水幕保護玻璃安全防火系統有效性的研究

  1、引言

　　鋼化玻璃在建筑中本身可以作為現成的防火分隔物，水膜覆蓋在玻璃表面，可以延長(cháng)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)系統既可以控制火災中煙霧的擴散，又能控制火勢的蔓延，保證人員疏散和財產(chǎn)轉移的安全。

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

　　2.3、變頻泵

　　實(shí)驗中使用的泵的型號為SZ037，粵華牌不銹鋼射流式自吸離心泵，流量為0-3m?/h，揚程為35-12m。通過(guò)調節泵的頻率來(lái)改變噴頭的流量。

　　2.4、油盤(pán)

　　本實(shí)驗采用相應功率的油盤(pán)進(jìn)行燃燒來(lái)控制火災的規模，由于本實(shí)驗模型規模較小，選取尺寸為5X5cm*cm、10X10cm*cm、10X15cm*cm的油盤(pán)。為了不對模型與實(shí)驗室造成污染，故在實(shí)驗中采用了純度為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(xiàn)形，單面水流定向地噴向被保護區域。本實(shí)驗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、溫度測量

　　實(shí)驗用ADAM溫度數據采集系統。玻璃表面一共有7個(gè)溫度測點(diǎn)，1-6號點(diǎn)在溫度背火面，7號點(diǎn)在玻璃向火面，另有測點(diǎn)8設置在火焰上方。

　　3、實(shí)驗步驟

　　（1）連接好裝置，調節水的流量，水達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，逐步調高泵的頻率，當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，當玻璃的兩角基本覆蓋時(shí)頻率為26.37Hz；

　　（3）測流量：用量筒和秒表測量水量和噴水時(shí)間，換算出噴頭的流量，不同頻率分別測量三次后取平均值；上述泵的頻率對應的噴頭流量分別為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)啟溫度采集系統的軟件記錄溫度；

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

　　（6）設置沒(méi)有水幕保護的空白實(shí)驗。

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

　　4、結論

　　在普通玻璃空白實(shí)驗中，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)，上方和側邊發(fā)生明顯的裂痕。從溫度變化的折線(xiàn)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)驗中，玻璃表面最高溫度達到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。

　　從有水幕保護的普通玻璃和鋼化玻璃的正交實(shí)驗中可以得出：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到39.09，鋼化玻璃的最大溫差達到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。

　　從水幕保護的玻璃燃燒實(shí)驗和空白實(shí)驗的對照可以看出：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℃范圍內變化，噴水幕時(shí)維持在27-30℃；水幕對于玻璃具有一定的保護作用，并能降低玻璃表面的溫度。普通玻璃實(shí)驗中，溫度減少的最大百分比可到達51.44％，鋼化玻璃實(shí)驗中溫度減少的最大百分比的達到56.98％，其對于鋼化玻璃的保護效果更加明顯。