前言

中华人民共和国国家标准
消防安全工程指南 第4部分：探测、启动和灭火
Fire safety engineering guide-Part 4：Detection，activation and suppression
（ISO/TR 13387-7：1999，Fire safety engineering-Detection，activation and suppression，MOD）
GB/T 31540.4-2015
发布部门：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会
发布日期：2015年5月15日
实施日期：2015年8月1日

    GB/T 31540《消防安全工程指南》分为以下部分：
    ——第1部分：性能化在设计中的应用；
    ——第2部分：火灾发生、发展及烟气的生成；
    ——第3部分：结构响应和室内火灾的对外蔓延；
    ——第4部分：探测、启动和灭火；
    ……
    本部分为GB/T 31540的第4部分。
    本部分按照GB/T 1.1-2009给出的规则起草。
    本部分使用重新起草法修改采用ISO/TR 13387-7：1999《消防安全工程指南 探测、启动和灭火》。
    本部分与ISO/TR 13387-7：1999相比在结构上有较多调整，附录A中列出了本部分与ISO/TR 13387-7：1999的章条编号对照一览表。
    本部分与ISO/TR 13387-7：1999相比存在技术性差异，这些差异涉及的条款已通过在其外侧页边空白位置的垂直单线（｜）进行了标示，附录B中给出了相应技术性差异及其原因的一览表。
    为了方便使用和符合我国相关标准编写要求，本部分还做了下列编辑性修改：
    ——删除了国际标准的前言，重新起草了前言；
    ——修改了国际标准的引言，将其作为本部分的引言；
    ——将国际标准的“本国际标准”一词改为“本部分”；
    ——将国际标准中某些标点符号修改为符合汉语习惯的标点符号；
    ——删除参考文献；
    ——增加了附录A（资料性附录），给出了本部分与国际标准的章条编号对照情况；
    ——增加了附录B（资料性附录），给出了本部分与国际标准的技术性差异及其原因说明。
    本部分由中华人民共和国公安部提出。
    本部分由全国消防标准化技术委员会建筑消防安全工程分技术委员会（SAC/TC 113/SC 13）归口。
    本部分负责起草单位：公安部四川消防研究所。
    本部分参加起草单位：公安部沈阳消防研究所，北京利达集团有限公司。
    本部分主要起草人：王炯、邓玲、冯小军、梅志斌、张先来、熊筠、涂燕林、卢国建、刘军军、伍萍、王莉平、张晓明。

引言

     建筑物的使用和管理人员通过各类探测装置发现和控制火灾，从而使建筑物达到安全标准，并降低火灾损失。
    本部分采用GB/T 31540.1规定的子系统4对建筑中设置的各种主动灭火设施进行分析和评估。子系统4可用于计算各种火灾探测装置的探测时间、固定灭火装置的动作时间以及其他消防联动控制装置对火灾烟气的响应时间。计算过程中需要使用子系统1、子系统3所设定的火灾场景以及根据设定的火灾场景计算得出的火灾烟气的温度、浓度和流速。
    本部分参照相关消防规范、ISO/TC 21制定的固定灭火系统相关标准，并结合在设定火灾场景中使用这些标准规范时所做的工程判断，评估了不同灭火设施对火灾热释放速率的影响。
    本部分还采用工程方法对子系统4的重要输出结果（探测时间、启动时间和灭火系统性能）进行评估，并详细列出了评估过程中需要考虑的物理和化学过程、评估方法、评估所需信息以及评估结论。

1范围

    GB/T 31540的本部分规定了建筑自动消防设施的工程分析方法，适用于火灾自动报警系统探测时间和自动灭火系统启动时间的计算，以及自动灭火系统效能的评估。
    本部分不考虑人为干预对探测、启动和灭火的影响。

2规范性引用文件

    下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
    GB/T 5907（所有部分）消防词汇
    GB/T 31540.1 消防安全工程指南 第1部分：性能化在设计中的应用（GB/T 31540.1-2015，ISO/TR 13387-1：1999，MOD）
    GB 50084 自动喷水灭火系统设计规范

3术语和定义

    GB/T 5907界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1 启动时间 activation time
    从传感器做出响应到灭火系统、防排烟系统、报警系统或其他防火系统完全动作之前的时间间隔。
3.2 实际喷水强度 actual distribution density；ADD
    喷头喷洒到具有特定热释放速率的可燃物表面的水流速率。
3.3 喷洒口 agent outlet
    喷淋、灭火或控制装置等固定灭火系统的介质输出口位置。
3.4 控制型喷头 control-mode sprinkler
    通过使可燃物变湿润的方式来限制火灾蔓延的一种喷头类型（如普通喷头或喷雾喷头）。
3.5 普通喷头 conventional sprinkler
    使总水量的40％～60％向下喷洒的洒水喷头。
3.6 探测时间 detection time
    从火灾发生到通过自动或手动方式探测到火灾所需的时间。
3.7 预浸湿 prewetting
    水喷淋逐渐浸透或打湿燃料以及燃料周围区域的过程，从而限制火灾的蔓延。
3.8 设计喷水强度 required distribution density；RDD
    喷洒到单位面积的燃料表面上的水流速率。
3.9 喷雾喷头 spray sprinkler
    使总水量的80%～100%向下喷洒的洒水喷头。
3.10 抑制型喷头 suppression-mode sprinkler
    直接将水释放到燃料表面，从而降低火灾热释放速率的一种喷头（如ESFR）。
3.11 细水雾灭火系统 water mist protection system
    向保护对象喷射水雾，产生灭火或防护冷却效果的灭火系统。

4符号和缩略语

    下列符号和缩略语适用于本文件。
    C 传导系数，单位为（m/s）^1/2
    d_gn 平均粒子直径，单位为毫米（mm）
    K 减光系数，单位为负一次方米（m^-1）
    N 粒子数浓度，单位为负三次方米（m^-3）
    T_e 探测器的感应温度，单位为开尔文（K）
    T_ea 探测器的额定动作温度，单位为开尔文（K）
    T_g 火灾时管道截面或探测器附近的环境温度，单位为开尔文（K）
    T_u 测试中的环境空气温度，单位为开尔文（K）
    t_R 探测器的响应时间，单位为秒（s）
    u 火灾时管道截面或探测器附近的气流速度，单位为米每秒（m/s）
    σ_g 粒子直径的标准偏差，单位为毫米（mm）
    CFD 计算流体力学（computational fluid dynamics）
    ESFR 早期抑制快速响应喷头（early suppression fast response）
    HRR 热释放速率（heat release rate），单位为千瓦（kW）
    RTI 响应时间指数（response time index），单位为（m▪s）^1/2

5子系统4的使用说明

5.1 总则

    本章描述的步骤应与GB/T 31540的其他部分一起使用。为了在消防安全设计过程中更全面地使用本部分，本章对子系统4的重要参数和信息流程做了描述（见图1）。
    根据GB/T 31540.1的规定，消防安全设计评估内容由多个子系统组成，本部分为子系统3。消防安全设计评估方法的关键点是确认子系统之间的关联性，并评估子系统之间的转换关系。
    在GB/T 31540.1中，对消防安全设计评估方法的信息处理流程进行了分析说明。信息处理流程包含有总体信息层、评估信息层和信息处理层。
    第一层为总体信息层，包括子系统之间传递的数据和用于进行工程判断的数据，子系统3与总体信息的关联情况见图1。子系统3采用其他子系统的输入数据，同时输出其他子系统所需的数据。图1给出了数据在总体信息系统和子系统3评估的传递关系。
    第二层为评估信息层，描述子系统3的评估对象。子系统3对建筑物系统的热响应和力学响应进行计算和评估，确定火灾是否会发生蔓延。详见本部分第6章。
    第三层为信息处理层，描述子系统3的评估基本过程。图1给出了子系统3的评估流程，第6章对这些流程进行详细说明。

075'>《消防安全工程指南 第4部分：探测、启动和灭火》GB/T 31540.4-2015

 附录C（资料性附录）水喷淋的灭火机理

    水喷淋的灭火效果来自于液相吸热（冷却）、气相惰化和液滴动量的共同作用。发生在燃料表面的液相冷却作用效果通常最为明显。减小喷头响应时间指数（RTI）的取值并缩短喷头与火源间的距离，能够有效减少水喷淋系统在火灾初期的响应时间，从而提高灭火效果。
    根据液滴的吸热作用实现控火的工作机理如下：
    a）水滴在火焰中分散和蒸发，达到冷却火焰的效果；
    b）对火源周围未燃烧的燃料进行预浸湿，从而延缓和削弱燃料的热分解过程；
    c）假设水滴能够到达燃料表面，则对燃料表面产生冷却效果并消除自由基，从而干扰燃烧反应顺序。
    一旦形成了水蒸气，随之产生的气相惰化作用能够减弱火焰的辐射热甚至实现灭火，其工作机理如下：
    a）使火焰温度降低到其临界熄灭温度，并通过水蒸气的稀释作用降低氧气浓度；
    b）生成的大量水蒸气阻挡了氧气供应；
    c）水蒸气吸收辐射热并减少烟微粒的生成，从而阻挡并减弱了辐射热。
    如果水通过喷洒方式作用于火灾，液滴动量与燃烧生成气体间的相互作用机理如下：
    a）阻塞羽流上升，减少火焰预混和区域内的空气供应；由于扩散火焰的浮力作用，在火焰预混和区内生成负压，从而对周围新鲜空气形成卷吸效果；
    b）冷却烟气的增加降低了氧气浓度并稀释了进入火焰预混和区域内的空气，水流对燃烧气体也有抑制作用。
    如果水喷淋系统中动作喷头的作用范围包括整个火焰传播区域并能预浸湿未燃烧的燃料，则能实现火源附近燃料的预浸湿效果。此过程非常复杂，与动作喷头的总作用面积以及水流量和燃料的浸湿程度有关，因此难以在细节上对其进行预测。如果已知动作喷头的作用范围超过了设定的未燃烧区域，并且已知扩散火焰的辐射热量，就能计算出吸收这个辐射热量所需的最小水流量。考虑到可燃物的垂直表面未吸收水流，实际计算时应设置一个2以上的安全系数。

 附录D（资料性附录）定温探测器响应时间的计算方法

    本附录的内容适用于受热启动的灭火/控制装置内的热敏元件，以及受热启动的火灾探测器中已知参数RTI和C取值（或容易确定其取值）的热敏元件。
    将热敏元件看作与探测器其他部分之间相互绝热的质量元，采用以响应时间指数（RTI）和导热系数（C）表达的简单对流传热方程能够获得热敏元件的瞬时温升速率，求解以下传热微分方程关于时间的积分就能获得热敏元件的响应温度T_e：     式（D.1）的其他输入数据包括热敏元件的初始温度（通常是测试过程中的环境空气温度）以及热敏元件附近的环境气体温度和速度随时间变化的分布图。响应时间等于温度计算值达到动作温度所需的时间。
    如要计算探测器在给定安装环境中的响应时间，应首先从探测器的销售方或制造商处获得RTI和参数C在设定条件下的取值。对式（D.1）进行积分计算后，可获得这些参数间的数学关系式（D.2）：     式（D.1）和式（D.2）中：
    RTI——响应时间指数，单位为（m/s）^1/2；
    t_R——探测器的响应时间，单位为秒（s）；
    μ——火灾中管道截面或探测器附近的真实气体速度，单位为米每秒（m/s）；
    T_ea——热敏元件的额定动作温度，单位为开尔文（K）；
    T_g——火灾中管道截面或探测器附近的真实气体温度，单位为开尔文（K）；
    T_u——测试中的环境气体温度，单位为开尔文（K）；
    C——传导系数，单位为（m/s）^1/2；
    T_e——热敏元件的响应温度，单位为开尔文（K）。