水幕保護(hù)玻璃安全防火系統(tǒng)有效性的研究

  1、引言

　　鋼化玻璃在建筑中本身可以作為現(xiàn)成的防火分隔物，水膜覆蓋在玻璃表面，可以延長(zhǎng)鋼化玻璃耐火時(shí)間，降低背火面的溫度和輻射的熱量。整個(gè)系統(tǒng)既可以控制火災(zāi)中煙霧的擴(kuò)散，又能控制火勢(shì)的蔓延，保證人員疏散和財(cái)產(chǎn)轉(zhuǎn)移的安全。

　　2、實(shí)驗(yàn)器材簡(jiǎn)介

　　2.1、燃燒場(chǎng)所

　　燃燒場(chǎng)所為白鐵皮制成的0.5m*0.5m*0.5m的鐵箱，無(wú)底，正面留出一個(gè)槽子用來(lái)插放玻璃，箱子的后面開(kāi)了一個(gè)小門(mén)，用來(lái)流通空氣，方便人員操作。

　　2.2、玻璃

　　實(shí)驗(yàn)采用鋼化玻璃和普通玻璃分別實(shí)驗(yàn)，玻璃的尺寸為0.5m*0.5m。因普通玻璃的常用厚度為5mm，為了形成對(duì)照，同樣選用厚度為5mm的鋼化玻璃。

　　2.3、變頻泵

　　實(shí)驗(yàn)中使用的泵的型號(hào)為SZ037，粵華牌不銹鋼射流式自吸離心泵，流量為0-3m?/h，揚(yáng)程為35-12m。通過(guò)調(diào)節(jié)泵的頻率來(lái)改變噴頭的流量。

　　2.4、油盤(pán)

　　本實(shí)驗(yàn)采用相應(yīng)功率的油盤(pán)進(jìn)行燃燒來(lái)控制火災(zāi)的規(guī)模，由于本實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵?guī)模較小，選取尺寸為5X5cm*cm、10X10cm*cm、10X15cm*cm的油盤(pán)。為了不對(duì)模型與實(shí)驗(yàn)室造成污染，故在實(shí)驗(yàn)中采用了純度為99％的甲醇作為燃料。

　　2.5、噴頭

　　邊墻式噴頭灑水的形狀為半拋物線形，單面水流定向地噴向被保護(hù)區(qū)域。本實(shí)驗(yàn)將其垂直安裝在玻璃上邊的正中點(diǎn)。沒(méi)有擋板的方向朝向玻璃，使得水能覆蓋玻璃。

　　2.6、溫度測(cè)量

　　實(shí)驗(yàn)用ADAM溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。玻璃表面一共有7個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，1-6號(hào)點(diǎn)在溫度背火面，7號(hào)點(diǎn)在玻璃向火面，另有測(cè)點(diǎn)8設(shè)置在火焰上方。

　　3、實(shí)驗(yàn)步驟

　　（1）連接好裝置，調(diào)節(jié)水的流量，水達(dá)到覆蓋玻璃下角的臨界狀態(tài)時(shí)泵的頻率為19.14Hz；

　　（2）選取變量油盤(pán)、流量；油盤(pán)按尺寸大小分為小、中、大三種，逐步調(diào)高泵的頻率，當(dāng)水能完全覆蓋到玻璃中上方時(shí)頻率為23.01Hz，此時(shí)玻璃的角落有部分沒(méi)有被水覆蓋到，當(dāng)玻璃的兩角基本覆蓋時(shí)頻率為26.37Hz；

　　（3）測(cè)流量：用量筒和秒表測(cè)量水量和噴水時(shí)間，換算出噴頭的流量，不同頻率分別測(cè)量三次后取平均值；上述泵的頻率對(duì)應(yīng)的噴頭流量分別為286.72ml/s，385.50ml/s，449.78ml/s；

　　（4）在油盤(pán)中倒入100ml甲醇，放入燃燒鐵箱中心處，點(diǎn)燃油盤(pán)后開(kāi)啟噴頭，開(kāi)啟溫度采集系統(tǒng)的軟件記錄溫度；

　　（5）依據(jù)正交實(shí)驗(yàn)表，并分別用普通玻璃和鋼化玻璃進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)都按第6步進(jìn)行，直到9次實(shí)驗(yàn)完成；

　　（6）設(shè)置沒(méi)有水幕保護(hù)的空白實(shí)驗(yàn)。

　　由表可見(jiàn)較佳的水平條件為：小油盤(pán)，流量449.78ml/s。

　　由于玻璃表面溫度測(cè)點(diǎn)分布很接近，故下表中溫度測(cè)點(diǎn)1-6由玻璃表面的平均溫度來(lái)表示。

　　4、結(jié)論

　　在普通玻璃空白實(shí)驗(yàn)中，使用中油盤(pán)時(shí)，玻璃在燃燒了260s后，上方發(fā)生破裂。使用大油盤(pán)時(shí)，玻璃在燃燒進(jìn)行到150s時(shí)，上方和側(cè)邊發(fā)生明顯的裂痕。從溫度變化的折線圖中可以讀出，普通玻璃在溫度大約為220℃時(shí)會(huì)發(fā)生破裂；在鋼化玻璃空白實(shí)驗(yàn)中，玻璃表面最高溫度達(dá)到281.59℃并沒(méi)有破裂。說(shuō)明普通玻璃比鋼化玻璃在高溫下易碎。

　　從有水幕保護(hù)的普通玻璃和鋼化玻璃的正交實(shí)驗(yàn)中可以得出：普通玻璃和鋼化玻璃都沒(méi)有破碎，普通玻璃的最大溫差達(dá)到39.09，鋼化玻璃的最大溫差達(dá)到37.07℃。鋼化玻璃的溫度分布更加均勻，耐火性能更好；噴頭流量越大，玻璃的溫度減少的百分率越大，但增大的速率減小；鋼化玻璃的背火面和向火面的溫差更大，溫度變化速度更慢。

　　從水幕保護(hù)的玻璃燃燒實(shí)驗(yàn)和空白實(shí)驗(yàn)的對(duì)照可以看出：未噴水幕時(shí)，普通玻璃外表面溫度在34-49℃范圍內(nèi)變化，噴水幕時(shí)維持在28-30℃；未噴水幕時(shí)，鋼化玻璃外表面溫度在32-65℃范圍內(nèi)變化，噴水幕時(shí)維持在27-30℃；水幕對(duì)于玻璃具有一定的保護(hù)作用，并能降低玻璃表面的溫度。普通玻璃實(shí)驗(yàn)中，溫度減少的最大百分比可到達(dá)51.44％，鋼化玻璃實(shí)驗(yàn)中溫度減少的最大百分比的達(dá)到56.98％，其對(duì)于鋼化玻璃的保護(hù)效果更加明顯。