对某大型仓库喷淋系统的设置优化分析
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对某大型仓库喷淋系统的设置优化分析
曹
奇１，王
辉１’２
（１．苏州市消防支队，江苏苏州２１５０００；２．西安建筑科技大学建筑学院，陕西西安７１００５５）
擅要：采用ＦＤＳ模拟软件对仓库火灾发展的运动过程进行模拟。利用计算机求解火灾过程中状态参数的空间分布及其随时间变化趋势。主要研究该仓库在无喷淋系统、喷淋系统正常运行、干式预作用喷淋灭火系统三种情况下的烟气、火灾蔓延和热释放速率结果对比分析，为电子类产品仓库自动灭火系
统设计提出相应的解决方案
关键词：仓库；喷淋系统；数值模拟
中图分类号：Ｘ９２４．４，ＴＵ２４９，ＴＵ８９
文献标志码：Ｂ
文章编号：１００９—００２９（２００８）１２—０８９５～０３
２００５年以来，苏州市共发生物资仓储场所火灾５１５起。经济损失达１７００万余元。２００６年２月２６日１５时５７分，某电子厂房内电子半成品仓库发生火灾，消防队救援力量于１６时０６分赶到现场，到达后仓库内浓烟滚滚，进入全面燃烧阶段，经过消防队（先后调派９辆消防车、４３名官兵赶赴现场扑救）全力扑救，于当日２１时扑灭，火灾造成较大经济损失。通过此案例可以看出。
Ｆｉｒｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆａｃｅｔｙｌｅｎｅ
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Ｍｏｎｇｏｌｉａ
ＹＩＬＩ
ＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＣＯ．，ＬＴＤ．
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作者简介：庞集华（１９７７一），男，内蒙古乌兰察布人，内蒙古自治区消防总队建审处工程师，硕士，主要从事工业及民用建筑审核、安全检查及验收工作，内蒙古呼和浩特市回民区新华桥北街１６号，０１００５０。
收稿日期：２００８一０７—２５
港防科学与技术２００８年１２月第２７卷第１２期
万方数据
仓库的安全问题尤为突出和重要。但许多电子厂商不愿意在厂房内安装自动水喷淋系统，担心安装喷淋系统后，一旦发生误喷或泄漏的情况会给厂家造成巨大的经济损失。
笔者以该电子厂房火灾为例，用数值模拟的方法模拟了此次火灾的发展过程，并假设湿式自动喷淋系
统动作之后火灾发展的过程，并针对湿式自动喷淋的不足，提出了电子类仓库宜采用预作用系统进行保护，并就其灭火效果进行了深入的探讨，为今后电子类仓
库的自动喷水灭火系统设计提供了理论依据。１工程概况及场景设计
模拟发生火灾建筑是一座三层高的钢筋混凝土结构建筑物，建筑面积为３７
８８０
ｍ２，高２０．５ｍ，一级耐火
等级，作为车间、办公楼、仓库使用。建筑内安装了消火栓系统、火灾报警系统，并且配备了灭火器。起火仓库分为电子仓库和塑胶仓库，其面积分别为２４６．４
ｍ２、
２０３０
ｍ２，二者之间进行了简单分隔，发生火灾时该仓
库内堆积了大量的手机半成品和ＩＣ料等电子产品。２仓库火灾场景设计２．１．参数设置
参数设置包括空间环境温度、建筑内物品的燃烧特性类型、灭火系统的影响、烟气性质、障碍物的影响（如挡烟垂壁）、模拟时间、网格划分（计算精确度）、测
量的数据的类型及位置（数据采集）、设计火灾。
（１）物性参数。物性参数的设定参考美国国家标准与技术研究所（Ｎａｔｉｏｎａｌ
ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｔａｎｄａｒｄｓａｎｄ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）的物性参数数据库，货物参考的是塑料物性参数：点燃温度为３７０℃，燃烧热为４００００
ｋＪ／ｋｇ，燃
烧时的热释放速率为５００ｋｗ／ｍ２；墙壁材料参考的是
混凝土物性参数：热导率为０．８８。
（２）水喷淋参数。快速响应早期抑制喷头，喷头工
作压力０．３４ＭＰａ，响应时间指数ＲＴＩ为２８。喷头间距为３．３
ｍ。
２．２仓库火灾发展的场模拟
场模拟能细致描述火灾中的燃烧、流动和传热过程，是研究火灾过程的重要方法。ＦＤＳ（Ｆｉｒｅ
Ｄｙｎａｍｉｃｓ
Ｓｉｍｕｌａｔｏｒ）是ＮＩＳＴ开发的一种燃烧过程中流体流动的场模拟软件，主要用于分析火灾中烟气与热的运动
８９５
过程。笔者针对设定的一个火灾场景和确定的参数，采用ＦＤＳ４．０６软件对仓库的烟气流动、火灾发展趋势进行数值模拟。
场模拟首先要细化整个计算空间，由于仓库的空间非常大，而着火区域相对来说很小，计算时既要考虑到运算时间不能太长，又要真实地反映出着火区域的状态，为此，采取了如下的网格划分方式：网格划分为
０．５
ｍ的立方体网格，在火源附近区域加密网格，网格
划分为０．２５ｍ×０．２５ｍ×０．１ｍ的长方体网格。总网
格数量为１
８２６
６９６个。图１给出了仓库场景示意图。图
２至图７分别给出了３种情形下的火势蔓延和温度分布情况。
图１
仓库火灾场景示意图
图２仓库无水喷淋系统时的火蔓延横截面图（５１８Ｓ）
图３仓库无水喷淋系统时的温度分布横截面图（５１８ｓ）
８９６
万方数据
圈４安装湿式自动喷淋系统仓库烟粒子浓度分布图‘１３５８’
圈５安装湿式自动喷淋系统仓库温度场分布截面图（２００ｓ）
图６安装预作用喷淋系统火势蔓延横截面图（３７０
ｓ）
图７安装预作用喷淋系统温度场分布截面图（４５０
ｓ）
从图２和图３可以看出，在无喷淋系统情况下，火Ｓ时已有大约４００ｍ２区域温度超０００
ｍ２区
ＦｉｒｅＳｃｉｅｎｃｅａｎｄ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ２００８，Ｖｏｌ
２７?Ｎｏ．１
２
灾很快进入轰燃阶段，过火面积迅速增大，且顶棚烟气温度迅速升高，５１８过６００℃，烟气充满整个仓库，仓库内大量１
域内的货物已经被引燃，模拟结果与消防队接警后９
ｍｉｎ到达现场、仓库已进入全面燃烧阶段的实际情况相符。从图４和图５可以看出，仓库湿式自动喷淋系统正常启动的情况下，火势得到了很大程度的抑制，火灾被扑灭在初期阶段，顶棚烟气温度较低，不会对人员和货物设施产生较大影响。从图６和图７可以看出，仓库预作用自动喷淋灭火系统正常启动的情况下，并假设充水时间为３６０ｓ，火灾发生后３６０Ｓ水喷淋灭火系统启动，约４５０８火灾被扑灭。由于水喷淋的延迟启动，火灾被扑灭在中期阶段，顶棚烟气温度约为１１０℃，对人员和货物设施产生的高温危害较为严重，但是过火面积仅为无喷淋系统情况的１／８，损失较小。
经对实验数据分析可以看出，在无喷淋系统情况下，火灾发展最大热释放速率为１２０Ｍｗ。因此，在该仓库中，若无喷淋灭火系统，则着火时火灾规模持续迅速扩大，直至发展到轰燃的猛烈阶段，对仓库造成极其严重的损坏。喷淋启动的情况下，仓库火势得到了很大抑制，火灾最大热释放速率为２ＭＷ，喷淋的及时启动阻止了火灾规模的进一步发展，并可以迅速灭火。在预作用喷淋系统的控制下，仓库火灾最大热释放速率为
２５
Ｍｗ，水喷淋启动的延迟使得火灾规模扩大，但启
动后９０Ｓ火灾被扑灭可以避免火灾规模继续发展到轰燃的猛烈阶段，对控制火势具有显著作用。２．３讨论与分析
仓库大多采取货架堆放形式，一旦火灾发生在低位货架，或者是双排货架和多排货架的中间，烟气由于货架和货物的阻挡，到达屋面层的时间较长，感烟探测器很难准确地探测到火灾烟气，尤其是在我国关于仓库场所自动喷淋系统的选型没有做出明确规定的情况下，设置可靠的、误报率低的自动喷水灭火系统，实现全保护是仓库消防设施设计的关键。
通过对比三种情况可以看出，自动喷水灭火系统无法动作或未安装情况下，仓库火灾火势发展非常迅速，规模可能达到１２０ＭＷ，并且快速地进入充分燃烧阶段。这样的情况下，火灾会随着热烟气的流动蔓延到整个仓间甚至全部仓库；安装喷淋系统并且正常启动的情况下，热释放速率较低，最大仅有２Ｍｗ，并且过火面积较小，对遏制火灾损失具有较明显的效果；安装预作用喷淋系统情况下，尽管过火面积和热释放速率较安装喷淋系统情形下要大，但比无喷淋系统情况下要小得多，尤其是喷淋系统启动后９０Ｓ火灾被扑灭可以避免火灾继续发展到轰燃的猛烈阶段，对控制火势具有显著作用，并且未造成较大的经济财产损失。３结论和建议
（１）对于高附加值的电子类仓库，如果不安装自动
消防科学与技术２００８年１２月第２７卷第１２期
万方数据
喷水灭火系统，一旦发生火灾损失将会十分严重。从该电子仓库火灾案例来看，火灾发生１０ｍｉｎ左右，火灾已经进入充分燃烧阶段，消防队尽管及时赶到，但是较大的经济财产损失已经无法避免。
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