集热罩补偿与顶棚超距应用效果试验研究

■ 许晓晴 姜知博 田 宏

集热罩补偿与顶棚超距应用效果试验研究

■ 许晓晴 姜知博 田 宏

搭建集热挡水板补偿顶棚超距试验平台，实验研究喷头溅水盘距顶棚一定高度时不同火源功率及火源位置对集热罩的集热效果的影响规律。共设计了16种试验工况，比较同一集热罩各点处（集热罩内、外、上）温度变化规律。结果表明，当火源位于集热罩正下方时，集热罩内温度几乎相同，温度均高于集热罩上部及集热罩外部的温度，集热效果明显，能够补偿顶棚超距的作用，集热罩的集热效果随火源功率的增加而愈加明显。当火源不在正下方时，集热罩集热效果基本失效，还会在一定程度上影响集热罩内热量的积累，进而影响喷头动作。

集热挡水板；顶棚超距；集热效果

0 引 言

集热挡水板简称集热罩，具有一定蓄烟能力，并减弱上方喷水对集热罩内喷头启动影响的金属罩，该装置一般制成边缘略微弯曲的正方形或圆形，其平面面积不宜小于0.12m2。在《自动喷水灭火系统设计规范》GB 50084—2001（2005版）中要求货架内喷头上方如有孔洞、缝隙，应在喷头的上方设置集热挡水板。集热挡水板应为正方形或圆形金属板，其平面面积不宜小于0.12m2，周围弯边的下沿，宜与喷头的溅水盘平齐；通风管道、成排布置的管道、桥架等障碍物的宽度大于1.2m 时，其下方应增设喷头。增设喷头的上方如有缝隙时应设集热板。沈阳市铁西区星摩尔商场地下车库和三楼电影院及连廊处安装了集热挡水板，图1、图2和图3都是在宽度大于1.2m的成排布置管道处设置集热挡水板，图4是由于自喷喷头距离顶板高度超过规范规定，为了补偿喷头距顶板距离太大而设置集热挡水板。集热挡水板主要材料是镀锌钢板，不锈钢和塑料板。

图1 电影院集热罩

图2 地下车库集热罩

图3 地下车库集热罩

图4 连廊处集热罩

实际工程中，在不能保证喷头溅水盘离屋面板的距离符合规范和产品要求时, 就在喷头上增加一块面积不小于0.12m2的集热挡水板, 是常见的工程做法。施工中喷头安装要避开障碍物, 设计和安装有时确实不易, 增加集热挡水板的做法, 使设计人员和施工人员的工作大大简化。但通过理论分析来看，集热挡水板的集热效果不明显，当火源不是发生在集热挡水板正下方时，烟气向上上升，不易进入集热挡水板范围，甚至无可能进入该范围，所以较小的集热挡水板会引起“死”的气流空间, 反而会降低探测器的动作灵敏度，导致系统不能及时动作。冯小军等人通过实体试验，对自喷系统中的集热挡水板在大空间场所的作用机理进行研究。针对不同尺寸集热挡水板安装在不同高度及不同火源情况下进行了试验，并与按照正常情况安装喷头进行对比实验。张文华、罗军等人通过实体燃烧试验，研究了面积不同的集热挡水板在车库自喷使用时对系统喷头动作的效果。葛晓霞通过设置不同的试验场景，对比同一水平集热罩内、外和顶棚处烟气的温度，研究火源位置、安装高度对集热罩集热效果的影响。

目前针对小功率火源集热罩集热效果的影响规律方面的研究极少。本文研究了在小功率火源的条件下，不同火源功率时集热罩补偿集热效果以及当喷头与顶棚的距离超出规范要求，火源在不同位置时对集热罩补偿高度以及集热效果的影响。这对自动喷水灭火系统对初期火灾的抑制效果有很大的意义。

1 试验系统

1.1 试验装置及测试系统场所

试验室空间场所为5m×4m×3.2m的玻璃房，玻璃房内部安装了湿式自动喷水灭火系统，喷头设置间距为3.6m。

试验室玻璃房外水平地面上设有2m3水箱和水泵，水管从玻璃房顶端3.2m位置接入，根据实验要求，设置高度可调的喷头，同时设有试验控制装置和电偶及数据采集器的数据采集系统，可满足试验需要。试验器材有：湿式自动喷水灭火系统，喷头、集热挡水板（DN 300）、油盘2只、卷尺、秒表、自喷喷头（感温原件是玻璃泡，玻璃泡的动作温度68 ℃）若干、电偶4只、（R=25cm、R=60cm）、0号柴油若干、无水乙醇。

在实验室中选取某个自喷喷头作为测试点，集热罩安装在喷头处，电偶测点安装在集热罩内2只，分别距喷头4cm和10cm，集热罩外1只，距喷头16cm，集热罩上1只，距喷头垂直距离4cm，集热罩内外喷头在同一水平位置上，保证测量数据的准确性。将集热罩到地面的距离设为H，将火源的水平位置设为L，试验平台设计方案如图5。

图5 试验平台

1.2 试验工况

研究喷头距顶板的距离、火源位置及火源功率大小对集热罩集热效果的影响。由于喷头的设置间距为3.6m，所以火源位置除了选择在喷头正下方之外，另选择2个具有代表性的位置，在2个喷头中间位置，距喷头投影位置1.8m，以及靠近其中一只喷头的位置，距喷头投影0.9m。喷头的安装位置是距顶棚55cm，距地面高度2.65m，除此高度外，另选择2个高度，为了达到试验的效果并满足现实生活中的实际喷头安装条件，选择20cm为一个跨度，距顶棚距离分别为75cm和95cm。保证其他试验条件一致，试验工况见表1。

表1 试验工况

2 试验研究

2.1 不同火源功率下集热罩集热效果

在自喷喷头与顶板的距离超过规范规定的距离时，不同火源功率下，对集热罩的集热效果进行研究，控制其他变量不变，通过将温度测点反应出来的数据，处理成图像，对比曲线峰值及斜率变化并分析其在不同工况下所表现出的性能。

2.1.1 火源功率200ml下集热罩集热效果

对工况1和工况2做对比分析，分别是无集热罩和有集热罩时，200ml的0号柴油在喷头正下方中心位置，喷头安装高度距顶棚55cm，距地面2.65m。图6和图7分别是无集热罩和有集热罩时各位置处电偶的温度变化曲线。

图6 工况1分析

图7 工况2分析

根据图6可知，当无集热罩时，温度最高的曲线是集热罩上部电偶的温度变化曲线，峰值达到43℃，集热罩内的2只电偶的温度变化曲线基本重合，温度峰值为37℃，集热罩外电偶温度最低，峰值为35℃。根据图7分析可知，有集热罩时，温度最高的曲线出现在集热罩内的2只电偶，集热罩内电偶1、2温度峰值分别为34℃和35℃，集热罩外电偶温度达到30℃，集热罩上温度在20℃左右，并且比较平稳。

图8 工况1、2罩上电偶

图9 工况1、2罩内电偶1

图10 工况1、2罩内电偶2

图11 工况1、2罩外电偶

图8～图11分别是集热罩上、集热罩内1、集热罩内2和集热罩外4个电偶测点在有、无集热罩时的温度变化曲线。由图8可知，装有集热罩时，集热罩上部的温度明显高于无集热罩时，具有将烟气聚集在集热罩内的效果。从图9和图10内2条曲线对比可知，装有集热罩时，集热罩内温度变化曲线斜率明显比无集热罩高，但温度峰值略低，温差在5 ℃以内，加快了温度的积累，但是温度峰值较低。通过以上对比来看，有无集热罩对集热罩上电偶影响很大，集热罩确实将烟气挡在了集热罩内，防止烟气继续向上蔓延，聚集了热量。集热罩内2只电偶的对比表现出有集热罩时烟气温度的增长速度高于无集热罩时，但是无集热罩时的温度峰值略高于有集热罩时。

综合以上分析，集热罩有一定将烟气和温度聚集的作用，但并没有达到加快喷头动作的效果，所以此种工况下集热罩的集热效果并不明显。

2.1.2 火源功率400ml下集热罩集热效果

对工况3和工况4做对比分析，分别是无集热罩和有集热罩时，400ml的0号柴油在喷头正下方中心位置，喷头安装高度距顶棚55cm，距地面2.65m。图12和图13分别是无集热罩和有集热罩时各位置处电偶的温度变化曲线。

图12 工况3分析

图13 工况4分析

根据图12中4条曲线对比分析，无集热罩时，温度最高的曲线是集热罩上电偶的温度变化曲线，峰值达到52 ℃，集热罩内的2只电偶温度变化曲线基本重合，电偶2温度在300s之后略高于电偶1，但是温差在1 ℃左右，温度峰值为46 ℃，集热罩外电偶温度最低，温度变化曲线接近集热罩内电偶，峰值为42 ℃。根据图13中4条曲线对比分析，有集热罩时，温度最高的曲线出现在集热罩内的2只电偶，且2条温度曲线基本重合，集热罩内电偶1、2温度峰值52 ℃，集热罩外电偶温度峰值达到50 ℃，而且集热罩内温度变化曲线斜率大于集热罩外电偶，集热罩上温度在32 ℃左右，并且温度增长缓慢。有集热罩时，集热罩内电偶的温度明显高于集热罩上，与无集热罩时的情况正好相反，表现出一定的集热能力。

图14 工况3、4罩上电偶

图15 工况3、4罩内电偶1

图16 工况3、4罩内电偶2

图17 工况3、4罩外电偶

图14～图17分别是集热罩上、集热罩内1、集热罩内2和集热罩外4个电偶测点在有无集热罩时的温度变化曲线对比。从图14可知有集热罩时集热罩上的电偶温度明显高于无集热罩时。根据图15和图16所示，有集热罩时集热罩内的2只电偶温度变化曲线斜率明显高于没有集热罩的时候，温度增长的更快，能达到加快喷头动作的效果，温度峰值有集热罩时比无集热罩时也要高出6 ℃左右，集热效果也更为明显。通过以上对比来看，有无集热罩对集热罩上电偶温度变化影响很大，集热罩确实将烟气挡在了集热罩内，防止烟气继续向上蔓延，聚集了热量。集热罩内2只电偶的对比表现出有集热罩时烟气温度的增长速度高于无集热罩时，并且有集热罩时的温度峰值高于无集热罩时。

综合以上分析，集热罩有将烟气和温度聚集的作用，加快了温度的增长速度，有加快喷头的动作时间的效果，此种工况下集热罩的集热效果比较明显。

2.1.3 火源功率600ml下集热罩集热效果

对工况5和工况6做对比分析，分别是无集热罩和有集热罩时，600ml的0号柴油在喷头正下方中心位置，喷头安装高度距顶棚55cm，距地面2.65m。图18和图19分别是无集热罩和有集热罩时各位置处电偶的温度变化曲线。

图18 工况5分析

图19 工况6分析

根据图18中的4条曲线对比分析，无集热罩时，温度达到最高的曲线依然是集热罩上电偶的温度变化曲线，峰值达到57℃，集热罩内的电偶2温度略高于电偶1，电偶1温度峰值达到45℃，电偶2温度峰值为47℃，集热罩外电偶温度变化曲线接近集热罩内电偶，峰值为45℃。根据图19中4条曲线对比分析，有集热罩时，温度最高的曲线出现在集热罩内的2只电偶，且2条温度曲线基本重合，集热罩内电偶1、电偶2温度峰值52 ℃，集热罩外电偶温度曲线在500s之前斜率小于集热罩内2只电偶的斜率，但是在500s之后温度逐渐达到峰值并且与集热罩内2只电偶重合达到峰值52 ℃，集热罩上温度峰值在41 ℃左右，并且温度增长缓慢。

图20 工况5、6罩内电偶1

图21 工况5、6罩上电偶

图22 工况5、6罩内电偶2

图23 工况5、6罩外电偶

图20～23分别是集热罩上、集热罩内1、集热罩内2和集热罩外4个电偶测点在有无集热罩时的温度变化曲线对比。根据图20曲线变化可知，有集热罩时集热罩上方的电偶温度明显高于无集热罩时。从图21和图22可知，有集热罩时集热罩内的2只电偶温度变化曲线斜率高于没有集热罩的时候，温度增长的比较快，能达到加快喷头动作的效果，温度峰值有集热罩时比无集热罩时也要高出5～7℃，集热效果比较明显。通过以上对比来看，有无集热罩对集热罩上电偶温度变化影响很大，集热罩聚集了一部分烟气，防止烟气继续向上蔓延，聚集了热量。集热罩内2只电偶的对比表现出有集热罩时烟气温度的增长速度高于无集热罩时，并且有集热罩时的温度峰值高于无集热罩时。

综合以上分析，集热罩有将烟气和温度聚集的作用，加快了温度的增长速度，有加快喷头的动作时间的效果，此种工况下集热罩的集热效果比较明显。

2.1.4 不同火源功率下相同电偶位置温度

图24 集热罩内电偶在不同火源功率下的对比

根据图24可知，在火源功率不同的条件下，有集热罩时的电偶温度变化曲线斜率都大于没有集热罩的时候，但是在火源功率200ml时，有集热罩时集热罩内电偶的温度低于无集热罩时，在火源功率400ml和600ml时，有集热罩时集热罩内温度明显高于无集热罩时。以上对比表明，当火源功率较小时，集热效果比较弱，随着功率的逐渐增大集热效果也越来越明显。

图25 集热罩上方电偶在不同火源功率下的对比

根据图25可知，在火源功率不同的条件下，有集热罩时，集热罩上方的电偶温度变化曲线均低于无集热罩时，而且温度差距很大。从斜率的角度看，有集热罩时集热罩上方电偶温度增长缓慢，有较为明显的挡烟集热效果。

2.1.5 试验结论

1）集热罩内各点处温度基本相同，整个集热罩范围内都能表现出集热效果。

2）在火源位于集热罩正下方补偿距离为55cm时，随着火源功率的增加，集热罩的挡烟集热效果逐渐增强，温升速率和峰值都高于无集热罩时，能够达到加快喷头动作的效果。

2.2 不同火源位置集热罩的集热效果

在工程的实际应用中，按照《自动喷水灭火系统设计规范》GB 50084—2001（2005版）上规定，喷头的布置间距应按照规范要求，而集热挡水板应布置在喷头上方，两个集热挡水板之间有一定的布置间距，其作用能否得到发挥，有待通过实验进行研究。根据火灾发生时的烟气流动过程，由于温度较高，单位体积内密度较小，烟气首先从火源位置处，垂直向上运动形成烟羽流，在遇到顶棚后改变运动方向，沿顶棚流动形成顶棚流，并伴有一定的能量损失，由于能量损失，烟气的温度下降，单位体积内密度增大，质量增大，所以从顶棚处向下反射形成反射流。当火源位置不在喷头的正下方时，集热罩是否会阻挡反射流的温度影响喷头正常动作，亟待通过实验去验证。

2.2.1 距顶棚55cm，火源位于中心位置集热效果

对工况3和工况4做对比分析，分别是无集热罩和有集热罩时，400ml的0号柴油在喷头正下方中心位置，喷头安装高度距顶棚55cm，距地面2.65m（详见图12、图13）。

从图14～图17对比来看，有无集热罩对集热罩上电偶温度变化影响很大，集热罩确实将烟气挡在了集热罩内，防止烟气继续向上蔓延，聚集了热量。集热罩内2只电偶的对比表现出有集热罩时烟气温度的增长速度高于无集热罩时，并且有集热罩时的温度峰值高于无集热罩时。

集热罩有将烟气和温度聚集的作用，加快了温度的增长速度，有加快喷头的动作时间的效果，此种工况下集热罩的集热效果比较明显。

2.2.2 距顶棚55cm，火源距中心位置0.9m集热效果

对工况7和工况8做对比分析，分别是无集热罩和有集热罩时，400ml的0号柴油在喷头正下方中心位置0.9m处，喷头安装高度距顶棚55cm，距地面2.65m。图26和图27分别是无集热罩和有集热罩时各位置处电偶的温度变化曲线。

图26 工况7分析

图27 工况8分析

根据图26的4条曲线对比分析，无集热罩时，集热罩上电偶温度最高，温度峰值可达到37 ℃，集热罩内2只电偶温度与集热罩上电偶温度几乎相同，曲线也基本重合，温度峰值分别为38 ℃和37 ℃，集热罩外电偶与其他3条曲线也大致一样，温度峰值可达到37 ℃，各曲线基本重合。根据图27的4条曲线对比分析，有集热罩时，各点温度变化曲线与无集热罩时不同，温度最高是集热罩内电偶1位置处的温度变化曲线，其峰值可达到39 ℃，其次是集热罩内电偶2，温度峰值达到38 ℃，集热罩外温度曲线峰值也达到38 ℃，但是温度上升速率比集热罩内曲线略小，集热罩上电偶处温度最低，温度峰值达到36 ℃，集热罩内2只电偶温度变化曲线的斜率略高于集热罩外电偶处的温度变化曲线，有一定的集热效果。

图28 工况7、8罩内电偶1

图29 工况7、8罩上电偶

图30 工况7、8罩内电偶2

图31 工况7、8罩外电偶

图28～图31分别是集热罩上、集热罩内1、集热罩内2和集热罩外4个电偶测点在有无集热罩时的温度变化曲线对比。从图29和图30不难看出，集热罩内电偶处有集热罩时曲线峰值略高于无集热罩时，集热罩内电偶1、2测点处温差均为1℃，温度差距并不大。从曲线斜率的角度对比来看，有集热罩时集热罩内的曲线斜率略高于无集热罩时，温度上升的稍快一些，但是差别并不大，所以可以在一定程度上加快喷头动作的效果。

综合以上分析，当火源位置在距喷头正下方0.9m时，集热罩没有明显的将烟气和温度聚集的作用，温度的增长速度变化也不大，没有达到加快喷头的动作的效果，此种工况下集热罩的集热效果并不明显。

2.2.3 距顶板55cm，火源距中心位置1.8m集热效果

对工况9和工况10做对比分析，分别是无集热罩和有集热罩时，400ml的0号柴油在喷头正下方中心位置1.8m处，喷头安装高度距顶棚55cm，距地面2.65m。图32和图33分别是无集热罩和有集热罩时各位置处电偶的温度变化曲线。

图32 工况9分析

图33 工况10分析

根据图32的4条曲线对比分析，无集热罩时，4个不同测点处的温度变化曲线大致相同，曲线基本重合，并且集热罩内1、2，集热罩上、集热罩外四各测点的温度峰值都为35℃。根据图33的4条曲线对比分析，有集热罩时，各电偶测点温度变化曲线也无太大分别，温度峰值较高的是集热罩内电偶1和集热罩上位置处的温度变化曲线，其峰值可达到37℃，较低的是集热罩内电偶2和集热罩外电偶，温度峰值达到36℃，并且各条曲线温度变化曲线也基本重合。

图34 工况9、10罩内电偶1

图35 工况9、10罩上电偶

图36 工况9、10罩内电偶2

图37 工况9、10罩外电偶

图34～图37分别是集热罩上、集热罩内1、集热罩内2和集热罩外4个电偶测点在有无集热罩时的温度变化曲线对比。根据以上4张图不难看出，无集热罩时，4个不同测点处的温度变化曲线大致相同，曲线基本重合，并且集热罩内1、2，集热罩上、集热罩外4个测点的温度峰值都为35℃。有集热罩时，温度峰值较高的是集热罩内电偶1和集热罩上位置处的温度变化曲线，其峰值可达到37℃，较低的是集热罩内电偶2和集热罩外电偶，温度峰值达到36℃，并且各条曲线温度变化曲线也基本重合。从各测点处有无集热罩的温度曲线变化来看，集热罩内电偶处有集热罩时曲线峰值略高于无集热罩时，集热罩内电偶1、电偶2测点处温差分别为2℃和1℃，温度差距并不大。从曲线斜率的角度对比来看，有集热罩时集热罩内的曲线斜率略与无集热罩时曲线斜率基本相同，没有达到加快温度上升的效果。

综合以上分析，当火源位置在距喷头正下方1.8m时，集热罩没有将烟气和温度聚集的作用，温度的增长速度也几乎没有差别，没有达到加快喷头的动作的效果，此种工况下集热罩失效。

2.2.4 距顶板95cm 火源位于中心位置集热效果

对工况11和工况12做对比分析，分别是无集热罩和有集热罩时，400ml的0号柴油在喷头正下方中心位置，喷头安装高度距顶棚95cm，距地面2.25m。图38和图39分别是无集热罩和有集热罩时各位置处电偶的温度变化曲线。

图38 工况11分析

图39 工况12分析

根据图38的4条曲线对比分析，无集热罩时，集热罩上电偶温度最高，温度峰值可达到47℃，集热罩内2只电偶温度略低于集热罩上电偶，温度峰值分别为45℃和43℃，集热罩外电偶温度最低，可达到41℃，各曲线层次非常明显。根据图39的4条曲线对比分析，有集热罩时，个点温度变化曲线与无集热罩时明显不同，温度最高是集热罩内电偶1位置处的温度变化曲线，其峰值可达到69℃，其次是集热罩内电偶2，温度峰值达到62℃，集热罩上温度曲线峰值达到54℃，集热罩外电偶处温度峰值也达到54℃，而且集热罩内2只电偶温度变化曲线的斜率明显高于集热罩外电偶处的温度变化曲线，有较为明显的集热效果。

图40 工况11、12罩内电偶1

图11、12 集热罩上电偶

图42 工况11、12罩内电偶2

图43 11、12罩外电偶

图40～图43分别是集热罩上、集热罩内1、集热罩内2和集热罩外4个电偶测点在有无集热罩时的温度变化曲线对比。根据图40可以看出，有无集热罩对集热罩上电偶温度变化影响很大，集热罩有将烟气聚集的效果，防止烟气继续向上蔓延，并且聚集了热量。根据图41和图42可以看出，集热罩内电偶处有集热罩时曲线峰值明显高于无集热罩时，集热罩内电偶1温差可以达到24℃，集热罩内电偶2也可以达到19℃，温度差距很大。从曲线斜率的角度对比来看，有集热罩时集热罩内的曲线斜率明显大于无集热罩时，温度上升的非常快，所以可以达到加快喷头动作的效果。

综合以上分析，集热罩有将烟气和温度聚集的作用，加快了温度的增长速度，有加快喷头的动作的效果，此种工况下集热罩的集热效果比较明显。

2.2.5 距顶棚95cm 火源距中心位置0.9m集热效果

对工况13和工况14做对比分析，分别是无集热罩和有集热罩时，400ml的0号柴油在喷头距正下方中心位置0.9m处，喷头安装高度距顶棚95cm，距地面2.25m。图44和图45分别是无集热罩和有集热罩时各位置处电偶的温度变化曲线。

图44 工况13分析

图45 工况14分析

根据图44的4条曲线对比分析，无集热罩时，集热罩上电偶温度最高，温度峰值可达到40℃，集热罩内2只电偶温度与集热罩上电偶温度曲线基本重合，温度峰值也都为40℃，集热罩外电偶温度略低，但也基本与其他3支电偶重合，差别不大，温度峰值可达到39℃，各曲线基本重合。根据图45的4条曲线对比分析，有集热罩时，各点温度变化曲线与无集热罩时差别很大，温度最高的测点出现在集热罩内电偶1位置处和电偶2位置处，其峰值可达到37℃，集热罩上和集热罩外的温度变化曲线峰值照比前2个测点略低一些，达到35℃，集热罩内2只电偶温度变化曲线基本重合并且斜率略微高于集热罩外电偶处的温度变化曲线斜率。

图46 工况13、14罩内电偶1

图47 工况13、14罩上电偶

图48 工况13、14罩内电偶2

图49 工况13、14罩外电偶

图46～图49分别是集热罩上、集热罩内1、集热罩内2和集热罩外4个电偶测点在有无集热罩时的温度变化曲线对比。根据图46和图48可以看出，集热罩内电偶测点的温度在有集热罩时曲线峰值略微低于无集热罩时，集热罩内电偶温差可以达到3℃，温度差距不大。无集热罩时集热罩上电偶的温度明显高于有集热罩时，最大温差能达到10℃左右。从曲线斜率的角度对比来看，有集热罩时集热罩内的曲线斜率与无集热罩时没有太大差别，温度上升的速率也基本相同。从集热罩内温度峰值的对比来看，有集热罩时集热罩内电偶温度低于无集热罩时，集热罩在聚集形成烟羽流后烟气的同时也阻止了烟气形成反射流后对向喷头处运动，影响温度的升高。

综合以上分析，在着火点不在喷头正下方时，集热罩有将部分烟气和温度聚集的作用，但同时也阻挡了一部分烟气，总的效果是降低了喷头处的温度，并没有达到加快喷头的动作的效果，此种工况下集热罩失效。

2.2.6 补偿距离95cm 火源距中心位置1.8m集热效果

图50 工况15分析

图51 工况16分析

对工况15和工况16做对比分析，分别是无集热罩和有集热罩时，400ml的0号柴油在喷头距正下方中心位置1.8m处，喷头安装高度距顶棚95cm，距地面2.25m。图50和图51分别是无集热罩和有集热罩时各位置处电偶的温度变化曲线。

根据图50的4条曲线对比分析，无集热罩时，集热罩上、集热罩内1、集热罩内2只电偶温度变化曲线几乎重合，测点温度峰值均为40 ℃，集热罩外电偶温度略低，但也基本与其他3只电偶重合，差别不大，温度峰值可达到39 ℃，各曲线基本重合。根据图51的4条曲线对比分析，有集热罩时，各点温度变化曲线与无集热罩时有一些不同，温度最高的测点出现在集热罩内电偶2位置处，其温度峰值可达到39 ℃，集热罩内电偶1的温度变化曲线峰值比电偶2略低一些，温度峰值达到38 ℃。

图52 工况15、16罩内电偶1

图53 工况15、16 罩上电偶

图54 工况15、16罩内电偶2

图55 工况15、16罩外电偶

图52～图55分别是集热罩上、集热罩内1、集热罩内2和集热罩外4个电偶测点在有无集热罩时的温度变化曲线对比。从图52可以看出，无集热罩时集热罩上电偶的温度明显高于有集热罩时，最大温差能达到8℃左右。 根据图53和图54可以看出，集热罩内电偶测点的温度在有集热罩时曲线峰值略微低于无集热罩时，集热罩内电偶温差可以达到2℃左右，温度差距不大。从曲线斜率的角度对比来看，有集热罩时集热罩内的曲线斜率与无集热罩时没有太大差别，温度上升的速率也基本相同。

综合以上分析，当火源位置在距喷头正下方1.8m时，集热罩没有将烟气和温度聚集的作用，温度的增长速度也几乎没有差别，没有达到加快喷头的动作的效果，此种工况下集热罩失效。

2.2.7 相同温度测点不同火源位置集热效果研究

通过图56和图57我们可以知道，在补偿距离为55cm时，火源在喷头正下方时集热罩内温度明显高于同条件下火源位置在距喷头正下方0.9m和1.8m处，可以说明当火源处于喷头正下方时，集热效果很明显，而当喷头不在中心时，集热罩几乎失效。

图56 集热罩内电偶不同火源位置对比

图57 集热罩上电偶不同火源位置对比

2.2.8 试验结论

从以上6组的实验数据对比来看，集热罩在火源正下方时，能够起到聚集烟气、温度的作用，并且有集热罩时温度上升速率加快，能够起到加快喷头动作的效果，但是当火源位置不在喷头正下方时，不仅起不到聚集烟气的作用，反而会降低集热罩内的温度，使有集热罩时喷头处的温度低于没有集热罩时，反而起到反作用。根据烟气运动理论分析，烟气首先从火源位置处，由于温度较高，单位体积内密度较小，所以垂直向上运动形成烟羽流，在遇到顶棚后改变运动方向，沿顶棚流动形成顶棚流，并伴有一定的能量损失，由于能量损失，烟气的温度下降，单位体积内密度增大，质量增大，所以从顶棚处向下反射形成反射流。由于加上集热罩，反射流的烟气反而不能运动到喷头处，降低了喷头处的温度，所以会起到反作用，影响喷头动作。

3 结 论

1）在不同火源功率条件下，集热罩均能体现出挡烟集热的效果，而且随着火源功率的增加，集热效果更加明显，具体表现在：

①集热罩内各点处温度基本相同，整个集热罩范围内都能表现出集热效果。

②在火源位于集热罩正下方补偿距离为55cm时，随着火源功率的增加，集热罩的挡烟集热效果逐渐增强，温升速率和峰值都高于无集热罩时，能够达到加快喷头动作的效果。

2）在不同火源位置条件下，集热罩在火源位于喷头正下方时能表现出集热效果补偿顶棚超距，但是在其他位置，集热效果并不明显，甚至影响集热罩内温度积累，具体结论如下：

①集热罩在火源正下方时，能够起到聚集烟气、温度的作用，并且有集热罩时温度上升速率加快，能够起到加快喷头动作的效果，但是当火源位置不在喷头正下方时，不仅起不到聚集烟气的作用，反而会降低集热罩内的温度，使有集热罩时喷头处的温度低于没有集热罩时，反而起到反作用。

②根据烟气运动的理论分析，烟气首先从火源位置处，由于温度较高，单位体积内密度较小，所以垂直向上运动形成烟羽流，在遇到顶棚后改变运动方向，沿顶棚流动形成顶棚流，并伴有一定的能量损失，由于能量损失，烟气的温度下降，单位体积内密度增大，质量增大，所以从顶棚处向下反射形成反射流。由于加上集热罩，反射流的烟气反而不能运动到喷头处，降低了喷头处的温度，所以会起到反作用，影响喷头动作。

［1］葛晓霞. 集热挡水板应用效果的实验研究［J］. 消防科学与技术， 2014,33（11）：1294-1297.

［2］张文华，罗军，冯小军等．集热挡水板在停车库自动喷水灭火系统中的应用研究［J］．消防技术与产品信息，2009（4）：26-32．

［3］冯小军，张文华，孔祥欣. 集热板在大空间场所作用效果的讨论［J］. 消防科学与技术，2008,27（2）：86-90.

［4］GB 50084—2001．自动喷水灭火系统设计规范［S］．北京: 中国计划出版社，2005．

［5］夏子健.自动喷水灭火系统应注意的问题［J］.环球市场信息导报，2011（1）：67-67．

［6］万泉.自动喷水灭火系统常见问题分析［J］.科学与财富，2013（2）：316-316．

［7］张文华，冯小军，卢国建，熊筠.自动喷水灭火系统集热板应用研究［J］.给水排水，2010（9）：124-126.

［8］苏黄育，吴秀敏．浅析装修工程消防设施在设计中的常见问题［J］.低碳世界，2015（25）：221-222.

［9］林俊哲．高层建筑广泛采用的喷水灭火系统——湿式自动喷水灭火系统［J］．城市建设理论研究（电子版），2012（28）.

［10］任治国．自动喷水灭火系统设计与施工浅议［J］.科技资讯，2011（13）：108-108.