着建筑装修设计的多元化和个性化,建筑吊顶的设计形式也千变万化,为了营造不同的购物环境,目前在大型商场、市场建筑内大量采用网格吊顶、格栅吊顶等通透性吊顶,也叫悬空式[1]吊顶,如图1。然而,在自动喷水灭火系统中除开式系统外,所有闭式自动喷水灭火系统中的闭式喷头的安装均受到吊顶形式的影响,常规做法是采用实体面板的吊顶场所一般采用下垂型、吊顶型喷头(即齐平式、嵌入式和隐蔽式喷头),采用通透性吊顶的场所一般采用直立型喷头[2]。但是由于国家相关规范均未明确通透性吊顶的格栅板、网格条等材料的宽高以及孔洞和空隙的大小尺寸,一些通透性吊顶严重影响了直立型喷头的喷水强度和灭火效率,根据高兵等进行的格栅类通透性吊顶对自动喷水灭火系统水量分布影响的实验研究可以看出,格栅会改变洒水喷头的水量分布的均匀性,进而影响其灭火效果[3]。同时,一般商场、市场建筑的吊顶内均布置有大量的空调风管、水管、电缆桥架等障碍物,也严重影响喷头的布局和灭火效果,虽然《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2001(2005年版)第5.0.3条规定:“装设网格、栅板类通透性吊顶的场所,系统的喷水强度应按本规范表5.0.1规定值的1.3倍确定。”,但是仍有很多通透性吊顶即使喷水强度提高1.3倍,由于吊顶内障碍物较多、格栅板较大、网格眼较小等因素,仍然无法满足灭火需要,为此,有的设计人员采用了一种直立型和下垂型喷头联用设计形式(即上下喷式喷头设计形式),如图2。这种设计看似在吊顶平面又增设了一层下垂型喷头,弥补了栅板、网格等障碍物对吊顶内直立型喷头洒水分布均匀性和喷水强度的影响,但是下层喷头能否启动或者何时启动均不得而知,为此需要做进一步验证。
图1通透性吊顶实例
图2上下喷式喷头设计形式示意图
2实验模型
最好的喷头设计形式有效性验证方法是进行全尺寸实体火灾实验,试验所取得的数据最为可信,但是火灾实验各项准备工作较为复杂,周期长,需要较多的经济投入。而采用计算机数值模拟方法与试验研究相比,具有可靠性高、代价低、周期短、信息全的优点,已受到广泛重视。本文采用美国标准技术研究局(NIST)开发的FDS5.5(FireDynamicsSimulator)软件建立实验模型进行模拟。
2.1实验模型参数
对于通透性吊顶应用比较广泛的商场、市场建筑来讲,这类建筑的柱距一般为8~9m,层高一般为3.9~4.5m,吊顶高度一般为3.0~3.3m,楼板厚度约为100mm,板下梁高度和宽度一般为550~650mm和250~300mm。本文实验模型取商场最常见做法,建筑层高为4.2m,柱距为8.0m×8.0m,柱截面取600mm×600mm,楼板厚取100mm,梁高度和宽取0.7m×0.3m,吊顶高度为3.0m,吊顶的格栅为U形钢制格栅,宽高尺寸为5cm×10cm,格栅间距为15cm。模拟面积为商场中一个柱距大小取70.56m2,周边设为敞开空间。
上下喷头选用标准直立型喷头和下垂型喷头,即ZSTZ15-68℃和ZSTX15-68℃,直立或下垂安装,公称口径为15mm,公称动作温度为68℃的闭式喷头,喷头流量系数K=80,响应时间指数RTI=150(m·s)0.5,喷头传导系数C取1.0(m/s)0.5的喷头,指定喷头流量为80L/min。喷头的布置如图3。
图3模型中喷头布置示意图
3火灾场景和设计火灾
3.1火灾场景
为了验证火灾发生时,格栅吊顶对喷头灭火效率的影响以及上下喷头设计能否有效启动,本文设定了五个火灾场景,见表1。
表1火灾场景设计
火灾场景
火源位置
场景条件
一
火源中心位于喷头的正下方
喷头布置采用常规设计,选取直立型喷头,,模拟区不设吊顶
二
火源中心位于喷头的正下方
喷头布置采用常规设计,选取直立型喷头,模拟区设格栅吊顶
三
火源中心位于喷头的正下方,
喷头布置采用上下喷式喷头设计,模拟区设格栅吊顶
四
火源中心位于四个喷头中心位置,
喷头布置采用上下喷式喷头设计,模拟区设格栅吊顶
五
火源
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