（环境工程专业论文）自动喷水灭火系统在高层住宅中的应用研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 本文概要介绍了国内高层住宅水灭火系统的现状及不完善之处，重点阐述了 现行技术标准在实际运用中的不足，提出高层住宅水灭火系统实现便捷化、自动 化的必要性，对高层住宅自动喷水水灭火系统的发展进行可行性的展望。 2 0 1 0 年1 1 月1 5 日，上海静安区一高层住宅楼发生火灾，火灾共造成5 8 人死 亡，7 0 余人受伤。火灾系外墙改造施工过程中违章使用电焊引燃可燃物所致。此 次火灾虽由人为违章动火所致，但是由于住宅内缺乏必要的消防设施，造成火势 迅速向室内蔓延。近年来，随着经济发展及用地紧张，住宅高层化、纵向化成为 必然的趋势，高层住宅消防安全面临全面的挑战。论文叙述了现有高层住宅室内 水灭火系统在高层住宅火灾防控扑救方面的不适应性，结合我国现行国家消防规 范的要求及其他国家的设计经验，提出高层住宅自动喷水灭火系统的设置要点， 根据工程模型选择系统组合方案，并进行水力计算和设备选型，通过对方案之间 经济性、环保性、可靠性等方面的综合比较，得出系统的最优组合方案。研究得 出的结论如下： 为了有效扑救高层居住建筑火灾，防止重大人员伤亡事故，应当设置自动 喷水灭火系统。 高层住宅自动喷水灭火系统按照轻危险等级设计，喷水强度4l i i l i n m 2 ， 作用面积1 6 0 平方米，喷头可设置于户内用房的客厅和户外公共走道以及其他公 共场所。 自动喷水灭火系统可与生活给水系统共用，供水设备采用恒压变频供水设 备，配水支管管材可采用c p v c 管道。 恒压变频供水设备虽然价格较高，但是其高效性的特点是其较之传统的自 动喷水灭火系统更具备使用优势，在后期的使用当中依然能够有效的降低使用成 本，具有极佳的性价比。 c p v c 管道不仅利于用水水质的保护，而且安装方便，更重要的是可在高 温复杂环境下正常工作，完全满足自动喷水灭火系统对配水支管的要求。 利用恒压变频供水设备、c p v c 管道等设备组成，与生活给水管道系统共 用的自动喷水灭火系统，不仅运行可靠，而且能够有效节约用地，更能适应环境 保护的需要，因此该系统具有可发展性和可实际操作性。 关键词：高层住宅，自动喷水灭火系统，可靠性，经济性，环保性 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t t m sa n i c l es 渤a r i z e st 1 1 ec u e n ts t a t u so fd o m e s t i cw a t e re x t i n g u i s l l i n gs y s t e m o nl l i g h r i s ed w e l l i n gh o u s e ，f o c u s i n go nt h es h o r t c o m i n gi na c t u a lu s ef o rm ec u r r e n t s t a i l 捌s ，r a j s i n gt l l e a u t o m a t i o nn e c e s s i t i e so fe x t i n g u i s l l i n gs y s t e mo n1 1 i 曲一r i s e d w e l l i n gh o u s e ，l o o l ( i n gf o m 瑚mt ot 1 1 ef l e a s i b l ed e v e l o p m e n to fa u m a t i cs p r i n l 【l e r s y s t 锄1 1 i 曲埘s ed w e l l i n gh o u s e ， af i r et o o kp l a c ei nah i 曲r i s ed w e l l i n gh o u s ei nj i l l g a i ld i s c t r i c to fs h a n g h a io n n o v 1 5 ，2 0 1 0 ，c a u s i n g5 8d e a _ t l la i l dm o r et h a n7 0 u r i e s 1 1 1 er o o tc a u s eo f l ef i r ei s i l l e g a l l yu s eo fe l e c 仃o n i cw e l d i n go ni n n 猢a _ b l em a t e r i a ld l l r i i 培t h er e n o v a t i o no ft l l e w a l l a l n l o u g ht l l i sf i r ew a sc a u s e db yh u m a nf i a c t o r s ，t l l el a c ko fn e c e s s a r yh y d r a t e i 血a s 饥l c n l r el e dt om e 凤e x t e n s i o no ff i r et om ei i l d 0 0 r s r e c e n t l y ，w i m 也e 触 d e v e l o p m e n to fe c o n o m ya 1 1 dl i i i l i t e dl a i l d ，m e r ei sat r e l l do fk g l lr i s ed w e l l i n gh o u s e w l l i c hc a u s e db i gc h a l l e n g et 0f i r ep r e v e n t i o n & p r o t e c t i o no f1 1 i g hr i s ed w e l l i n gh o u s e 1 1 1 i st 1 1 e s i si n d i c a t e sm ei n a d a p t a b i l i 够o fc u 玎e n tf i r ee x t i n g u i s h i n gs y s t e mo n1 1 i 咖r i s e d w e l l i n gh o u s ed u r i i l gf i r ep r e v e n t i o na i l dp r o t e c t i o i l 1 1 1 i i l l ( o fc u r r e n tn a t i o n a l 舭 p r e v e n t i o na i l dp r o t e c t i o nr e g u l a t i o n sa r l de x p e r i e n c ef r o mo 也e rc o u n t r i e s ，s e tt h ek e y p o i n tf o ra u 幻m a t i cs p r i n “e rs y s t e mf o r1 1 i g h - r i s ed w e l l i i 培h o u s e b a s e do n 1 e e n g i n e e r i n gm o d e l i n gp r o p o s a l ，h y d r a u l i cc o m p u t a t i o na n de q u i o p m e n ts e l e l c t i o nh a s b e e n c o n d l l c t e d t l l r o u g hc o m p a r i s o n b e t v p e e n p r o p o s a l s锄o n ge c o r l o m i c a l ， e n v i r o 啪e n t 址，a i l dr e l i a b i l i t y ，m eb e s tp r o p o s a lh a sb e e nw o r k e do u t 、i mc o n c l u s i o n s a sf o l l o w s ： 1 ) i no r d e rt 0p u td o w nf i r e i nh i g h - r i s ed 、e l l i n gh o u s ea n dp r e v e n td e a t l la r l d i 巧u r i e s ，a u t o m a t i cs p r i n e rs y s t e m n e e d st ob ei n s t a l l e d 2 ) a u t o m a t i cs p r i n “e rs y s t e mo f1 1 i 曲一r i s ed w e l l i n gh o u s e 谢ub ed e s i g l l e da t m i n o rd a i l g e r o u sl e v e l ，s p r a y i n gw a t e ri n t e n s 时4l m i i l m 2f o ra i la r e ao f16 0s q u a r e m e t e r s s p a yc a i lb ei n s t a l l e di nm el i v i i l gr o o m a 1 1 dc o r r i d o r so ro t l l e rp u b l i ca r e a 3 ) a u t o m a t i cs p r i l l l ( 1 e rs y s t e mc a i ls h a r em es a m er e s o u r c ef o rd o m e s t i cw a t e r s u p p l ys y s t e me q u i p p e d 诹t 1 1 骶q u e n c yc o n v e r s i o nc o n s 僦p r e s s u r ew a t e rs u p p l y e q u i p n l e n ta n dc p v cp i p e l i n e 4 ) m o u 曲t l l ep r i c ef o r 舶q u e n c yc o n v e r s i o nc o n s t a l l tp r e s s u r e 袱t t e rs u p p l y e q u i p m e n ti sa b i tk 曲，c o n l p a r e dw i m m et r a d i t i o n a la u m a t i cs 皿n k l e rs y s t e m ，i t 诚u e f f e c t i v e l yr e d u c et h ec o s ti nl a t e rp h a s e 、析t hg o o dp r i c e q u a l i t ) ，r a t i o i i 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 5 ) n o to m yd o e sc p v cp i p e l i n ei sg o o df o rw a t e rp r o t e c t i o n ，b u ta l s oc o n v e i l i e n t t oi n s t a l l m o s t i m p o n a n t l y ， i tc a nw o r k p r o p e r l y u i l d e r c o m p l i c a t e d a j l d 1 1 i 曲一t e m p e r a t u r ee n v i r o n m e n tw h j c hm l l ys a t i s 毋t 1 1 ew a t e rt l l b en e e df o ra u r n a t i c s p r i n k l e rs y s t e m 6 ) w i mt 1 1 ec o m b i n a t i o no f 丘e q u e n c yc o n v e r s i o nc o n s t a l l tp r e s s u r ew a t e rs u p p l y e q u i p m e m ，c p v cp i p e l i n ea i l da u m a t i cs p r i n e rs y s t e mw m c hs h a r e d 谢血d o m e s t i c w a t e rs u p p l ys y s t e m ，i ti sn o t0 1 1 l ys a f e r ，b u tm o r el a l l de f f i e c t i v eu s ea 1 1 de n v i r o m n e n t 衔e n d l y 1 1 1 u sm i ss y s t e mi sp r a i t i c a la 1 1 df e a s i b l e k q w o r d s ：h i g h - r i s ed w e l l i i 坞h o u s e ， a u t o m a t i cs p r i l l l d e rs y s t e m ， r e l i a b l e ，e c o n o m i c a l ，e n v i r o 姗e n t a l i i i 重庆大学硕士学位论文1 高层住宅室内水灭火系统的概述 l 高层住宅室内水灭火系统的概述 1 1 高层住宅室内水灭火系统的现状 1 1 1 境外高层住宅自动喷水灭火系统的现状 在欧美等西方发达国家，住宅已成为火灾发生的重灾区，而且亡人火灾或者 造成较大财产损失的火灾大部分被住宅火灾所占据。据1 9 9 5 年美国消防协会 ( n f p a ) 调查统计，美国建筑火灾有7 2 发生在住宅，其中3 2 0 0 0 起火灾发生在 单栋双并式住宅( o n ea n d 锕。伽n i l y ) ，财产损失6 4 9 千万美元。而所有建筑结 构损失估计达7 6 2 亿美元，其中5 6 损失为住宅。在人员伤亡方面，所有火灾死 亡者，全年4 5 8 5 人，其中7 9 发生在住宅，其中6 6 发生在单栋式住宅 ( s i n g l e i l y ) i ij 。数据表明，美国的住宅火灾问题曾经也相当突出。美国对上 述建筑火灾调研后发现，它既不是因为建筑物的构造，也不是因为建筑物的年龄， 而是由于缺少自动喷水灭火系统。 因此美国、英国、澳大利亚、新西兰等国先后出台关于推广住宅自动喷水灭 火系统的法律法规。以美国为例，在其消防署的大力援助下，由全国民营部门共 同协议决定适合住宅的自动喷水灭火系统。 自动喷水灭火系统的效益 以亚利桑纳州s c 傩s a d a l e 城为例，该城于1 9 8 6 年至1 9 9 5 年间，住宅火灾共 发生5 9 8 起，而有4 4 起发生在安装有自动喷水灭火系统的住宅，其中4 l 起仅1 或2 个喷头就已经把火情控制或熄灭，另外3 起由于是人为采用易燃液体纵火， 需要较多喷头动作。在装有自动喷水灭火系统的4 4 起住宅火灾中皆无人员死亡报 告。另外据全国性火灾统计，在1 0 个火灾死亡者中，有8 个死在无喷头的单栋式 住宅内【l 】o 在自动喷水灭火系统的社会民众接受度、喷头用水量评估方面，经估计住宅 喷头扑灭一场火灾，用水2 0 9 加仑( 约7 9 0 l ) ，而使用消防水带所需水量为3 6 9 0 加仑( 约1 4 0 0 0 l ) 。在火灾损失方面，有住宅喷头的平均损失1 5 4 4 美元，而无自 动喷水灭火系统的是1 1 6 2 4 美元j 。 政策保证 现今美国国内仍有不同团体反对安装住宅自动喷水灭火系统。许多住房建筑 商称自动喷水灭火系统价格昂贵，从安全角度来说也是不必要的弘1 。以纽约地区的 商品住宅为例，增设自动喷水灭火系统会导致在现有房屋的售价基础上再增加 1 6 至1 9 的费用【引。因此为评定安装自动喷水灭火系统的成本是否合理，在1 9 8 6 年s c o t t s a d a l e 城的城市建设委员会开始调查评估其成本对整个市场之冲击。经研 重庆大学硕士学位论文 1 高层住宅室内水灭火系统的概述 究住宅自动喷水灭火系统大约每平方英尺分摊1 6 1 美元，但这种经费可在法令等 价替代中得到补偿。s c o t t s a d a l e 城的建筑法令规定，由于安装自动喷水灭火系统可 减轻火灾，因而可适当增加建筑密度、降低住宅街道宽度、延长死巷( c u l d e s a c ) 长度；在建筑法规方面，采用在建筑结构原有耐火极限的基础上降低1 小时、单 栋式住宅车库采取消防火分隔及耐火极限1 小时的防火门等补偿方法；同时街道 上的室外消火栓间距由3 3 0 英尺延长至7 0 0 英尺，集合住宅建筑可由距离室外消 火栓6 6 0 英尺到1 2 0 0 英尺范围内兴建【4 j 。除此之外，过去的三十年里，市政供水 部门也针对设置自动喷水灭火系统的建筑实施了一系列的策略，包括资金投入和 政策补偿，来弥补火灾扑救中用水消耗所带来的费用支出p j 。 降低造价 由于住宅自动喷水灭火系统的逐渐推广，系统安装的成本已经持续下降，其 主要原因是喷头已有法定设计及法令替代补偿规定；材料较易取得与使用；在商 业上实施开放竞争。 同时在保险业方面，依据系统设计与该地区防灾状况，保险公司在原有住房 者年度住宅保险金的基础上给予其相应的费用补偿率。在加利福利亚，补偿率范 围为o 到1 0 ；在科罗拉多，补偿率范围为3 到1 0 ，在马里兰，补偿率范围为 4 到1 0 【6 】。 自动喷水灭火系统立法 美国住宅自动喷水灭火系统实施立法情况： 1 9 7 8 年，加州之s a i lc l e m e n 仃e 地区，在美国第一个立法并要求在新建住宅内 设置自动喷水灭火系统l l j 。 1 9 8 0 年，旧金山投入住宅应用计划并执行测试，其中有项活动是监控、检验 全国性住宅喷头的灵敏度( a c t i v a t i o n s ) ，以及从每一次火灾喷头动作后，追踪统 计人员生命与财产损失伤亡情况j 。 1 9 8 6 年，华盛顿开始要求所有新建集合住宅配置自动喷水灭火系统，并要求 距离消防队到达需4 分钟以上的住宅皆需安装喷头设备。在纽约要求所有新建单 栋式住宅必须有自动喷水灭火系统，以保护居住者安全j 。 加州地区曾制订法规，要求各种不同新建单栋式与集合住宅，皆需安装自动 喷水灭火系统u j 。 亚利桑那州s c o t t s a d l e e 城，1 9 8 5 年已制订设置自动喷水灭火系统的法规，要 求在市区的每一幢新建企业性、商业性、住宅性等建筑的每一空间内都需有自动 喷水灭火系统【l j 。 在1 9 7 5 年美国发展第一个住宅喷头规格基准后，标准持续更新扩充，现今有 n f p a l 3 标准，适用于宽广建筑物【；n f p a l 3 d 标准适用于单栋双户式与房屋建 重庆大学硕士学位论文 l 高层住宅室内水灭火系统的概述 造业p j ；n f p a l 3 r 标准适用于4 层以上楼房【9 1 。另外在1 9 9 2 年加入的n f p a 2 5 标 准适用于修理、测试与水系统的维护【l 。 未来行动 为进一步推广住宅自动喷水灭火系统，美国今后将采取3 个行动： 1 ) 公布有关自动喷水灭火系统拯救人数及保护财产的基本数据。鼓励消费者 在其居所安装该系统来保护他们的家。房主设置该系统不仅保护生命，也保护财 产、家具和其他可想象的居住安全。 2 ) 教育民众有关住宅自动喷水灭火系统的科学技术。该系统通过谨慎设计， 有其先进的可靠性和反应灵敏性。到目前为止，经验证明，9 0 的火灾，仅一个喷 头就能涵盖一般性初期火势，而每个喷头是各自反应的，火情很少蔓延或超过起 火室的界限。据美国消防协会统计，在8 1 4 2 5 次火灾中，有9 6 2 是由自动喷水灭 火系统扑灭的。 3 ) 宣传报道并刊登一些相关评论。设置自动喷水灭火系统的住宅，发生小火 警时可减少求助于消防部门，并以降低火灾人命伤亡而避免检、警、消等相关公 共部门一连串的作业。同时因火灾问题得到控制而使资源分配得以转移至其他公 共部门，特别是高危群人员，使其安全有所保障。 1 1 2 国内现有高层住宅水灭火系统的现状 高层住宅，其定义为十层及十层以上的居住建筑( 包括首层设置商业服务网 点的住宅) 。因为我国经济建设尚处于发展阶段，大多数家庭的经济能力十分有 限。人们担心在房价居高不下的情况下，如果在高层住宅中全面普及自动喷水灭 火系统，很大程度上会增加房屋建设的成本，最终可能出现人们无法负担高额房 价的情况。同时我国普遍存在公共建筑火灾危险性大于住宅的观点，往往在公共 建筑上设置比较完善的自动喷水灭火系统，而住宅应对火灾的设防等级相当低。 即使将在住宅内设置自动喷水灭火系统，大多数人也会认为不方便，因为管道和 喷头的安装会给室内装修施工带来麻烦，影响居室环境的美化。基于建筑的经济 成本和使用方面可能存在的不便利性，根据现行国家消防技术标准的相关规定， 目前高层住宅室内水灭火系统由室内消火栓系统、自动喷水灭火系统组成。不同 类型的高层住宅，其室内水灭火系统组成具体如下： 建筑高度超过1 0 0 米的一类高层住宅 高层民用建筑设计防火规范( g b 5 0 0 4 5 - 9 5 ) 第7 6 1 条规定，“超过1 0 0 米的高层建筑及裙房，除游泳池、溜冰场、建筑面积小于5 平方米的卫生间、不设 集中空调且户门为甲级防火门的住宅的户内用房和不宜用水扑救的部位外，均应 设置自动喷水灭火系统】。当这类高层住宅的户门为甲级防火门且不设置集中空 调时，室内水灭火系统由室内消火栓系统、自动喷水灭火系统组成，自动喷水灭 重庆大学硕士学位论文1 高层住宅室内水灭火系统的概述 火系统设置在建筑的公共场所处；如果设置集中空调或户门为普通门时，建筑的 户内用房及公共场所均应设置自动喷水灭火系统。 建筑高度不超过1 0 0 米的一类高层住宅 高层民用建筑设计防火规范( g b 5 0 0 4 5 9 5 ) 第7 6 2 条规定，“建筑高度 不超过l o o 米的一类高层建筑及其裙房，除游泳池、溜冰场、建筑面积小于5 平 方米的卫生间、普通住宅、设集中空调的住宅的户内用房和不宣用水扑救的部位 外，均应设置自动喷水灭火系统”【l 。当这类高层住宅为普通住宅时，室内水灭火 系统仅有室内消火栓系统组成；如果设置集中空调时，建筑的公共场所及户内用 房应设置自动喷水灭火系统。 二类高层住宅 高层民用建筑设计防火规范( g b 5 0 0 4 5 9 5 ) 第7 6 3 条规定，“二类高层 公共建筑下列部位应设自动喷水灭火系统：公共活动用房；走道、办公室和旅馆 的客房；自动扶梯底部；可燃物品库房”l i 。这类高层住宅的室内水灭火系统仅由 室内消火栓系统组成。 由此可见，自动喷水灭火系统在我国高层住宅内的普及度十分低，即使是超 过1 0 0 米的一类高层住宅，建筑开发商为了节约施工成本，往往也会尽量避免自 动喷水灭火系统进入户内用房，而且他们也会以诸如即使该系统进入户内用房， 由于房主缺乏保护消防设施的意识，根本无法对其进行有效的管理和维护等理由， 拒绝自动喷水灭火系统进入房间。因此承担高层住宅灭火任务的重担只能落在室 内消火栓系统的身上。 1 2 室内消火栓系统与高层住宅消防安全需求的矛盾 1 2 1 国内高层住宅消防安全现状 自动喷水灭火系统的优点是当火灾发生时，该系统能够通过对火场温度的探 测，第一时间喷水阻止火势的蔓延，为消防队扑救火灾和组织人员疏散赢得时间。 但是为了节约成本和使用方便而省去自动喷水灭火系统，高层住宅的消防安全现 状并不乐观。江苏省共有高层建筑2 1 万幢，2 0 1 0 年全省共发生高层建筑火灾7 2 起，较之2 0 0 9 年火灾起数增加了一倍，其中高层住宅火灾占6 1 ；重庆市渝中区， 全区陆地面积1 8 5 4 平方公里，除在建工程，现有高层建筑1 2 1 1 栋，其中高层住 宅占高层建筑总数的8 0 。据统计，2 0 1 2 年1 月以来渝中区共发生火灾6 3 起，导 致2 人死亡，1 人受伤。这3 起造成人员伤亡的火灾均发生在高层住宅内。 通过对上述火灾数据的分析，可以将导致高层住宅发生火灾及火势蔓延扩大 的原因归纳为如下几点： 4 重庆大学硕士学位论文1 高层住宅室内水灭火系统的概述 我国相当一部分高层住宅均为上世纪8 0 、9 0 年代的产物，在设计和修建 上缺乏与之相适应的国家消防技术标准的支撑，消防安全设防等级低，从而在火 灾防范和扑救中存在“先天不足”，火灾发生后无法采取有效措施防止火势蔓延扩 大。 随着人民生活水平的提高，对居住环境的美观性、舒适性、高科技性有了 更高的要求，大量高分子化工材料运用于住宅的室内装修，这些装修材料大部分 为可燃和易燃材料。同时大量自动化电气设备的运用，加之人为的疏忽，供电线 路安装的不规范，住宅内电气线路经常发生过负荷、接触不良、短路等情况。由 此高层住宅的火灾荷载不断增大，导致火灾的危险因素日趋增多。 国内物业管理单位对消防设施的管理维护水平不容乐观，不善管、不会管， 导致室内消火栓系统故障乃至瘫痪的情况屡见不鲜。有的高层住宅甚至无物业管 理单位，室内消火栓系统长期处于停摆状态，消防水枪、水带被盗的情况时有发 生。以重庆市渝中区为例，目前统计在列的高层住宅，有8 6 的高层住宅无物业 管理单位，普遍存在室内消火栓系统故障，配件被盗的情况。本来就略显单薄的 室内消火栓系统，更无法满足日常火灾防范和扑救的需要。 1 2 2 室内消火栓系统存在的弊端 通过对我国高层住宅消防安全现状的调研和分析，现行国家消防技术标准所 规定的室内消火栓系统己很难满足住宅急速高层化而对火灾防范和扑救提出的更 高需求。面对高层住宅火灾日益频发的趋势，室内消火栓系统在阻止火势蔓延、 扑救初期火灾方面显得心有余而力不足。 室内消火栓系统缺乏便利性 根据高层民用建筑设计防火规范( g b 5 0 0 4 5 9 5 ) ( 2 0 0 5 年版) 相关规定， 建筑高度1 0 0 米以内高层普通住宅的水灭火系统只有室内消火栓。室内消火栓由 消火栓箱、消火栓阀、水龙带、水枪、消防水泵启动按钮组成。水枪一般为直流 式，口径为1 9 m m 。水带口径一般为6 5 m m 【j 。室内消火栓水枪喷嘴处的压力及流 量见表1 1 。 高层民用建筑设计防火规范( g b 5 0 0 4 5 9 5 ) ( 2 0 0 5 年版) 第7 4 6 2 条规 定，建筑高度不超过1 0 0 米的高层建筑，充实水柱不应小于1 0 米；建筑高度超过 1 0 0 米的高层建筑，充实水柱不应小于1 3 米i i 。由此可见，国内高层住宅的室内 消火栓系统水枪喷嘴压力至少在1 3 6m h 2 0 到2 0 6m h 2 0 之间。假设一栋3 3 层的 高层住宅发生火灾，起火部位位于第1 5 层，使用该楼层的室内消火栓消火栓灭火， 启动消防水泵后其水枪处的后坐力至少为6 公斤，同时消防水龙带自重一般为4 公斤。作为专业的消防队，此时需要两名消防员一前一后以半蹲姿势紧握水枪和 水龙带，才能防止由于后坐力致使水枪失去控制伤人的威胁以及确保水枪能够准 重庆大学硕士学位论文 l 高层住宅室内水灭火系统的概述 确瞄准起火部位灭火。因此，一个未受过专业训练的普通居民，想要熟练地运用 室内消火栓扑救火灾显得非常困难和危险。操作相对方便的自救式消防卷盘，其 由小口径室内消火栓( 口径为2 5 m m 或3 2 删m ) 、输水胶管( 内径1 9 咖n ) 、小口 径开关水枪( 喷嘴口径为6 8 舢 1 1 或9 m m ) 和转盘配套组成，目前安装范围仅限于 高级旅馆、重要的办公楼、一类建筑的商业楼、展览楼、综合楼和建筑高度超过 1 0 0 米的其他高层建筑。虽然该设备简便易操作，即使应用于高层住宅，仍存在一 定的局限性： 1 ) 自救式消防卷盘出水量小，属于辅助灭火设备，不能完全满足火灾扑救的 需要； 2 ) 自救式消防卷盘采用输水胶管，可能因高温、潮湿等环境因素的影响而老 化变形，影响正常使用； 3 ) 自救式消防卷盘的喷嘴采用金属制作，经常发生被偷盗的情况； 4 ) 自救式消防卷盘需要人员操作，由于大多数居民缺乏消防常识，发生火灾 后只顾逃命，致使其成为了一种摆设，不能充分发挥应有的作用。 5 ) 由于自救式消防卷盘出水量小且质量轻，便于控制与使用，用户有可能会 将其引入自己的生活用水中，最终导致因消防用水水质不能达到饮用要求而产生 的身体健康问题 因此室内消火栓及自救式消防卷盘在使用上仍然存在不可靠因素。 表1 1室内消火栓水枪喷嘴处的压力及流量表 ! 垫! 曼! ：! 里堡! ! 竺堡塑璺! ! 旦旦竺旦竺垒! ! 垡! ! 堡业璺墅! ! 丝g i 型 充实水柱 水枪喷口直径( m m ) ( m ) 室内消火栓系统不能在第一时间有效控制火势 6 重庆大学硕士学位论文 1高层住宅室内水灭火系统的概述 火灾，其定义为在空间和时间上失去控制的燃烧而造成的灾害。火灾的发展 分为三个阶段，即初起阶段、发展阶段、猛烈燃烧阶段。各阶段的燃烧特征如下： 初起阶段：燃烧范围不大，建筑物本身尚未燃烧，燃烧仅限于初始起火点附 近；室内温差大，在燃烧点及其附近存在高温，室内平均温度低，燃烧蔓延速度 较慢，在蔓延过程中火势不稳定，燃烧蔓延时间因点火源、可燃物性质和分布、 通风条件等影响，差别很大。 发展阶段：火灾范围迅速扩大，除室内可燃物、家具等卷入燃烧外，建筑物 的可燃装修由局部燃烧迅速扩大，温升很快，当达到室内固体可燃物全表面燃烧 温度时，被高温烘烤分解、挥发出的可燃气体使整个房间充满火焰，同时燃烧分 解出大量高温有毒气体充斥着整个房间。 猛烈燃烧阶段：房间内所有可燃物都在猛烈燃烧，房间内温度迅速升高，持 续性高温，火灾高温烟气从房间开口大量喷出，火灾蔓延到建筑物其他部分。建 筑构件承载力不断下降，甚至造成局部或整体坍塌破坏。 从以上燃烧各阶段的特征可以得出结论，扑救火灾的最佳时间段应在其初起 阶段。如果能在火灾初起阶段有效控制火势蔓延，将为火灾的扑救和人员的疏散 赢得时间。 自动喷水灭火系统一般由温感闭式洒水喷头、报警阀组、水流报警装置等组 件，以及管道、阀件、供水设施组成。当可燃物燃烧产生高温时，洒水喷头能在 第一时间探测到高温并喷水控制火势l i2 。，同时由水流报警装置向消防控制室报警； 随着系统持续喷水，报警阀组将报警并启动供水设施，源源不断向管道内补水， 保证足够的水量控制火势蔓延。2 0 0 7 年1 月，位于渝中区朝天门的金海洋商场2 7 层发生火灾。经对火灾现场勘查发现，该起火灾系建筑2 7 层外阳台市政碘钨灯引 燃周围可燃物所致。由于室内安装了自动喷水灭火系统，洒水喷头探测到高温并 及时动作，有效控制了火势向室内蔓延。此次火灾，燃烧面积仅为1 0 平方米，且 过火区域仅为未安装洒水喷头的外阳台。 目前，国内大多数高层住宅( 建筑高度不超过1 0 0 米) ，仅安装有室内消火 栓，而“高压力、大重量”的特点决定了其操作必须由专业的消防员完成。在我国， 消防队站的设置是按照从队站到辖区边缘行驶时间不超过5 分钟来布置的，同时 车辆出动也严格遵循从接警到车辆出库白天不超过5 0 秒、夜间不超过1 分钟。可 是以上数据仅限于理论状态，由于道路通行情况、路面状况、气候因素等影响， 加之火场及周边的各种复杂因素，往往待消防队到达火场时，火势已经处于发展 阶段或是猛烈阶段。因此高层住宅发生火灾，室内消火栓根本无法实现第一时间 控制火势的目标。2 0 l o 年1 1 月1 5 日1 4 时，上海静安区一高层住宅发生火灾，短 短几分钟，火势沿着外墙施工防护网，由一小堆电焊火星发展成了全方位的立体 重庆大学硕士学位论文 1 高层住宅室内水灭火系统的概述 燃烧。由于施工现场堆积了大量聚氨酯保温材料，住户的户内用房可燃物装修材 料多，火势瞬间从外墙向建筑内部蔓延。同时火灾发生在居民的午休时间，该住 宅内居住的大多数为退休教师，且多数居民未参加过系统的消防安全培训，火灾 发生后无法使用室内消火栓及时灭火，而各层户内用房又缺乏自动喷水灭火系统 的保护，最终导致该建筑全面过火，5 8 人死亡，7 0 余人受伤的巨大人员和财产损 失。 随着国家经济地不断发展，用地紧张导致住宅迅速高层化，加上大量可燃、 易燃装修材料大量运用于家庭装修，高层住宅火患相当突出。面对日益频发的高 层住宅火灾，仅靠室内消火栓系统已无法满足火灾扑救的需要，无法有效控制火 势从而减少人员和财产损失。 室内消火栓系统不利于环境保护 1 ) 室内消火栓用水量大于自动喷水灭火系统 以普通一类高层住宅为例。根据高层民用建筑设计防火规范( g b 5 0 0 4 5 9 5 ) ( 2 0 0 5 年版) ，室内消火栓用水量不应小于2 0 l s 。发生火灾时，按其火灾延续 时间2 小时进行计算，其用水量为1 4 4 i n 3 。 根据自动喷水灭火系统设计规范( g b 5 0 0 8 4 2 0 0 1 ) ( 2 0 0 5 年版) ，假设 将一类高层住宅定为中危险级i 级，其喷水强度为6 l m i n m 2 ，作用面积为1 6 0 m 2 u 川。系统理论秒流量为1 6 0 x 6 6 0 = 1 6 l s ，实际秒流量为理论秒流量的1 1 5 倍，即 1 8 4l s 。按照其火灾延续时间1 小时进行计算，其用水量为6 6 2 4 r n 3 。 由此可见，如果自动喷水灭火系统能在室内消火栓被使用前控制住火势，或 者扑灭火势，则其用水量未到室内消火栓用水量的一半。即使必须使用室内消火 栓时，由于自动喷水灭火系统参于扑救，也可有效减少火灾延续时问，从而降低 室内消火栓的用水量。据美国防火研究协会调查得出结论：发生火灾时，相对于 设置自动喷水灭火系统的住宅，未安装该系统的住宅所需的平均消防用水量增加 至前者的1 2 0 0 【1 4 j 。 2 ) 水渍污染 室内消火栓系统的管道材质大多为碳素钢管或无缝钢管，由于管道内的水常 长期处于静止状态，管道内的杂质、铁锈便会在水中沉积并污染水质。因此当使 用室内消火栓扑救火灾时，往往从管道中会喷出大量锈黄色且带异味的水，给建 筑物带来难以消除的水渍污染，不利于居住环境的保护。 自动喷水灭火系统虽然也采用内外镀锌钢管，但是由于该系统在每一楼层可 设置末端试水装置，必要时可放水保持管道内部水体的流动性，在一定程度上保 持水质的洁狰性。同时由于自动喷水灭火系统经过仔细的设计，除发生火灾的情 况下，一般是不会喷水的，而且动作时也仅限于着火区域。根据美国亚利桑纳州 重庆大学硕士学位论文 l高层住宅室内水灭火系统的概述 s c o t t s a d a l e 城15 年的研究统计，相比较于自动喷水灭火系统扑救一场住宅火灾所 需平均用水量每分钟2 5 加仑( 约为9 5 l m i n ) ，消防员利用室内消火栓扑救类似 火灾的用水量大约为每分钟2 5 0 加仑( 约为9 5 0l m i l l ) 【j ) 。因此一旦发生火灾， 自动喷水灭火系统动作产生的水渍污染比室内消火栓小得多，更利于对居住环境 的保护。 1 2 3 住宅自动喷水灭火系统的研究现状 为了解决仅设室内消火栓的上述弊端，关于住宅设置自动喷水灭火系统的研 究已经在我国展开。2 0 0 7 年5 月1 日，我国颁布了简易自动喷水灭火系统( c e c s ： 2 1 92 0 0 7 ) ，其中提到居住场所可设简易自动喷水灭火系统引。但是由于目前国 内未制定相应标准，该技术无法获得肯定，工程应用市场还有待规范。 1 3 小结 在我国，高层住宅已成为火灾发生的热点，其危害性和社会影响性决定了高 层住宅的火灾防控必须依托高自动化的主动性灭火系统。自动喷水灭火系统不仅 能够探测火灾的发生，并且能够迅速精确地喷水控制火势，从而有效减小火灾带 来的经济损失，在一定程度上也兼顾了对环境的保护和水资源的节约。因此，自 动喷水灭火系统应当广泛运用于高层住宅。 重庆大学硕士学位论文 2 课题的提出 2 课题的提出 2 1 课题研究的目的和意义 高层住宅水灭火系统作为高层住宅火灾扑救的重要组成部分，直接影响到建 筑的安全性以及社会影响。随着我国经济的高速发展，住宅的建筑高度不断攀升， 传统的室内消火栓系统已经不能很好地控制火势蔓延、扑救初起火灾，尤其是在 现阶段高层住宅火灾负荷不断增加的现状面前，仅依靠室内消火栓系统很难充分 保障住户人身安全和财产安全。依据国外经验及实例，将自动喷水灭火系统的安 装普及到高层住宅，能够很好地解决高层住宅火灾防控的问题。但是，将自动喷 水灭火系统引入所有高层住宅中，还存在着诸如成本、可靠性等问题需要解决， 因此结合工程模型，提出系统的两种安装方案，从适用性、经济性、环保性、可 靠性等多方面进行分析评价，选出最优方案，为今后高层住宅水灭火系统的应用 提出可行性建议。 2 2 课题研究的内容 对高层住宅自动喷水灭火系统的适用性进行分析。 提出高层住宅自动喷水灭火系统设计的合理性和准确性 通过可靠性、经济性、环保性评估，研究高层住宅自动喷水灭火系统的最 优解决方案。 2 3 课题研究的技术路线 结合国内外技术标准和工程实例，提出适用的高层住宅自动喷水灭火系统 安装方案。 建立工程模型，根据提出的高层住宅自动喷水灭火系统安装方案，选择较 为合适的水力计算方法，计算出各方案的具体参数，选取符合条件的系统设备。 根据选取的设备，通过对成本的计算，从经济性角度对方案进行评价。 从环境保护角度对各方案进行评价。 根据技术安全性、安装工艺和运行原理，对各方案的可可靠性进行评价 综合经济性、环境保护等方面的因素，得出最优的高层住宅自动喷水灭火 系统设计方案。 其技术路线图见图2 1 。 重庆大学硕士学位论文 2 课题的提出 图2 1 课题研究技术路线 f i 9 2 1 p a t ho fs t u d yo nt a s k 重庆大学硕士学位论文 3 住宅自动喷水灭火系统的组成及要求 3 住宅自动喷水灭火系统的组成及要求 3 1 住宅自动喷水灭火系统的组成 通过借鉴国外住宅自动喷水灭火系统的使用经验，结合现行消防技术标和工 程案例，利用现有设备及材料，建立适用的住宅自动喷水灭火系统安装方案。 3 1 1 方案一 方案一由消防水池、消防水泵、湿式报警阀组、屋顶水箱、自动喷水灭火系 统管网、喷头组成。该方案借鉴公共建筑自动喷水灭火系统的安装经验，技术成 熟，施工工艺较易掌握。其系统组成见图3 1 ： 图3 1方案一系统组成图 f i 9 3 1 f o n no fs y s t e mo np 叫e c to n e 3 1 2 方案二 方案二由生活给水系统和自动喷水灭火系统共用水池、恒压变频供水设备、 稳压罐、生活给水系统和自动喷水灭火系统共用的配水干管、自动喷水灭火系统 配水支管、喷头、生活给水系统配水支管、用户水龙头组成。该方案借鉴国外自 动喷水灭火系统的使用经验，利用恒压变频供水设备的运行特点，实现了生活给 水系统与自动喷水灭火系统共用供水设备和配水干管，有效减少了设备投入。其 系统组成见图3 2 。 重庆大学硕士学位论文 3 住宅自动喷水灭火系统的组成及要求 图3 2 方案二系统组成图 f i 9 3 2 f o mo f s y s t e mo np r o j e c tt w o 3 2 住宅自动喷水灭火系统的要求 3 2 1 可靠的水源 方案一 方案一的供水水源为消防水池，其有效容积应当包含自动喷水灭火系统在火 灾延续时间1 小时内的消防用水量，结构可采用钢筋混凝土。这样可有效确保消 防水源。 方案二 方案二由于生活给水系统和自动喷水灭火系统合用水源，因此水池的有效容 积不仅应满足生活用水的需求，同时还应满足自动喷水灭火系统在火灾延续时间1 小时内的消防用水量。其有效容积可为生活用水量与自动喷水灭火系统用水量之 和。为了有效避免出现生活用水“抢”消防用水的情况，应采取措施，防止消防用水 作为他用，即设置水池进水液位控制器以及在水泵吸水管上设置电控真空破坏器， 当共用水池的水位下降，则进水控制阀打开，由市政管网向水池补水；当水位降 至自动喷水灭火系统用水水位线时，通过液位控制器向电控真空破坏器发出信号 使其动作，同时水泵停止向生活给水系统供水：自动喷水灭火系统动作后，通过 水流指示器向消防控制中心发出报警信号，由消防控制中心关闭电控真空破坏器， 启动水泵向自动喷水灭火系统供水。同时该水池可采用钢筋混凝土结构，并严格 重庆大学硕士学位论文 3 住宅自动喷水灭火系统的组成及要求 按照生活饮用水水池的标准设计，确保饮用水质不受污染。这样不仅能够保证水 源可靠，而且系统内的水质较好，也可有效避免喷头被杂质堵塞的情况发生。 3 2 2 消防水泵 方案一 根据自动喷水灭火系统设计规范( g b 5 0 0 8 4 2 0 0 1 ) ( 2 0 0 5 年版) 推荐的 计算方法，即作面积法计算系统的设计流量，并根据最不利喷头的工作压力、系 统的水头损失、建筑高度以及水泵安装位置确定系统所需水泵扬程，结合水泵的 o h 曲线，合理地选择x b d 型多级立式消防水泵，确保其流量和扬程能够满足自 动喷水灭火系统正常工作的需要，且按一用一备配置消防水泵。 方案二 方案二采用恒压变频供水设备。该设备系运用当今最先进的微电脑控制技术， 将变频调速器与电机水泵组合而成的机电一体化高科技节能供水装置。其组合方 式可采用恒压变频水泵加辅助气压罐、全恒压变频泵或恒速泵加恒压频泵的运行 方式。 1 ) 运行原理 a 恒压变频水泵加气压罐运行方式 该供水设备以水泵出水端水压( 或用户用水流量) 为设定参数，通过微机自 动控制变频器的输出频率从而调节水泵电机的转速，实现用户管网水压的闭环调 节，使供水系统自动恒稳于设定的压力值：即用水量增加时，频率提高，水泵转 速加快：用水量减少时，频率降低，水泵转速减慢；当供水压力高于水泵启动压 力值时，自动停运水泵，由辅助气压罐运行。这样就保证了整个管网随时都有充