早期快速反应喷头的特点

    在喷淋系统中，ESFR喷头具有独特的作用。ESFR(EarlySuppressionFast-Response)喷头，称为早期压制快速反应喷头。它是一种快速反应，即响应时间指数(RTI)小于50，并能够对特定的高挑战火灾起到火灾压制作用的喷头。应该注意到，这种精密测试和设计的喷头，其灭火效果取决于快速反应与喷头水流分布的一致性。ESFR喷头设计的目的，是向快速增长的火灾喷射大量的水，以达到压制火灾，而不是控制火灾。
    ESFR喷头主要用于保护仓库场所。必须注意避免混淆ESFR喷头与其它快速反应喷头在使用上的区别。除ESFR喷头以外，其它快速反应喷头不能用于火灾压制。
    ESFR喷头的作用是火灾压制(FireSuppression)，而不是火灾控制(FireContro1)。根据NFPA 13的定义，火灾压制是直接充分地将水透过火焰，喷射到燃烧物表面，明显地减少火焰热量的释放防止其重新增长。火灾控制是通过喷水而减少火灾热量的释放，并且预先湿润火焰周围的可燃物，同时控制吊顶下烟气的温度，以避免建筑物的结构损坏，实现控制火灾规模的目的。
    火灾压制概念在水喷淋系统中的充分实现是在1988年的春天，当第一只ESFR喷头被制造出来以后。火灾压制是一个定性的概念，因为它没有说明达到何种程度，例如，1O9／5还是5O9／5。要达到火灾压制的目的，就必须减少火焰的热释放率。
    如果喷头所喷射的水量能覆盖火焰，尤其是靠近着火的区域，该喷头就能够达到1009／5地减少自由燃烧的纤维物质，如房屋中木材的热释放率--也就是说，彻底扑灭。相比之下，如果储存高度1Oft(3m)的塑料类货物的燃烧点在靠近地面附近，由于货物存放在木制的货盘上，由喷头到达火灾的水有一部分受到阻挡，那么很可能达不到100地减少火灾的热释放率。喷头及其喷射水量到火灾被遮挡的程度，是影响喷淋系统火灾压制效果的关键因素。
    图1简单地表示了热量释放率曲线，以及被用于火灾控制的喷淋系统相对于火灾压制的喷淋系统所产生的影响。目前，唯一能够达到火灾压制效果的是ESFR喷头。
    ESFR喷头是通过检测喷头的热敏感性和水流分布特性相结合，达到早期火灾扑灭效果演变而来的。其概念是这样的，如果有足够量的水在火灾的早期阶段喷射出来，并穿透发展阶段的烟羽区，那么就可以起到对火灾的扑灭作用。一旦该火灾达到了很大的规模，扑灭该火灾的可能性就大幅度地降低了。
    快速而炽热的火焰能够以两种方式挫败扑灭火灾的努力，一股强烈向上的抽力是严重火焰的特点，它可以减少达到燃烧物表面的水量。穿过烟羽区的水滴，或者在到达火焰之前被蒸发掉，或者被吹离该火焰。燃烧猛烈的火焰还能够造成距火焰一定距离的喷头打开。这些打开过多的喷头导致距离火焰最近的喷头所喷出的水量减少，由于距火焰一定距离动作的喷头所喷出的水不能到达该火焰，或直接预先润湿该火焰的周围，这些喷头对于达到灭火效果没有帮助。
    由于其他种类的喷头动作比较缓慢，如以控制火灾为目的普通喷头，没有与ESFR喷头类似的水流分布特性。对于普通喷头，大规模的火焰的发展先于第一个喷头的动作。直到火灾控制阶段，火焰强度能够维持在一个上升状态。火灾控制的概念是提供足够的喷水量，使火灾不会扩散并超出喷淋系统的设计保护面积。普通喷头被用于防止火灾扩散，通过逐步地减少其强度，通过充分地预先湿润火焰周围的可燃物，使其不被点燃。与此同时，喷头喷射的水量能够吸收热量并冷却周围的空间，包括含有结构部件的区域，从而防止建筑物倒塌。
另一方面，火场中的ESFR喷头动作早于标准型喷头，在严重火灾发展过程中，能提供充足的喷射水量来扑灭火焰。原则上讲，早期压制由下列三个参数决定：(1)热敏感性(RTI)；(2)需要喷水密度(RDD)；(3)实际喷水密度(ADD)。
    一个ESFR喷头必然具有与上述三个要素相关联的特性，没有详细阐述这三个要素的系统不能相信其能起到早期压制的效果。所有的这三个要素都是可以互相独立地测量的。
    当喷头处在火灾之中时，喷头的热敏感性是它的感温元件的热敏感性或反应速度的可测量的表达参数。喷头的热敏感性最为通用的测量参数是响应时间指数(RTI)。RTI是ResponseTimeIndex的缩写。喷头的RTI≤50，称为快速反应喷头；RTI≥80，称为普通喷头。喷头对于火灾的反应越迅速，其RTI值越低。通常情况下，相对于喷头的标定温度，RTI值几乎没有变化。
    对于给定的火灾情况，一个喷头的反应时间是其感温元件的热敏感性、其标定温度及其相对于火灾距离的函数。由于热量的延迟与动作元件的质量有关，靠近喷头处烟气的温度能达到高于喷头标定温度的数值。这可能对于具有较高RTI，以早期压制为目的喷头的灭火能力具有不利的影响，因为火灾在第一个喷头动作以前，有可能发展成更大的规模。
    较小规模的火灾通常比较大规模火灾更容易压制。喷头打开的越迅速，压制火灾所需要的水量越小。对于具有相同动作温度、RTI值较低的喷头，在火灾迅速发展过程中，其启动速度较RTI值高的喷头动作更为迅速。
    RDD(RequiredDeliveredDensity)称为需要喷水密度。RDD是一个反映喷头达到压制火灾效果所需要水量的参数。该值取决于喷头动作时火灾的规模。
    ADD(AetualDeliveredDensity)称为实际喷水密度。ADD是一个反映由喷头喷射到火焰上实际水量的参数。ADD是在火灾试验过程中，通过测量燃烧物上方水平放置的集水盘内所收集的水量来确定的。ADD是反映火灾发生过程中，喷头的水力分布状况和水滴穿透能力的方法。喷头动作所需时间越长，火灾发展的越迅速，那么ADD值越小。ADD是火焰发生的速度、水滴的动量和尺寸、水滴由喷头到火焰距离的综合函数。
    RTI、RDD和ADD是起控制作用的三个参数，它们反映了早期火灾压制与时间相关的特性。理论上讲，水被喷洒到逐步发展的火灾上越早，RDD值越小，ADD值越大。换句话说，喷头反应越快(RTI值小)，RDD值越小，ADD值越大。相反地，水喷射的越晚(RTI值大)，RDD值越大，ADD值越小。当ADD小于RDD时，喷头的喷水不会起到早期压制的作用。很显然，对于某一被保护的场所，早期压制取决于ESFR喷头的正确安装，且喷头满足与RTI、ADD及RDD参数相关的性能标准。图2表明了当ADD超出RDD时早期压制的一般概念。
    在以前的理论中，没有充分考虑到由第一个动作的ESFR喷头喷射到燃烧物上的实际水量，而这是一个很关键的问题。对于以火灾压制为目的的ESFR喷头，有两个问题需要特别注意，一是合理地确定喷头的位置和间距，确保在火灾的初期阶段喷头能够动作；二是减少阻挡物对于喷头喷水的影响，这样喷头喷射出的水可以直接到达火焰的底部。在理想的情况下，没有阻挡的火灾可以被彻底扑灭；在最不利的情况下，由喷头到火焰的水流受到阻挡，火灾的热释放率被明显地减少到类似于重新点燃的状态。只有保证足够的实际喷水密度，才能实现ESFR喷头火灾控制的目的。