■ 許曉晴 姜知博 田 宏

集熱罩補償與頂棚超距應用效果試驗研究

■ 許曉晴 姜知博 田 宏

搭建集熱擋水板補償頂棚超距試驗平臺，實驗研究噴頭濺水盤距頂棚一定高度時不同火源功率及火源位置對集熱罩的集熱效果的影響規(guī)律。共設計了16種試驗工況，比較同一集熱罩各點處（集熱罩內(nèi)、外、上）溫度變化規(guī)律。結(jié)果表明，當火源位于集熱罩正下方時，集熱罩內(nèi)溫度幾乎相同，溫度均高于集熱罩上部及集熱罩外部的溫度，集熱效果明顯，能夠補償頂棚超距的作用，集熱罩的集熱效果隨火源功率的增加而愈加明顯。當火源不在正下方時，集熱罩集熱效果基本失效，還會在一定程度上影響集熱罩內(nèi)熱量的積累，進而影響噴頭動作。

集熱擋水板；頂棚超距；集熱效果

0 引 言

集熱擋水板簡稱集熱罩，具有一定蓄煙能力，并減弱上方噴水對集熱罩內(nèi)噴頭啟動影響的金屬罩，該裝置一般制成邊緣略微彎曲的正方形或圓形，其平面面積不宜小于0.12m2。在《自動噴水滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》GB 50084—2001（2005版）中要求貨架內(nèi)噴頭上方如有孔洞、縫隙，應在噴頭的上方設置集熱擋水板。集熱擋水板應為正方形或圓形金屬板，其平面面積不宜小于0.12m2，周圍彎邊的下沿，宜與噴頭的濺水盤平齊；通風管道、成排布置的管道、橋架等障礙物的寬度大于1.2m 時，其下方應增設噴頭。增設噴頭的上方如有縫隙時應設集熱板。沈陽市鐵西區(qū)星摩爾商場地下車庫和三樓電影院及連廊處安裝了集熱擋水板，圖1、圖2和圖3都是在寬度大于1.2m的成排布置管道處設置集熱擋水板，圖4是由于自噴噴頭距離頂板高度超過規(guī)范規(guī)定，為了補償噴頭距頂板距離太大而設置集熱擋水板。集熱擋水板主要材料是鍍鋅鋼板，不銹鋼和塑料板。

圖1 電影院集熱罩

圖2 地下車庫集熱罩

圖3 地下車庫集熱罩

圖4 連廊處集熱罩

實際工程中，在不能保證噴頭濺水盤離屋面板的距離符合規(guī)范和產(chǎn)品要求時, 就在噴頭上增加一塊面積不小于0.12m2的集熱擋水板, 是常見的工程做法。施工中噴頭安裝要避開障礙物, 設計和安裝有時確實不易, 增加集熱擋水板的做法, 使設計人員和施工人員的工作大大簡化。但通過理論分析來看，集熱擋水板的集熱效果不明顯，當火源不是發(fā)生在集熱擋水板正下方時，煙氣向上上升，不易進入集熱擋水板范圍，甚至無可能進入該范圍，所以較小的集熱擋水板會引起“死”的氣流空間, 反而會降低探測器的動作靈敏度，導致系統(tǒng)不能及時動作。馮小軍等人通過實體試驗，對自噴系統(tǒng)中的集熱擋水板在大空間場所的作用機理進行研究。針對不同尺寸集熱擋水板安裝在不同高度及不同火源情況下進行了試驗，并與按照正常情況安裝噴頭進行對比實驗。張文華、羅軍等人通過實體燃燒試驗，研究了面積不同的集熱擋水板在車庫自噴使用時對系統(tǒng)噴頭動作的效果。葛曉霞通過設置不同的試驗場景，對比同一水平集熱罩內(nèi)、外和頂棚處煙氣的溫度，研究火源位置、安裝高度對集熱罩集熱效果的影響。

目前針對小功率火源集熱罩集熱效果的影響規(guī)律方面的研究極少。本文研究了在小功率火源的條件下，不同火源功率時集熱罩補償集熱效果以及當噴頭與頂棚的距離超出規(guī)范要求，火源在不同位置時對集熱罩補償高度以及集熱效果的影響。這對自動噴水滅火系統(tǒng)對初期火災的抑制效果有很大的意義。

1 試驗系統(tǒng)

1.1 試驗裝置及測試系統(tǒng)場所

試驗室空間場所為5m×4m×3.2m的玻璃房，玻璃房內(nèi)部安裝了濕式自動噴水滅火系統(tǒng)，噴頭設置間距為3.6m。

試驗室玻璃房外水平地面上設有2m3水箱和水泵，水管從玻璃房頂端3.2m位置接入，根據(jù)實驗要求，設置高度可調(diào)的噴頭，同時設有試驗控制裝置和電偶及數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可滿足試驗需要。試驗器材有：濕式自動噴水滅火系統(tǒng)，噴頭、集熱擋水板（DN 300）、油盤2只、卷尺、秒表、自噴噴頭（感溫原件是玻璃泡，玻璃泡的動作溫度68 ℃）若干、電偶4只、（R=25cm、R=60cm）、0號柴油若干、無水乙醇。

在實驗室中選取某個自噴噴頭作為測試點，集熱罩安裝在噴頭處，電偶測點安裝在集熱罩內(nèi)2只，分別距噴頭4cm和10cm，集熱罩外1只，距噴頭16cm，集熱罩上1只，距噴頭垂直距離4cm，集熱罩內(nèi)外噴頭在同一水平位置上，保證測量數(shù)據(jù)的準確性。將集熱罩到地面的距離設為H，將火源的水平位置設為L，試驗平臺設計方案如圖5。

圖5 試驗平臺

1.2 試驗工況

研究噴頭距頂板的距離、火源位置及火源功率大小對集熱罩集熱效果的影響。由于噴頭的設置間距為3.6m，所以火源位置除了選擇在噴頭正下方之外，另選擇2個具有代表性的位置，在2個噴頭中間位置，距噴頭投影位置1.8m，以及靠近其中一只噴頭的位置，距噴頭投影0.9m。噴頭的安裝位置是距頂棚55cm，距地面高度2.65m，除此高度外，另選擇2個高度，為了達到試驗的效果并滿足現(xiàn)實生活中的實際噴頭安裝條件，選擇20cm為一個跨度，距頂棚距離分別為75cm和95cm。保證其他試驗條件一致，試驗工況見表1。

表1 試驗工況

2 試驗研究

2.1 不同火源功率下集熱罩集熱效果

在自噴噴頭與頂板的距離超過規(guī)范規(guī)定的距離時，不同火源功率下，對集熱罩的集熱效果進行研究，控制其他變量不變，通過將溫度測點反應出來的數(shù)據(jù)，處理成圖像，對比曲線峰值及斜率變化并分析其在不同工況下所表現(xiàn)出的性能。

2.1.1 火源功率200ml下集熱罩集熱效果

對工況1和工況2做對比分析，分別是無集熱罩和有集熱罩時，200ml的0號柴油在噴頭正下方中心位置，噴頭安裝高度距頂棚55cm，距地面2.65m。圖6和圖7分別是無集熱罩和有集熱罩時各位置處電偶的溫度變化曲線。

圖6 工況1分析

圖7 工況2分析

根據(jù)圖6可知，當無集熱罩時，溫度最高的曲線是集熱罩上部電偶的溫度變化曲線，峰值達到43℃，集熱罩內(nèi)的2只電偶的溫度變化曲線基本重合，溫度峰值為37℃，集熱罩外電偶溫度最低，峰值為35℃。根據(jù)圖7分析可知，有集熱罩時，溫度最高的曲線出現(xiàn)在集熱罩內(nèi)的2只電偶，集熱罩內(nèi)電偶1、2溫度峰值分別為34℃和35℃，集熱罩外電偶溫度達到30℃，集熱罩上溫度在20℃左右，并且比較平穩(wěn)。

圖8 工況1、2罩上電偶

圖9 工況1、2罩內(nèi)電偶1

圖10 工況1、2罩內(nèi)電偶2

圖11 工況1、2罩外電偶

圖8～圖11分別是集熱罩上、集熱罩內(nèi)1、集熱罩內(nèi)2和集熱罩外4個電偶測點在有、無集熱罩時的溫度變化曲線。由圖8可知，裝有集熱罩時，集熱罩上部的溫度明顯高于無集熱罩時，具有將煙氣聚集在集熱罩內(nèi)的效果。從圖9和圖10內(nèi)2條曲線對比可知，裝有集熱罩時，集熱罩內(nèi)溫度變化曲線斜率明顯比無集熱罩高，但溫度峰值略低，溫差在5 ℃以內(nèi)，加快了溫度的積累，但是溫度峰值較低。通過以上對比來看，有無集熱罩對集熱罩上電偶影響很大，集熱罩確實將煙氣擋在了集熱罩內(nèi)，防止煙氣繼續(xù)向上蔓延，聚集了熱量。集熱罩內(nèi)2只電偶的對比表現(xiàn)出有集熱罩時煙氣溫度的增長速度高于無集熱罩時，但是無集熱罩時的溫度峰值略高于有集熱罩時。

綜合以上分析，集熱罩有一定將煙氣和溫度聚集的作用，但并沒有達到加快噴頭動作的效果，所以此種工況下集熱罩的集熱效果并不明顯。

2.1.2 火源功率400ml下集熱罩集熱效果

對工況3和工況4做對比分析，分別是無集熱罩和有集熱罩時，400ml的0號柴油在噴頭正下方中心位置，噴頭安裝高度距頂棚55cm，距地面2.65m。圖12和圖13分別是無集熱罩和有集熱罩時各位置處電偶的溫度變化曲線。

圖12 工況3分析

圖13 工況4分析

根據(jù)圖12中4條曲線對比分析，無集熱罩時，溫度最高的曲線是集熱罩上電偶的溫度變化曲線，峰值達到52 ℃，集熱罩內(nèi)的2只電偶溫度變化曲線基本重合，電偶2溫度在300s之后略高于電偶1，但是溫差在1 ℃左右，溫度峰值為46 ℃，集熱罩外電偶溫度最低，溫度變化曲線接近集熱罩內(nèi)電偶，峰值為42 ℃。根據(jù)圖13中4條曲線對比分析，有集熱罩時，溫度最高的曲線出現(xiàn)在集熱罩內(nèi)的2只電偶，且2條溫度曲線基本重合，集熱罩內(nèi)電偶1、2溫度峰值52 ℃，集熱罩外電偶溫度峰值達到50 ℃，而且集熱罩內(nèi)溫度變化曲線斜率大于集熱罩外電偶，集熱罩上溫度在32 ℃左右，并且溫度增長緩慢。有集熱罩時，集熱罩內(nèi)電偶的溫度明顯高于集熱罩上，與無集熱罩時的情況正好相反，表現(xiàn)出一定的集熱能力。

圖14 工況3、4罩上電偶

圖15 工況3、4罩內(nèi)電偶1

圖16 工況3、4罩內(nèi)電偶2

圖17 工況3、4罩外電偶

圖14～圖17分別是集熱罩上、集熱罩內(nèi)1、集熱罩內(nèi)2和集熱罩外4個電偶測點在有無集熱罩時的溫度變化曲線對比。從圖14可知有集熱罩時集熱罩上的電偶溫度明顯高于無集熱罩時。根據(jù)圖15和圖16所示，有集熱罩時集熱罩內(nèi)的2只電偶溫度變化曲線斜率明顯高于沒有集熱罩的時候，溫度增長的更快，能達到加快噴頭動作的效果，溫度峰值有集熱罩時比無集熱罩時也要高出6 ℃左右，集熱效果也更為明顯。通過以上對比來看，有無集熱罩對集熱罩上電偶溫度變化影響很大，集熱罩確實將煙氣擋在了集熱罩內(nèi)，防止煙氣繼續(xù)向上蔓延，聚集了熱量。集熱罩內(nèi)2只電偶的對比表現(xiàn)出有集熱罩時煙氣溫度的增長速度高于無集熱罩時，并且有集熱罩時的溫度峰值高于無集熱罩時。

綜合以上分析，集熱罩有將煙氣和溫度聚集的作用，加快了溫度的增長速度，有加快噴頭的動作時間的效果，此種工況下集熱罩的集熱效果比較明顯。

2.1.3 火源功率600ml下集熱罩集熱效果

對工況5和工況6做對比分析，分別是無集熱罩和有集熱罩時，600ml的0號柴油在噴頭正下方中心位置，噴頭安裝高度距頂棚55cm，距地面2.65m。圖18和圖19分別是無集熱罩和有集熱罩時各位置處電偶的溫度變化曲線。

圖18 工況5分析

圖19 工況6分析

根據(jù)圖18中的4條曲線對比分析，無集熱罩時，溫度達到最高的曲線依然是集熱罩上電偶的溫度變化曲線，峰值達到57℃，集熱罩內(nèi)的電偶2溫度略高于電偶1，電偶1溫度峰值達到45℃，電偶2溫度峰值為47℃，集熱罩外電偶溫度變化曲線接近集熱罩內(nèi)電偶，峰值為45℃。根據(jù)圖19中4條曲線對比分析，有集熱罩時，溫度最高的曲線出現(xiàn)在集熱罩內(nèi)的2只電偶，且2條溫度曲線基本重合，集熱罩內(nèi)電偶1、電偶2溫度峰值52 ℃，集熱罩外電偶溫度曲線在500s之前斜率小于集熱罩內(nèi)2只電偶的斜率，但是在500s之后溫度逐漸達到峰值并且與集熱罩內(nèi)2只電偶重合達到峰值52 ℃，集熱罩上溫度峰值在41 ℃左右，并且溫度增長緩慢。

圖20 工況5、6罩內(nèi)電偶1

圖21 工況5、6罩上電偶

圖22 工況5、6罩內(nèi)電偶2

圖23 工況5、6罩外電偶

圖20～23分別是集熱罩上、集熱罩內(nèi)1、集熱罩內(nèi)2和集熱罩外4個電偶測點在有無集熱罩時的溫度變化曲線對比。根據(jù)圖20曲線變化可知，有集熱罩時集熱罩上方的電偶溫度明顯高于無集熱罩時。從圖21和圖22可知，有集熱罩時集熱罩內(nèi)的2只電偶溫度變化曲線斜率高于沒有集熱罩的時候，溫度增長的比較快，能達到加快噴頭動作的效果，溫度峰值有集熱罩時比無集熱罩時也要高出5～7℃，集熱效果比較明顯。通過以上對比來看，有無集熱罩對集熱罩上電偶溫度變化影響很大，集熱罩聚集了一部分煙氣，防止煙氣繼續(xù)向上蔓延，聚集了熱量。集熱罩內(nèi)2只電偶的對比表現(xiàn)出有集熱罩時煙氣溫度的增長速度高于無集熱罩時，并且有集熱罩時的溫度峰值高于無集熱罩時。

綜合以上分析，集熱罩有將煙氣和溫度聚集的作用，加快了溫度的增長速度，有加快噴頭的動作時間的效果，此種工況下集熱罩的集熱效果比較明顯。

2.1.4 不同火源功率下相同電偶位置溫度

圖24 集熱罩內(nèi)電偶在不同火源功率下的對比

根據(jù)圖24可知，在火源功率不同的條件下，有集熱罩時的電偶溫度變化曲線斜率都大于沒有集熱罩的時候，但是在火源功率200ml時，有集熱罩時集熱罩內(nèi)電偶的溫度低于無集熱罩時，在火源功率400ml和600ml時，有集熱罩時集熱罩內(nèi)溫度明顯高于無集熱罩時。以上對比表明，當火源功率較小時，集熱效果比較弱，隨著功率的逐漸增大集熱效果也越來越明顯。

圖25 集熱罩上方電偶在不同火源功率下的對比

根據(jù)圖25可知，在火源功率不同的條件下，有集熱罩時，集熱罩上方的電偶溫度變化曲線均低于無集熱罩時，而且溫度差距很大。從斜率的角度看，有集熱罩時集熱罩上方電偶溫度增長緩慢，有較為明顯的擋煙集熱效果。

2.1.5 試驗結(jié)論

1）集熱罩內(nèi)各點處溫度基本相同，整個集熱罩范圍內(nèi)都能表現(xiàn)出集熱效果。

2）在火源位于集熱罩正下方補償距離為55cm時，隨著火源功率的增加，集熱罩的擋煙集熱效果逐漸增強，溫升速率和峰值都高于無集熱罩時，能夠達到加快噴頭動作的效果。

2.2 不同火源位置集熱罩的集熱效果

在工程的實際應用中，按照《自動噴水滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》GB 50084—2001（2005版）上規(guī)定，噴頭的布置間距應按照規(guī)范要求，而集熱擋水板應布置在噴頭上方，兩個集熱擋水板之間有一定的布置間距，其作用能否得到發(fā)揮，有待通過實驗進行研究。根據(jù)火災發(fā)生時的煙氣流動過程，由于溫度較高，單位體積內(nèi)密度較小，煙氣首先從火源位置處，垂直向上運動形成煙羽流，在遇到頂棚后改變運動方向，沿頂棚流動形成頂棚流，并伴有一定的能量損失，由于能量損失，煙氣的溫度下降，單位體積內(nèi)密度增大，質(zhì)量增大，所以從頂棚處向下反射形成反射流。當火源位置不在噴頭的正下方時，集熱罩是否會阻擋反射流的溫度影響噴頭正常動作，亟待通過實驗去驗證。

2.2.1 距頂棚55cm，火源位于中心位置集熱效果

對工況3和工況4做對比分析，分別是無集熱罩和有集熱罩時，400ml的0號柴油在噴頭正下方中心位置，噴頭安裝高度距頂棚55cm，距地面2.65m（詳見圖12、圖13）。

從圖14～圖17對比來看，有無集熱罩對集熱罩上電偶溫度變化影響很大，集熱罩確實將煙氣擋在了集熱罩內(nèi)，防止煙氣繼續(xù)向上蔓延，聚集了熱量。集熱罩內(nèi)2只電偶的對比表現(xiàn)出有集熱罩時煙氣溫度的增長速度高于無集熱罩時，并且有集熱罩時的溫度峰值高于無集熱罩時。

集熱罩有將煙氣和溫度聚集的作用，加快了溫度的增長速度，有加快噴頭的動作時間的效果，此種工況下集熱罩的集熱效果比較明顯。

2.2.2 距頂棚55cm，火源距中心位置0.9m集熱效果

對工況7和工況8做對比分析，分別是無集熱罩和有集熱罩時，400ml的0號柴油在噴頭正下方中心位置0.9m處，噴頭安裝高度距頂棚55cm，距地面2.65m。圖26和圖27分別是無集熱罩和有集熱罩時各位置處電偶的溫度變化曲線。

圖26 工況7分析

圖27 工況8分析

根據(jù)圖26的4條曲線對比分析，無集熱罩時，集熱罩上電偶溫度最高，溫度峰值可達到37 ℃，集熱罩內(nèi)2只電偶溫度與集熱罩上電偶溫度幾乎相同，曲線也基本重合，溫度峰值分別為38 ℃和37 ℃，集熱罩外電偶與其他3條曲線也大致一樣，溫度峰值可達到37 ℃，各曲線基本重合。根據(jù)圖27的4條曲線對比分析，有集熱罩時，各點溫度變化曲線與無集熱罩時不同，溫度最高是集熱罩內(nèi)電偶1位置處的溫度變化曲線，其峰值可達到39 ℃，其次是集熱罩內(nèi)電偶2，溫度峰值達到38 ℃，集熱罩外溫度曲線峰值也達到38 ℃，但是溫度上升速率比集熱罩內(nèi)曲線略小，集熱罩上電偶處溫度最低，溫度峰值達到36 ℃，集熱罩內(nèi)2只電偶溫度變化曲線的斜率略高于集熱罩外電偶處的溫度變化曲線，有一定的集熱效果。

圖28 工況7、8罩內(nèi)電偶1

圖29 工況7、8罩上電偶

圖30 工況7、8罩內(nèi)電偶2

圖31 工況7、8罩外電偶

圖28～圖31分別是集熱罩上、集熱罩內(nèi)1、集熱罩內(nèi)2和集熱罩外4個電偶測點在有無集熱罩時的溫度變化曲線對比。從圖29和圖30不難看出，集熱罩內(nèi)電偶處有集熱罩時曲線峰值略高于無集熱罩時，集熱罩內(nèi)電偶1、2測點處溫差均為1℃，溫度差距并不大。從曲線斜率的角度對比來看，有集熱罩時集熱罩內(nèi)的曲線斜率略高于無集熱罩時，溫度上升的稍快一些，但是差別并不大，所以可以在一定程度上加快噴頭動作的效果。

綜合以上分析，當火源位置在距噴頭正下方0.9m時，集熱罩沒有明顯的將煙氣和溫度聚集的作用，溫度的增長速度變化也不大，沒有達到加快噴頭的動作的效果，此種工況下集熱罩的集熱效果并不明顯。

2.2.3 距頂板55cm，火源距中心位置1.8m集熱效果

對工況9和工況10做對比分析，分別是無集熱罩和有集熱罩時，400ml的0號柴油在噴頭正下方中心位置1.8m處，噴頭安裝高度距頂棚55cm，距地面2.65m。圖32和圖33分別是無集熱罩和有集熱罩時各位置處電偶的溫度變化曲線。

圖32 工況9分析

圖33 工況10分析

根據(jù)圖32的4條曲線對比分析，無集熱罩時，4個不同測點處的溫度變化曲線大致相同，曲線基本重合，并且集熱罩內(nèi)1、2，集熱罩上、集熱罩外四各測點的溫度峰值都為35℃。根據(jù)圖33的4條曲線對比分析，有集熱罩時，各電偶測點溫度變化曲線也無太大分別，溫度峰值較高的是集熱罩內(nèi)電偶1和集熱罩上位置處的溫度變化曲線，其峰值可達到37℃，較低的是集熱罩內(nèi)電偶2和集熱罩外電偶，溫度峰值達到36℃，并且各條曲線溫度變化曲線也基本重合。

圖34 工況9、10罩內(nèi)電偶1

圖35 工況9、10罩上電偶

圖36 工況9、10罩內(nèi)電偶2

圖37 工況9、10罩外電偶

圖34～圖37分別是集熱罩上、集熱罩內(nèi)1、集熱罩內(nèi)2和集熱罩外4個電偶測點在有無集熱罩時的溫度變化曲線對比。根據(jù)以上4張圖不難看出，無集熱罩時，4個不同測點處的溫度變化曲線大致相同，曲線基本重合，并且集熱罩內(nèi)1、2，集熱罩上、集熱罩外4個測點的溫度峰值都為35℃。有集熱罩時，溫度峰值較高的是集熱罩內(nèi)電偶1和集熱罩上位置處的溫度變化曲線，其峰值可達到37℃，較低的是集熱罩內(nèi)電偶2和集熱罩外電偶，溫度峰值達到36℃，并且各條曲線溫度變化曲線也基本重合。從各測點處有無集熱罩的溫度曲線變化來看，集熱罩內(nèi)電偶處有集熱罩時曲線峰值略高于無集熱罩時，集熱罩內(nèi)電偶1、電偶2測點處溫差分別為2℃和1℃，溫度差距并不大。從曲線斜率的角度對比來看，有集熱罩時集熱罩內(nèi)的曲線斜率略與無集熱罩時曲線斜率基本相同，沒有達到加快溫度上升的效果。

綜合以上分析，當火源位置在距噴頭正下方1.8m時，集熱罩沒有將煙氣和溫度聚集的作用，溫度的增長速度也幾乎沒有差別，沒有達到加快噴頭的動作的效果，此種工況下集熱罩失效。

2.2.4 距頂板95cm 火源位于中心位置集熱效果

對工況11和工況12做對比分析，分別是無集熱罩和有集熱罩時，400ml的0號柴油在噴頭正下方中心位置，噴頭安裝高度距頂棚95cm，距地面2.25m。圖38和圖39分別是無集熱罩和有集熱罩時各位置處電偶的溫度變化曲線。

圖38 工況11分析

圖39 工況12分析

根據(jù)圖38的4條曲線對比分析，無集熱罩時，集熱罩上電偶溫度最高，溫度峰值可達到47℃，集熱罩內(nèi)2只電偶溫度略低于集熱罩上電偶，溫度峰值分別為45℃和43℃，集熱罩外電偶溫度最低，可達到41℃，各曲線層次非常明顯。根據(jù)圖39的4條曲線對比分析，有集熱罩時，個點溫度變化曲線與無集熱罩時明顯不同，溫度最高是集熱罩內(nèi)電偶1位置處的溫度變化曲線，其峰值可達到69℃，其次是集熱罩內(nèi)電偶2，溫度峰值達到62℃，集熱罩上溫度曲線峰值達到54℃，集熱罩外電偶處溫度峰值也達到54℃，而且集熱罩內(nèi)2只電偶溫度變化曲線的斜率明顯高于集熱罩外電偶處的溫度變化曲線，有較為明顯的集熱效果。

圖40 工況11、12罩內(nèi)電偶1

圖11、12 集熱罩上電偶

圖42 工況11、12罩內(nèi)電偶2

圖43 11、12罩外電偶

圖40～圖43分別是集熱罩上、集熱罩內(nèi)1、集熱罩內(nèi)2和集熱罩外4個電偶測點在有無集熱罩時的溫度變化曲線對比。根據(jù)圖40可以看出，有無集熱罩對集熱罩上電偶溫度變化影響很大，集熱罩有將煙氣聚集的效果，防止煙氣繼續(xù)向上蔓延，并且聚集了熱量。根據(jù)圖41和圖42可以看出，集熱罩內(nèi)電偶處有集熱罩時曲線峰值明顯高于無集熱罩時，集熱罩內(nèi)電偶1溫差可以達到24℃，集熱罩內(nèi)電偶2也可以達到19℃，溫度差距很大。從曲線斜率的角度對比來看，有集熱罩時集熱罩內(nèi)的曲線斜率明顯大于無集熱罩時，溫度上升的非?？欤钥梢赃_到加快噴頭動作的效果。

綜合以上分析，集熱罩有將煙氣和溫度聚集的作用，加快了溫度的增長速度，有加快噴頭的動作的效果，此種工況下集熱罩的集熱效果比較明顯。

2.2.5 距頂棚95cm 火源距中心位置0.9m集熱效果

對工況13和工況14做對比分析，分別是無集熱罩和有集熱罩時，400ml的0號柴油在噴頭距正下方中心位置0.9m處，噴頭安裝高度距頂棚95cm，距地面2.25m。圖44和圖45分別是無集熱罩和有集熱罩時各位置處電偶的溫度變化曲線。

圖44 工況13分析

圖45 工況14分析

根據(jù)圖44的4條曲線對比分析，無集熱罩時，集熱罩上電偶溫度最高，溫度峰值可達到40℃，集熱罩內(nèi)2只電偶溫度與集熱罩上電偶溫度曲線基本重合，溫度峰值也都為40℃，集熱罩外電偶溫度略低，但也基本與其他3支電偶重合，差別不大，溫度峰值可達到39℃，各曲線基本重合。根據(jù)圖45的4條曲線對比分析，有集熱罩時，各點溫度變化曲線與無集熱罩時差別很大，溫度最高的測點出現(xiàn)在集熱罩內(nèi)電偶1位置處和電偶2位置處，其峰值可達到37℃，集熱罩上和集熱罩外的溫度變化曲線峰值照比前2個測點略低一些，達到35℃，集熱罩內(nèi)2只電偶溫度變化曲線基本重合并且斜率略微高于集熱罩外電偶處的溫度變化曲線斜率。

圖46 工況13、14罩內(nèi)電偶1

圖47 工況13、14罩上電偶

圖48 工況13、14罩內(nèi)電偶2

圖49 工況13、14罩外電偶

圖46～圖49分別是集熱罩上、集熱罩內(nèi)1、集熱罩內(nèi)2和集熱罩外4個電偶測點在有無集熱罩時的溫度變化曲線對比。根據(jù)圖46和圖48可以看出，集熱罩內(nèi)電偶測點的溫度在有集熱罩時曲線峰值略微低于無集熱罩時，集熱罩內(nèi)電偶溫差可以達到3℃，溫度差距不大。無集熱罩時集熱罩上電偶的溫度明顯高于有集熱罩時，最大溫差能達到10℃左右。從曲線斜率的角度對比來看，有集熱罩時集熱罩內(nèi)的曲線斜率與無集熱罩時沒有太大差別，溫度上升的速率也基本相同。從集熱罩內(nèi)溫度峰值的對比來看，有集熱罩時集熱罩內(nèi)電偶溫度低于無集熱罩時，集熱罩在聚集形成煙羽流后煙氣的同時也阻止了煙氣形成反射流后對向噴頭處運動，影響溫度的升高。

綜合以上分析，在著火點不在噴頭正下方時，集熱罩有將部分煙氣和溫度聚集的作用，但同時也阻擋了一部分煙氣，總的效果是降低了噴頭處的溫度，并沒有達到加快噴頭的動作的效果，此種工況下集熱罩失效。

2.2.6 補償距離95cm 火源距中心位置1.8m集熱效果

圖50 工況15分析

圖51 工況16分析

對工況15和工況16做對比分析，分別是無集熱罩和有集熱罩時，400ml的0號柴油在噴頭距正下方中心位置1.8m處，噴頭安裝高度距頂棚95cm，距地面2.25m。圖50和圖51分別是無集熱罩和有集熱罩時各位置處電偶的溫度變化曲線。

根據(jù)圖50的4條曲線對比分析，無集熱罩時，集熱罩上、集熱罩內(nèi)1、集熱罩內(nèi)2只電偶溫度變化曲線幾乎重合，測點溫度峰值均為40 ℃，集熱罩外電偶溫度略低，但也基本與其他3只電偶重合，差別不大，溫度峰值可達到39 ℃，各曲線基本重合。根據(jù)圖51的4條曲線對比分析，有集熱罩時，各點溫度變化曲線與無集熱罩時有一些不同，溫度最高的測點出現(xiàn)在集熱罩內(nèi)電偶2位置處，其溫度峰值可達到39 ℃，集熱罩內(nèi)電偶1的溫度變化曲線峰值比電偶2略低一些，溫度峰值達到38 ℃。

圖52 工況15、16罩內(nèi)電偶1

圖53 工況15、16 罩上電偶

圖54 工況15、16罩內(nèi)電偶2

圖55 工況15、16罩外電偶

圖52～圖55分別是集熱罩上、集熱罩內(nèi)1、集熱罩內(nèi)2和集熱罩外4個電偶測點在有無集熱罩時的溫度變化曲線對比。從圖52可以看出，無集熱罩時集熱罩上電偶的溫度明顯高于有集熱罩時，最大溫差能達到8℃左右。 根據(jù)圖53和圖54可以看出，集熱罩內(nèi)電偶測點的溫度在有集熱罩時曲線峰值略微低于無集熱罩時，集熱罩內(nèi)電偶溫差可以達到2℃左右，溫度差距不大。從曲線斜率的角度對比來看，有集熱罩時集熱罩內(nèi)的曲線斜率與無集熱罩時沒有太大差別，溫度上升的速率也基本相同。

綜合以上分析，當火源位置在距噴頭正下方1.8m時，集熱罩沒有將煙氣和溫度聚集的作用，溫度的增長速度也幾乎沒有差別，沒有達到加快噴頭的動作的效果，此種工況下集熱罩失效。

2.2.7 相同溫度測點不同火源位置集熱效果研究

通過圖56和圖57我們可以知道，在補償距離為55cm時，火源在噴頭正下方時集熱罩內(nèi)溫度明顯高于同條件下火源位置在距噴頭正下方0.9m和1.8m處，可以說明當火源處于噴頭正下方時，集熱效果很明顯，而當噴頭不在中心時，集熱罩幾乎失效。

圖56 集熱罩內(nèi)電偶不同火源位置對比

圖57 集熱罩上電偶不同火源位置對比

2.2.8 試驗結(jié)論

從以上6組的實驗數(shù)據(jù)對比來看，集熱罩在火源正下方時，能夠起到聚集煙氣、溫度的作用，并且有集熱罩時溫度上升速率加快，能夠起到加快噴頭動作的效果，但是當火源位置不在噴頭正下方時，不僅起不到聚集煙氣的作用，反而會降低集熱罩內(nèi)的溫度，使有集熱罩時噴頭處的溫度低于沒有集熱罩時，反而起到反作用。根據(jù)煙氣運動理論分析，煙氣首先從火源位置處，由于溫度較高，單位體積內(nèi)密度較小，所以垂直向上運動形成煙羽流，在遇到頂棚后改變運動方向，沿頂棚流動形成頂棚流，并伴有一定的能量損失，由于能量損失，煙氣的溫度下降，單位體積內(nèi)密度增大，質(zhì)量增大，所以從頂棚處向下反射形成反射流。由于加上集熱罩，反射流的煙氣反而不能運動到噴頭處，降低了噴頭處的溫度，所以會起到反作用，影響噴頭動作。

3 結(jié) 論

1）在不同火源功率條件下，集熱罩均能體現(xiàn)出擋煙集熱的效果，而且隨著火源功率的增加，集熱效果更加明顯，具體表現(xiàn)在：

①集熱罩內(nèi)各點處溫度基本相同，整個集熱罩范圍內(nèi)都能表現(xiàn)出集熱效果。

②在火源位于集熱罩正下方補償距離為55cm時，隨著火源功率的增加，集熱罩的擋煙集熱效果逐漸增強，溫升速率和峰值都高于無集熱罩時，能夠達到加快噴頭動作的效果。

2）在不同火源位置條件下，集熱罩在火源位于噴頭正下方時能表現(xiàn)出集熱效果補償頂棚超距，但是在其他位置，集熱效果并不明顯，甚至影響集熱罩內(nèi)溫度積累，具體結(jié)論如下：

①集熱罩在火源正下方時，能夠起到聚集煙氣、溫度的作用，并且有集熱罩時溫度上升速率加快，能夠起到加快噴頭動作的效果，但是當火源位置不在噴頭正下方時，不僅起不到聚集煙氣的作用，反而會降低集熱罩內(nèi)的溫度，使有集熱罩時噴頭處的溫度低于沒有集熱罩時，反而起到反作用。

②根據(jù)煙氣運動的理論分析，煙氣首先從火源位置處，由于溫度較高，單位體積內(nèi)密度較小，所以垂直向上運動形成煙羽流，在遇到頂棚后改變運動方向，沿頂棚流動形成頂棚流，并伴有一定的能量損失，由于能量損失，煙氣的溫度下降，單位體積內(nèi)密度增大，質(zhì)量增大，所以從頂棚處向下反射形成反射流。由于加上集熱罩，反射流的煙氣反而不能運動到噴頭處，降低了噴頭處的溫度，所以會起到反作用，影響噴頭動作。

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