水幕保护玻璃安全防火系统有效性的研究

  1、引言

　　钢化玻璃在建筑中本身可以作为现成的防火分隔物，水膜覆盖在玻璃表面，可以延长钢化玻璃耐火时间，降低背火面的温度和辐射的热量。整个系统既可以控制火灾中烟雾的扩散，又能控制火势的蔓延，保证人员疏散和财产转移的安全。

　　2、实验器材简介

　　2.1、燃烧场所

　　燃烧场所为白铁皮制成的0.5m*0.5m*0.5m的铁箱，无底，正面留出一个槽子用来插放玻璃，箱子的后面开了一个小门，用来流通空气，方便人员操作。

　　2.2、玻璃

　　实验采用钢化玻璃和普通玻璃分别实验，玻璃的尺寸为0.5m*0.5m。因普通玻璃的常用厚度为5mm，为了形成对照，同样选用厚度为5mm的钢化玻璃。

　　2.3、变频泵

　　实验中使用的泵的型号为SZ037，粤华牌不锈钢射流式自吸离心泵，流量为0-3m?/h，扬程为35-12m。通过调节泵的频率来改变喷头的流量。

　　2.4、油盘

　　本实验采用相应功率的油盘进行燃烧来控制火灾的规模，由于本实验模型规模较小，选取尺寸为5X5cm*cm、10X10cm*cm、10X15cm*cm的油盘。为了不对模型与实验室造成污染，故在实验中采用了纯度为99％的甲醇作为燃料。

　　2.5、喷头

　　边墙式喷头洒水的形状为半抛物线形，单面水流定向地喷向被保护区域。本实验将其垂直安装在玻璃上边的正中点。没有挡板的方向朝向玻璃，使得水能覆盖玻璃。

　　2.6、温度测量

　　实验用ADAM温度数据采集系统。玻璃表面一共有7个温度测点，1-6号点在温度背火面，7号点在玻璃向火面，另有测点8设置在火焰上方。

　　3、实验步骤

　　（1）连接好装置，调节水的流量，水达到覆盖玻璃下角的临界状态时泵的频率为19.14Hz；

　　（2）选取变量油盘、流量；油盘按尺寸大小分为小、中、大三种，逐步调高泵的频率，当水能完全覆盖到玻璃中上方时频率为23.01Hz，此时玻璃的角落有部分没有被水覆盖到，当玻璃的两角基本覆盖时频率为26.37Hz；

　　（3）测流量：用量筒和秒表测量水量和喷水时间，换算出喷头的流量，不同频率分别测量三次后取平均值；上述泵的频率对应的喷头流量分别为286.72ml/s，385.50ml/s，449.78ml/s；

　　（4）在油盘中倒入100ml甲醇，放入燃烧铁箱中心处，点燃油盘后开启喷头，开启温度采集系统的软件记录温度；

　　（5）依据正交实验表，并分别用普通玻璃和钢化玻璃进行实验，每次实验都按第6步进行，直到9次实验完成；

　　（6）设置没有水幕保护的空白实验。

　　由表可见较佳的水平条件为：小油盘，流量449.78ml/s。

　　由于玻璃表面温度测点分布很接近，故下表中温度测点1-6由玻璃表面的平均温度来表示。

　　4、结论

　　在普通玻璃空白实验中，使用中油盘时，玻璃在燃烧了260s后，上方发生破裂。使用大油盘时，玻璃在燃烧进行到150s时，上方和侧边发生明显的裂痕。从温度变化的折线图中可以读出，普通玻璃在温度大约为220℃时会发生破裂；在钢化玻璃空白实验中，玻璃表面最高温度达到281.59℃并没有破裂。说明普通玻璃比钢化玻璃在高温下易碎。

　　从有水幕保护的普通玻璃和钢化玻璃的正交实验中可以得出：普通玻璃和钢化玻璃都没有破碎，普通玻璃的最大温差达到39.09，钢化玻璃的最大温差达到37.07℃。钢化玻璃的温度分布更加均匀，耐火性能更好；喷头流量越大，玻璃的温度减少的百分率越大，但增大的速率减小；钢化玻璃的背火面和向火面的温差更大，温度变化速度更慢。

　　从水幕保护的玻璃燃烧实验和空白实验的对照可以看出：未喷水幕时，普通玻璃外表面温度在34-49℃范围内变化，喷水幕时维持在28-30℃；未喷水幕时，钢化玻璃外表面温度在32-65℃范围内变化，喷水幕时维持在27-30℃；水幕对于玻璃具有一定的保护作用，并能降低玻璃表面的温度。普通玻璃实验中，温度减少的最大百分比可到达51.44％，钢化玻璃实验中温度减少的最大百分比的达到56.98％，其对于钢化玻璃的保护效果更加明显。