6.3 灭火系统的性能
6.3.1 评估内容
灭火系统的设计目标是在火灾发展的某一特定阶段，通过限制火灾中热和烟的释放速率或限制热和烟的总生成量实现对火灾的可靠抑制。灭火系统性能的评估基于火灾损失统计、全尺寸火灾测试相关数据、测试（全尺寸、中尺寸或小型）数据的工程解释以及有效的数学模型分析结果。系统的长期可靠性也是重要的评估内容。
6.3.2 水喷淋系统
6.3.2.1 评估需考虑的因素
水喷淋系统的灭火效能来源于以下物理过程：
a）喷洒水滴的吸热效果；
b）喷洒形成的水蒸气产生的气相惰化效果；
c）喷洒产生的动能对燃烧产物的推力效果。
上述物理现象随着系统的启动而出现，通常会降低火灾热释放速率或减小燃烧范围。即使水喷淋系统不能有效地抑制火灾增长，由于水滴的直接穿透作用，也能起到有效的降温和表面冷却效果。水喷淋系统的灭火机理见附录C。
6.3.2.2 自动喷水灭火系统
6.3.2.2.1 喷头的选型
自动喷水灭火系统通常能够控制火灾的蔓延和热释放速率的增长，消防员可用消火栓配合自动喷水灭火系统来扑灭火灾。自动喷头模型有数千种，通常分为控制型和抑制型两类。选择喷头类型需考虑如下参数：
a）建筑或燃料（建筑参数和火灾荷载）；
b）可用水源（压力、流量、容积）；
c）自动联接或消防队支持；
d）设计或使用技能；
e）维护保养。
6.3.2.2.2 控制型喷头
控制型喷头通过对燃烧区域内的燃料进行“预浸湿”来控制火灾增长，使得火灾被控制在一个有限区域内。系统设计过程中，通常需要假设火灾的热释放速率（HRR）和燃料量被自动喷水灭火系统限制在距离火源最远处的喷头启动时达到的水平以下，同时假设HRR在喷淋动作之后直到燃料耗尽之前为一常数。如果按照设计火焰高度和喷头安装高度进行的实体火灾试验结果表明，自动喷水灭火系统能够将火灾扑灭，那么可以假设喷头动作后HRR持续下降。
需要注意的是，如果自动喷水灭火系统设置场所危险等级不符合GB 50084的规定（比如储物的化学成分较为特殊，储物以上的净空高度较大，喷头安装位置较低等），控制型喷头对HRR的限制假设就不成立。较大的净空高度和较低的喷头安装位置可能导致自动喷水灭火系统动作时，火灾规模和热释放速率已上升到自动喷水灭火系统无法控制的程度。
6.3.2.2.3 抑制型喷头
抑制型喷头（如ESFR喷头）能使喷洒的水滴穿透火焰直接喷射到燃料表面。抑制性喷头实现有效灭火的关键是在喷头动作时，系统的实际喷水强度（ADD）大于设计喷水强度（RDD）。
6.3.2.3 细水雾灭火系统
细水雾灭火系统通过喷洒直径为50μm～1000μm的水滴来消除有焰燃烧。细水雾的特点是能够充分降低水流速率和总流量，对于某些应用对象（如可燃液体池火），细水雾可能比自动喷水灭火系统更有效，但其应用范围和局限性还有待研究。细水雾系统比自动喷水灭火系统更为复杂，通常需要划分保护分区，并在分区内使用多个细水雾喷头实现对空间的全淹没，才能成功灭火。
细水雾可以很容易扑灭封闭空间内的大型火灾，因为火灾产生的热量使得水雾不断生成大量水蒸气来消灭有焰燃烧。尚未对封闭空间内的温度产生明显影响的小型火灾或在大型开敞空间内的火灾则较难被细水雾系统扑灭，除非火源刚好位于细水雾喷洒范围内。
6.3.2.4 输入
输入信息包括：
——火灾荷载（包括建筑类型）；
——火灾场景；
——火灾和烟气规模；
——建筑参数（喷头位置、喷头特性、最大/最小水压）。
6.3.2.5 输出
输出信息包括：
——每个喷头需要的水流速率；
——灭火效果（热、烟）。
6.3.3 其他灭火系统
6.3.3.1 惰性气体全淹没灭火系统
惰性气体灭火系统[如二氧化碳（CO2）、氮气（N2）、氩气（Ar）及其混合物]的灭火时间与设计参数相关。受气体输运管道的尺寸限制，向封闭建筑空间内释放惰性气体通常需要1min～2min甚至更长的时间，确保完全淹没和彻底灭火的时间或许会超过1min。通常在启动报警与介质开始流出之间存在一个时间间隔，人员可以在这个时间间隔内进行疏散。
惰性气体灭火系统实现成功灭火的关键是在被保护空间内达到并维持灭火所需的设计浓度，实现这一目标需要满足以下条件：
a）可靠的设计计算；
b）获得认证的系统零部件（容器，管道，阀门，管口）和灭火介质；
c）根据国家标准进行安装和调试；
d）对门、阀门的良好控制，以避免泄露。
当燃烧过程中包括如下材料时，不能使用惰性气体来灭火：
a）本身能供给氧的化学物质，如硝酸纤维；
b）活性金属，如钠、镁、钛和锆；
c）金属氢化物，如氢化钾。
6.3.3.2 化学活性全淹没气体灭火系统
化学活性气体灭火介质（比如卤代烷或卤代烃）的灭火原理包括化学抑制效果和冷却效果两方面。这种灭火介质要求达到的浓度应占到房间体积的5％～15％，介质从流出储罐直至达到上述浓度需要10s～20s或许更长的时间来确保充分淹没和灭火。通常在启动报警与介质开始流出之间存在一个时间间隔，人员可以在这个间隔内进行疏散。在受保护空间内喷洒的气体灭火介质很容易漏出，因此需要对受保护空间进行加压防泄漏测试。
灭火介质流出时间和灭火时间应最大程度地予以缩短，以免介质分解生成有毒产物（比如酸性气体），这就要求在火灾规模还很小的时候就应完成灭火介质的传输和喷洒。经过可靠设计的火灾探测和灭火介质传输系统可以帮助实现这一目标。
6.3.3.3 低倍数泡沫和其他水添加剂灭火系统
6.3.3.3.1 低倍数泡沫和水成膜泡沫（AFFF）灭火系统
灭火泡沫是从水溶液生成的充气泡沫的统称，密度比可燃液体低，能够在可燃液体表面形成一层有黏性的漂浮物，利用窒息和冷却效果来防止或扑灭火灾。灭火泡沫还可以抑制可燃蒸气的生成，从而有效防止二次燃烧的发生。灭火泡沫还具有黏附在燃料表面的特性，能防止燃料受到临近火灾的影响。
泡沫可作为许多可燃液体的防火、控火或灭火介质，但不能应用于流动液体火灾或气体火灾。
AFFF是一种低倍数膨胀性泡沫，能在碳氢液体化合物的表面迅速形成高稳定性的水膜。
6.3.3.3.2 湿粉灭火系统
灭火系统中使用的湿粉溶液通常为碳酸钾和乙酸钾与水混合形成的一种碱性溶液。将这种溶液应用于可燃液体火灾的扑救，可在燃料表面形成快速伸展的蒸气泡沫，利用窒息和冷却效果来扑灭火灾。
6.3.3.4 中、高倍数泡沫介质灭火系统
高倍数泡沫能控制和扑灭固体燃料和液体燃料火灾，作为一种流动灭火介质主要在受限空间中应用。中倍数膨胀性泡沫比高倍数膨胀性泡沫有更好的抗风性，所以能够在室外得到应用。
在适当的发泡条件下，中、高倍数灭火泡沫的膨胀率介于20：1和1000：1之间，能够对受限空间实现全淹没，排出火灾产生的烟气和热量。
中、高倍数膨胀性泡沫对火灾产生如下影响：
a）如果生成的泡沫体积足够大，能够防止空气流动至火源处；
b）泡沫中的水转化为水蒸气，对火焰产生窒息和冷却效果；
c）因为具有相对较低的表面张力，泡沫中未转化为蒸气的溶液可渗透至固体燃料内部；
d）当泡沫聚集到一定厚度后，能形成绝缘层对暴露在外的材料和结构进行保护，同时还能防止火灾蔓延；
e）当泡沫完全覆盖了火焰和燃烧材料后，固体燃料火灾能得到有效控制。如果泡沫足够湿润并能维持较长时间，就能扑灭火灾；
f）对于高闪点可燃液体火灾，当可燃液体表面温度降低至闪点以下时实现灭火；对于低闪点可燃液体火灾，当液体表面上的泡沫覆盖物达到一定厚度时实现灭火。
6.3.3.5 气溶胶灭火系统
气溶胶灭火系统是将固体或液体灭火介质转化为粒径低于微米的粉状气溶胶、细小液滴或雾状气溶胶，释放后在较短时间内就能实现完全蒸发，特别是在靠近火焰的位置或在火焰内部，蒸发速度更快，从而在火灾全面增长之前达到其灭火浓度。
6.3.3.6 输入
输入信息包括：
——火灾荷载（包括建筑类型）；
——火灾场景；
——火灾或烟气规模；
——建筑参数（介质分配装置的位置、特性，介质的灭火特性）；
——灭火系统设计的相关准则。
6.3.3.7 输出
输出信息包括：
——每个喷头所需的介质流动速率；
——灭火效果（热、烟）。
6.3.4 烟/热控制与灭火系统间的相互影响
6.3.4.1 水喷淋系统与防排烟系统的相互影响
水喷淋系统与防排烟系统间通常存在以下三种相互影响：
a）排烟对喷淋启动的影响——当利用热烟气层的浮力来排除燃烧产物时，通常使用风幕或挡烟垂璧将顶棚划分为多个防烟分区，然后通过自动或手动开启的顶棚排烟口进行排烟。挡烟垂壁能从顶棚下降500mm或更多，因此选择喷头安装位置时应注意相互影响。风幕或挡烟垂壁能够影响控制型或抑制型喷头的开启，还可破坏抑制型喷头（ESFR）的布水效果，特别是当火源直接位于挡烟垂壁下方或两个挡烟垂壁的交叉处下方时，这种影响更为明显。由此可能导致过量的喷头随着火灾增长而动作，从而使管网压力降低到可接受的水平之下，并增加了大量的水渍损失。当喷头安装在机械排烟口附近时也会出现类似的情况；
b）排烟口对喷淋效果的影响——在喷淋控制或灭火过程中，如果排烟口自动开启，新鲜空气就可能被引入到封闭空间内。火灾试验结果表明，喷淋系统动作后，排烟口的开启将导致喷头动作数量的增加，从而提高了系统的供水需求。在需要使用防排烟系统的场所，为避免降低喷淋系统的灭火效能，可采用手动方式开启排烟口；如使用自动排烟口，可在喷淋启动和排烟口自动开启之间设定一个时间延迟。另一方面，在喷淋动作之前很早就自动开启排烟口，能够改善能见度，为人工灭火创造良好的条件，如果人工灭火成功，就能减少喷头的启动数量；
c）喷淋对排烟系统效果的影响——距离火源一定范围内的喷头与缓慢移动的顶棚射流相互作用，喷头被淹没在不断变厚的热烟气层内。大多数情况下，喷淋系统对热烟气层的冷却作用降低了烟层的浮力。自然排烟系统主要依靠热烟气层的浮力来排除烟气，如果低估了喷淋系统的冷却作用，排烟系统的效能就达不到设计水平。另一方面，如果高估了喷淋系统的冷却作用，使得烟气层的体积超过了期望值，那么具有固定排烟量的机械排烟系统同样达不到设计效能。如果烟气层温度相对较低，或者喷淋系统处于较高的喷洒速率条件下，烟气可能下沉至热空气层之下，使得能见度降低。
6.3.4.2 全淹没灭火介质与防排烟系统间的相互影响
依靠全淹没效果的灭火系统，比如水雾系统和不同的气体灭火介质（比如二氧化碳）通常不能与排烟系统一起使用，除非通过试验或计算确认排烟系统不会影响灭火系统的效果。通常，需要提供额外的灭火介质来抵消排烟系统对介质产生的损耗。受到气体介质保护的房间或区域，灭火系统的启动应优先于防排烟系统的启动。
灭火系统的设计目标是在火灾发展的某一特定阶段，通过限制火灾中热和烟的释放速率或限制热和烟的总生成量实现对火灾的可靠抑制。灭火系统性能的评估基于火灾损失统计、全尺寸火灾测试相关数据、测试（全尺寸、中尺寸或小型）数据的工程解释以及有效的数学模型分析结果。系统的长期可靠性也是重要的评估内容。
6.3.2 水喷淋系统
6.3.2.1 评估需考虑的因素
水喷淋系统的灭火效能来源于以下物理过程：
a）喷洒水滴的吸热效果；
b）喷洒形成的水蒸气产生的气相惰化效果；
c）喷洒产生的动能对燃烧产物的推力效果。
上述物理现象随着系统的启动而出现，通常会降低火灾热释放速率或减小燃烧范围。即使水喷淋系统不能有效地抑制火灾增长，由于水滴的直接穿透作用，也能起到有效的降温和表面冷却效果。水喷淋系统的灭火机理见附录C。
6.3.2.2 自动喷水灭火系统
6.3.2.2.1 喷头的选型
自动喷水灭火系统通常能够控制火灾的蔓延和热释放速率的增长，消防员可用消火栓配合自动喷水灭火系统来扑灭火灾。自动喷头模型有数千种，通常分为控制型和抑制型两类。选择喷头类型需考虑如下参数：
a）建筑或燃料（建筑参数和火灾荷载）；
b）可用水源（压力、流量、容积）；
c）自动联接或消防队支持；
d）设计或使用技能；
e）维护保养。
6.3.2.2.2 控制型喷头
控制型喷头通过对燃烧区域内的燃料进行“预浸湿”来控制火灾增长，使得火灾被控制在一个有限区域内。系统设计过程中，通常需要假设火灾的热释放速率（HRR）和燃料量被自动喷水灭火系统限制在距离火源最远处的喷头启动时达到的水平以下，同时假设HRR在喷淋动作之后直到燃料耗尽之前为一常数。如果按照设计火焰高度和喷头安装高度进行的实体火灾试验结果表明，自动喷水灭火系统能够将火灾扑灭，那么可以假设喷头动作后HRR持续下降。
需要注意的是，如果自动喷水灭火系统设置场所危险等级不符合GB 50084的规定（比如储物的化学成分较为特殊，储物以上的净空高度较大，喷头安装位置较低等），控制型喷头对HRR的限制假设就不成立。较大的净空高度和较低的喷头安装位置可能导致自动喷水灭火系统动作时，火灾规模和热释放速率已上升到自动喷水灭火系统无法控制的程度。
6.3.2.2.3 抑制型喷头
抑制型喷头（如ESFR喷头）能使喷洒的水滴穿透火焰直接喷射到燃料表面。抑制性喷头实现有效灭火的关键是在喷头动作时，系统的实际喷水强度（ADD）大于设计喷水强度（RDD）。
6.3.2.3 细水雾灭火系统
细水雾灭火系统通过喷洒直径为50μm～1000μm的水滴来消除有焰燃烧。细水雾的特点是能够充分降低水流速率和总流量，对于某些应用对象（如可燃液体池火），细水雾可能比自动喷水灭火系统更有效，但其应用范围和局限性还有待研究。细水雾系统比自动喷水灭火系统更为复杂，通常需要划分保护分区，并在分区内使用多个细水雾喷头实现对空间的全淹没，才能成功灭火。
细水雾可以很容易扑灭封闭空间内的大型火灾，因为火灾产生的热量使得水雾不断生成大量水蒸气来消灭有焰燃烧。尚未对封闭空间内的温度产生明显影响的小型火灾或在大型开敞空间内的火灾则较难被细水雾系统扑灭，除非火源刚好位于细水雾喷洒范围内。
6.3.2.4 输入
输入信息包括：
——火灾荷载（包括建筑类型）；
——火灾场景；
——火灾和烟气规模；
——建筑参数（喷头位置、喷头特性、最大/最小水压）。
6.3.2.5 输出
输出信息包括：
——每个喷头需要的水流速率；
——灭火效果（热、烟）。
6.3.3 其他灭火系统
6.3.3.1 惰性气体全淹没灭火系统
惰性气体灭火系统[如二氧化碳（CO2）、氮气（N2）、氩气（Ar）及其混合物]的灭火时间与设计参数相关。受气体输运管道的尺寸限制，向封闭建筑空间内释放惰性气体通常需要1min～2min甚至更长的时间，确保完全淹没和彻底灭火的时间或许会超过1min。通常在启动报警与介质开始流出之间存在一个时间间隔，人员可以在这个时间间隔内进行疏散。
惰性气体灭火系统实现成功灭火的关键是在被保护空间内达到并维持灭火所需的设计浓度，实现这一目标需要满足以下条件：
a）可靠的设计计算；
b）获得认证的系统零部件（容器，管道，阀门，管口）和灭火介质；
c）根据国家标准进行安装和调试；
d）对门、阀门的良好控制，以避免泄露。
当燃烧过程中包括如下材料时，不能使用惰性气体来灭火：
a）本身能供给氧的化学物质，如硝酸纤维；
b）活性金属，如钠、镁、钛和锆；
c）金属氢化物，如氢化钾。
6.3.3.2 化学活性全淹没气体灭火系统
化学活性气体灭火介质（比如卤代烷或卤代烃）的灭火原理包括化学抑制效果和冷却效果两方面。这种灭火介质要求达到的浓度应占到房间体积的5％～15％，介质从流出储罐直至达到上述浓度需要10s～20s或许更长的时间来确保充分淹没和灭火。通常在启动报警与介质开始流出之间存在一个时间间隔，人员可以在这个间隔内进行疏散。在受保护空间内喷洒的气体灭火介质很容易漏出，因此需要对受保护空间进行加压防泄漏测试。
灭火介质流出时间和灭火时间应最大程度地予以缩短，以免介质分解生成有毒产物（比如酸性气体），这就要求在火灾规模还很小的时候就应完成灭火介质的传输和喷洒。经过可靠设计的火灾探测和灭火介质传输系统可以帮助实现这一目标。
6.3.3.3 低倍数泡沫和其他水添加剂灭火系统
6.3.3.3.1 低倍数泡沫和水成膜泡沫（AFFF）灭火系统
灭火泡沫是从水溶液生成的充气泡沫的统称，密度比可燃液体低，能够在可燃液体表面形成一层有黏性的漂浮物，利用窒息和冷却效果来防止或扑灭火灾。灭火泡沫还可以抑制可燃蒸气的生成，从而有效防止二次燃烧的发生。灭火泡沫还具有黏附在燃料表面的特性，能防止燃料受到临近火灾的影响。
泡沫可作为许多可燃液体的防火、控火或灭火介质，但不能应用于流动液体火灾或气体火灾。
AFFF是一种低倍数膨胀性泡沫，能在碳氢液体化合物的表面迅速形成高稳定性的水膜。
6.3.3.3.2 湿粉灭火系统
灭火系统中使用的湿粉溶液通常为碳酸钾和乙酸钾与水混合形成的一种碱性溶液。将这种溶液应用于可燃液体火灾的扑救，可在燃料表面形成快速伸展的蒸气泡沫，利用窒息和冷却效果来扑灭火灾。
6.3.3.4 中、高倍数泡沫介质灭火系统
高倍数泡沫能控制和扑灭固体燃料和液体燃料火灾，作为一种流动灭火介质主要在受限空间中应用。中倍数膨胀性泡沫比高倍数膨胀性泡沫有更好的抗风性，所以能够在室外得到应用。
在适当的发泡条件下，中、高倍数灭火泡沫的膨胀率介于20：1和1000：1之间，能够对受限空间实现全淹没，排出火灾产生的烟气和热量。
中、高倍数膨胀性泡沫对火灾产生如下影响：
a）如果生成的泡沫体积足够大，能够防止空气流动至火源处；
b）泡沫中的水转化为水蒸气，对火焰产生窒息和冷却效果；
c）因为具有相对较低的表面张力，泡沫中未转化为蒸气的溶液可渗透至固体燃料内部；
d）当泡沫聚集到一定厚度后，能形成绝缘层对暴露在外的材料和结构进行保护，同时还能防止火灾蔓延；
e）当泡沫完全覆盖了火焰和燃烧材料后，固体燃料火灾能得到有效控制。如果泡沫足够湿润并能维持较长时间，就能扑灭火灾；
f）对于高闪点可燃液体火灾，当可燃液体表面温度降低至闪点以下时实现灭火；对于低闪点可燃液体火灾，当液体表面上的泡沫覆盖物达到一定厚度时实现灭火。
6.3.3.5 气溶胶灭火系统
气溶胶灭火系统是将固体或液体灭火介质转化为粒径低于微米的粉状气溶胶、细小液滴或雾状气溶胶，释放后在较短时间内就能实现完全蒸发，特别是在靠近火焰的位置或在火焰内部，蒸发速度更快，从而在火灾全面增长之前达到其灭火浓度。
6.3.3.6 输入
输入信息包括：
——火灾荷载（包括建筑类型）；
——火灾场景；
——火灾或烟气规模；
——建筑参数（介质分配装置的位置、特性，介质的灭火特性）；
——灭火系统设计的相关准则。
6.3.3.7 输出
输出信息包括：
——每个喷头所需的介质流动速率；
——灭火效果（热、烟）。
6.3.4 烟/热控制与灭火系统间的相互影响
6.3.4.1 水喷淋系统与防排烟系统的相互影响
水喷淋系统与防排烟系统间通常存在以下三种相互影响：
a）排烟对喷淋启动的影响——当利用热烟气层的浮力来排除燃烧产物时，通常使用风幕或挡烟垂璧将顶棚划分为多个防烟分区，然后通过自动或手动开启的顶棚排烟口进行排烟。挡烟垂壁能从顶棚下降500mm或更多，因此选择喷头安装位置时应注意相互影响。风幕或挡烟垂壁能够影响控制型或抑制型喷头的开启，还可破坏抑制型喷头（ESFR）的布水效果，特别是当火源直接位于挡烟垂壁下方或两个挡烟垂壁的交叉处下方时，这种影响更为明显。由此可能导致过量的喷头随着火灾增长而动作，从而使管网压力降低到可接受的水平之下，并增加了大量的水渍损失。当喷头安装在机械排烟口附近时也会出现类似的情况；
b）排烟口对喷淋效果的影响——在喷淋控制或灭火过程中，如果排烟口自动开启，新鲜空气就可能被引入到封闭空间内。火灾试验结果表明，喷淋系统动作后，排烟口的开启将导致喷头动作数量的增加，从而提高了系统的供水需求。在需要使用防排烟系统的场所，为避免降低喷淋系统的灭火效能，可采用手动方式开启排烟口；如使用自动排烟口，可在喷淋启动和排烟口自动开启之间设定一个时间延迟。另一方面，在喷淋动作之前很早就自动开启排烟口，能够改善能见度，为人工灭火创造良好的条件，如果人工灭火成功，就能减少喷头的启动数量；
c）喷淋对排烟系统效果的影响——距离火源一定范围内的喷头与缓慢移动的顶棚射流相互作用，喷头被淹没在不断变厚的热烟气层内。大多数情况下，喷淋系统对热烟气层的冷却作用降低了烟层的浮力。自然排烟系统主要依靠热烟气层的浮力来排除烟气，如果低估了喷淋系统的冷却作用，排烟系统的效能就达不到设计水平。另一方面，如果高估了喷淋系统的冷却作用，使得烟气层的体积超过了期望值，那么具有固定排烟量的机械排烟系统同样达不到设计效能。如果烟气层温度相对较低，或者喷淋系统处于较高的喷洒速率条件下，烟气可能下沉至热空气层之下，使得能见度降低。
6.3.4.2 全淹没灭火介质与防排烟系统间的相互影响
依靠全淹没效果的灭火系统，比如水雾系统和不同的气体灭火介质（比如二氧化碳）通常不能与排烟系统一起使用，除非通过试验或计算确认排烟系统不会影响灭火系统的效果。通常，需要提供额外的灭火介质来抵消排烟系统对介质产生的损耗。受到气体介质保护的房间或区域，灭火系统的启动应优先于防排烟系统的启动。