某高层建筑消防系统设计[精选]

1、某高层建筑消防系统设计前言火灾是一种突发性的灾害现象，具有极强的破坏性，对人们的生命财产安全有极大的威胁，随着火灾的发生还会造成严重的环境污染。随着我国建筑业的发展，高层建筑随地可见，人们对高层建筑的消防功能有了更高的要求，同时对火灾的认识也更加深刻，根据不同的被保护对象、不同的建筑防火等级和不同的燃烧机理，发明了不同的防火、灭火的方法。自动喷水灭火系统是一种固定式灭火系统，在高层建筑和火灾危险性较大的建筑物中应用较为广泛，具有很高的实用价值。它具有灭火效率高，可靠性高和价格低廉的特点。当火灾发生时，系统能自动的检测到火灾、发出报警信号并进行喷水灭火。大大的降低了火灾对人们的危害，为人民的生命

2、财产安全提供了保障。1 系统方案的确定1.1 自动喷水系统分类和主要部件自动喷水灭火系统的分类是根据被保护建筑物的防火性质和火灾发生发展特性的不同来确定的。根据系统中使用的喷头的形式的不同，自动喷水灭火系统又分为开式灭火系统和闭式灭火系统两大类，同时又分为湿式自动喷水灭火系统、干式自动灭火系统、干湿式自动灭火系统、循环启闭自动灭火系统、预作用自动喷水灭火系统、雨淋系统、水喷雾灭火系统、水幕系统。湿式喷水灭火系统的主要组成包括喷头、报警止回阀、延迟器、水力警铃、压力开关、水流指示器、管道系统、供水设施、报警装置及控制盘等组成，适用温度不低于4度和不高于70度，主要器件如图1.1-1所列。1.2

3、方案的确定1 洒水喷头喷头可分为开式和闭式。它是喷水系统的重要组成部分，喷头的好坏直接影响到初期火灾灭火的效果，因此在选择和安装喷头时应特别注意，确保其质量合格，不影响使用。下面将详细介绍这两种喷头。l 闭式喷头闭式喷头主要分为玻璃球式、易熔合金式和双金属片式三种类型。在实际应用中使用最多的是玻璃球式，该类型喷头一般应用于高层民用建筑、会议室、宾馆饭店和影剧院中，其布置位置一般在房间顶棚下面，与支管连接。喷头主要技术参数如图-1所示，动作温度级别如图-2所示。图-1 玻璃球式喷淋头主要技术参数图-2 玻璃球式喷头动作温度级别正常情况下，喷头处于闭合状态。当火灾发生的时候，火灾区域温度迅速升高，

4、并且达到玻璃球内热敏液体动作温度(57、68、79、93、141、182、227、260摄氏度)时，球内液体受热迅速膨胀使玻璃球炸裂并喷出压力水，喷水后，水管压力会逐渐减小，压力开关因此动作，同时水压信号也会变成电信号并传递给喷淋泵控制器发出启泵信号，水泵启动，向管网补充水压，保证喷头有一定压力的水喷出。由于管内消防水的流动，主管道分支处的水流指示器会被触动，并将延时电路（延时2030s）接通，通过继电器给控制室发出声光报警信号使值班人员得知火灾发生信号。综上所述，喷头能够自动探测火情并启动水流指示器，使火灾在发生的初期被扑灭或是得到控制，以免迅速蔓延。玻璃球式喷头的特点：极强的耐腐蚀性、性能

5、可靠稳定、火灾发生时动作灵敏。适用范围：高层或多层建筑、宾馆饭店、地下建筑等可以用水灭火的场所。l 开启式喷头开启式喷头按结构类型可以分为双臂直立型、双臂边墙型、双臂下垂型和单臂下垂型四种，其主要参数见表-3。表-3 开启式喷淋头的主要技术参数型号名称直径(mm)接管螺纹(in)外形尺寸(mm)流量系数k(%)高低zstk-1515zg1/2744680开启式喷头的特点是：结构新颖、外型美观、价格低廉、可靠性强。适用范围：易燃，易爆品存储仓库以及工厂、剧场上部的葡萄棚下部等处。洒水喷头的保护面积和喷头安装的间距如表-4 所示表-4 喷头的保护面积与喷头间距保护面积/m2喷头距离最大最小最大最小

6、最大最小在不同危险等级的场所，不同种类的喷头的喷水强度不同，具体见下表-5所示表-5 不同危险等级不同种类的喷水强度比较危险等级喷头种类流量系数k喷头工作压力/mpa喷头间距m喷头流量l/min喷水强度l(min m2)强度比较%一只喷头最大保护面积m2轻危险级标准808056410070中危险级级标准808056610072级标准808056810070严重危险级级标准8080561210070大口径115115811210070级标准801135616810050大口径11514081169100561 选择和布置喷头l 该系统选择玻璃球闭式喷头，本次设计最高环境温度为40度左右，采用红色

7、工作液色，动作温度为68;l 公称直径为15mm;l 喷头特性系数为 k=4.2 ；l 吊顶安装;l 喷头最大保护面积125 /只;l 喷头距端墙距离为1.05m和1.25m;l 最不利点为1喷头;l 本次设计喷头采用正方形布置，喷头布置间距选为3.4m(喷水强度为8l/（min），l 其长边长度为 160=l 每边支管上最多喷头数n5个1 管网布置管网管径应该根据设计标准来选择，管网布置按下表-1进行布置，每边设支管5个，设置9排共45个喷头，最大作用面积为： 45表-1 同一根配水支管上喷头的间距及相邻配水支管的间距喷水强度（l/min*m）正方形布置的边长（m）矩形或平行四边形布置的长边

8、的边长（m）一只喷头的最大保护面积（m）喷头与端墙的最大距离（m）46812-20（1）喷头布置原则l 保护面积应该在喷水范围内，相邻喷头喷水交汇处不能有任何空白；l 喷头喷水不应出现过多的重叠，避免浪费。（2）自动喷水灭火系统喷头的布置形式和间距的选择喷头的布置形式有以下三种：正方形、长方形和菱形，具体如下图-1所示。根据喷头布置形式的不同，喷头和配水支管的间距有一定的区别。 （a）正方形布置 （b）长方形布置 （c）菱形布置图-1 喷头的三种布置形式(a)喷头采用正方形布置时，各喷头之间的间距为 l=2rcos45o （-1）(b)当采用长方形布置时，只有当4个喷水圆两两相切于o点且在r=

9、n时，该喷头的布置才最经济合理。喷头的长边间距为： （-2）喷头的短边间距n=r(c)当采用菱形布置时，喷头a、b、c、d应交错布置，其连线构成菱形，其中喷头b、c、d连线构成一个等边三角形，只有喷水圆域边缘通过该等边三角形的形心时，才是最经济的布置。喷头的横向间距为： m=2rcos30o （-3）喷头纵向间距为n=r+rcos30o1 水力计算喷头的流量大小应根据水管压力和喷头本身与结构有关的水力特性来进行计算，其计算公式如下： （1.2.4-1）式中q为喷水出水量(l/s)k为与喷头结构有关的特性系数，公称直径15mm的玻璃球喷头和公称直径()的易熔金属喷头，；h为喷头工作压力mpa。喷

10、水设计流量的计算应按最不利点处作用面积内喷头同时喷水的总流量进行计算，其计算公式为： （1.2.4-2）式中为系统设计流量(l/s)，为最不利点处作用面积内喷头节点的流量(l/s)。1 压力开关与报警阀 （1）压力开关压力开关应设置在延迟器上部，其工作原理为：当喷头启动并喷水时，报警阀阀瓣打开，水流流入信号道和延迟器。当延迟器充满水后，水流通过信号管进入压力继电器，压力继电器动作，报警电路接通，同时，喷淋泵被启动，向管网加压。下面详细介绍zsjy型压力开关的特点，其特点如下：l 该型号压力开关属于膜片驱动，工作压力为0.071mpa之间。l 适用于水、空气等介质。l 该型号压力开关适用于交流电

11、和直流电，当接入交流电时，工作电压为220v,380v, 其触点能承受的电容量为交流ac220v,5a；当接入直流电时，工作电压为12v,24v,36v,48v;其触点能承受的电容量为dc24v,3a,其接线电缆外径为20mm。压力开关在系统中的接线方式如图-1所示：图-1 压力开关接线图（2）报警阀报警阀在自动喷水灭火系统中起着相当大的作用，是报警系统中相当重要的一个组件，其作用如下：l 接通或切断水源l 输出报警信号l 防止水流向水源倒流根据系统的不同，报警阀一般分为干式报警阀、湿式报警阀和雨淋阀三种，其具体原理如下：a 干式报警阀干式报警阀是干式灭火系统中的重要组成部分，是系统的控制阀，

12、主要用来接通和切断供水并输出报警水流。在正常情况下，该报警阀处于常闭状态，当发生火灾自动开启。 b 湿式报警阀是在规定流量下报警的一种单向阀，只允许水流单向流入喷水系统。湿式报警阀阀的组成部分主要包括：阀体、阀瓣（阀瓣将整个阀体分成上下两个腔，上腔与系统管网连接，下腔与水源连接）、座圈（座圈上有很多通往延迟器进水管的小孔），。它的主作用是驱动水力警铃和压力开关报警，当发生火灾后接通报警水流，当火灾被扑灭后断开报警水流。并且具备防止水回流的作用。c 雨淋阀主要用于雨淋喷水灭火系统、水幕系统、预作用喷水灭火系统和水喷雾灭系统。雨淋阀的进口侧与水源相连接，出口侧与管路和喷头相连接，管内一般无其他介质

13、，仅在预作用系统中充气。雨淋阀的开启和关闭由火灾探测装置控制。1 末端试水装置在喷洒系统中，末端试水装置是重要的组成部分，它可以检测整个系统的运行状况，自动喷水灭火系统设计规范(gb50084 -2001，以下简称“设计规范”)中对此装置的作用进行了详细的解释。末端试水装置主要检测水流指示器、报警阀、压力开关、水力警铃的动作是否正常，配水管道是否通畅，以及最不利点处的喷头工作压力等”。末端试水装置一般设置在喷水管网的末端，并且应该与水流指示器相对应。喷头应该与流量表直径相同，连接管道直径不大于20mm。末端试验阀应采用手动阀或电磁阀。2 控制系统设计2.1 自动喷水系统全压启动消防泵的控制电路

14、电气线路的组成:在建筑群体及高层建筑中，每座楼宇一般采用2至3台泵为喷水系统所用。当采用2台泵时，系统管网压力水来自于高位水箱，当喷头喷水时，管内消防用水流过水流指示器，此时水流指示器电路接通并向控制中心输送报警信号，启动消防泵，向管网补充压力水。一般情况下一台泵工作，另一台泵备用，当一台水泵发生故障时，备用泵立即投入使用，两台水泵可以互为备用。当采用两台泵启动时，其电路图如下： 自动喷水系统两台水泵启动电路控制图a、正常情况下1号泵为工作泵，2号泵为备用泵。运行时需将qs1、qs2合上。把转换开关调到1位置，其中sa的2、3、6、7、8号触头闭合，电源信号灯hl(n+1)亮时方可正常运行。其

15、工作原理如下：当一层发生火灾时，火灾现场温度升高，玻璃球式感温探测器爆裂，喷头开始喷水，同时支管水压降低，压力开关动作，将压力信号传递给消防控制中心，与此同时，管网内有消防水流动，因此水流指示器b1动作，中间继电器ka1通电，ka1常开触点闭合，发出声光报警信号，同时时间继电器kt2通电，延时后，kt2触点闭合，中间继电器ka（n+1）闭合，km1线圈通电，km1常开触点闭合，水泵接通运行，指示灯hl（n+2）亮。b、当一号泵发生故障时，二号泵自动投入使用。比如，当n层楼发生火灾时，n层的温度迅速上升到喷头爆裂温度，喷头开始喷水，第n层管网内水流发生流动，n层水流指示器bn闭合，中间继电器ka

16、n通电，kan常开触点闭合，第n层楼发出声光报警信号，同时时间继电器kt2得电，kt2常开触点延时后闭合，中间继电器ka（n+1）得电，其常开触点闭合，km2常开触点闭合，二号水泵开始运行。c、当水泵不能自动启动时，将sa拨到手动位置(1、3号触头闭合)，按下sb3（sb4），启动一号（二号）泵，当需要停止时按下sb1(sb3)手动关闭水泵。当采用三台泵启动时其中一台为恒压泵，另外两台为压力泵。恒压泵的作用主要是使消防管网中的水压保持在一定范围内，保证有一定的压力水输出。该系统消防用水来自消防水池，当管网水压降到设定值时，恒压泵启动并补充压力水压。当管网水压达到设计水压的范围后，恒压泵停止运行

17、。2.2 火灾自动报警系统设计火灾自动报警系统是能及早的发现火灾并能够及时的发出报警信号，能及时的采取有效措施控制和扑灭火灾的一种自动消防设施。该系统一般由火灾探测器、火灾报警装置、火灾报警控制装置和消防控制室图形显示装置等组成。且应具备以下要求：（1）确保火灾探测功能和报警功能可靠，保证不漏报和误报，确保系统稳定；（2）信号传输应准确可靠；（3）降低环境影响，降低误报率；（4）系统应具有较强的实用性，布线简单、灵活；（5）系统灵活、兼容性强；（6）系统维护、管理、调试方便；（7）系统的性价比高；（8）系统的联动控制方式多样、有效。2火灾自动报警系统的形式火灾自动报警系统基本分为区域报警系统、

18、集中报警系统、控制中心报警系统。其系统图如下所示：（1）区域报警控制系统图：火灾探测器手动火灾报警按钮区域火灾报警控制器电源火灾报警装置图-1 区域报警控制系统图（2）集中报警控制系统图火灾探测器手动火灾报警按钮火灾探测器手动火灾报警按钮区域火灾报警控制器火灾报警控制装置集中火灾报警控制器电源区域火灾报警控制器-2 集中报警控制系统图（3）控制中心报警系统火灾探测器区域火灾报警控制器区域火灾报警控制器集中火灾报警控制器消防控制设备火灾报警控制装置火灾事故照明火灾事故广播联动控制装置固定灭火系统控制装置电源手动火灾报警按钮火灾探测器手动火灾报警按钮2.2.1-3 控制中心报警系统图本次设计的建筑

19、物为一类建筑，防火等级为一级，按照设计规范的要求，本次设计基本选用控制中心报警系统。该系统适用于大型的建筑群、高层或超高层建筑等对象，可以对各类设置在建筑中的消防设备实现联动控制和手动/自动控制转换。2 火灾探测器的选择与布置（1）火灾探测器的分类l 感温探测器l 光电感烟探测器l 离子感烟探测器l 气体式探测器l 红外线式探测器l 紫外线式探测器（2）常用探测器及其工作原理感烟火灾探测器：感烟探测器是通过检测到烟雾的浓度来判断是否发生火灾，该系统能在火灾发生的初期检测到火灾并可以自动发出报警信号，可以在火灾发生的初期将其扑灭。感烟探测器可根据不同的结构划分为光电感烟探测器和离子感烟探测器，下

20、面将详细介绍下面两种探测器。 光电感烟探测器光电感烟探测器是利用光的散射原理对火灾初期产生的烟雾进行探测并发出报警信号的一种探测器，主要由光源、光电原件和电子开关组成。根据光源的不同，光电感烟探测器又分为激光光电式感烟探测器和红外光光电感烟探测器和紫外光光电式感烟探测器。同时，该探测器又分为遮光型和散射型两种，这主要是根据其结构的不同进行的分类。遮光型感烟探测器的构成主要是灯泡和一个光电元件，二者对应安装在小暗室内。在没有发生火灾时，探测区域内没有烟雾，光源发出的光能直接照射到光电元件上，同时会转换成电信号，此时整个电路处于正常情况。当发生火灾时，探测区域内会产生烟雾，烟雾会影响探测器光源的传

21、输，光的强度会降低，电信号就会减弱，电路就会处于非正常情况，探测器就会发出报警信号。而散射型光电探测器的光源和光电元件并不对应，没有烟雾的情况下，光不能照射到光电元件，电路正常。当发生火灾时，探测区内出现烟雾，光通过烟雾离子散射到光电元件上，并且将光信号转换成电信号，电路就会发生异常并且发出报警信号。激光式感烟探测器主要由激光发射器和激光接收器组成，利用光的亮度高、方向性强、单色性和相干性好的特点。在未发生火灾时，探测区域内没有烟雾，光束直接射到光电接收器上，并且将光信号转换为电信号，电路正常，报警器不发出报警信号：当发生火灾时，探测区会产生烟雾，激光束会被烟雾遮挡一部分，光强会变弱，光电接收

22、器接收到的信号就会变弱，电路就会出现异常并发出报警信号。在实际应用中，红外光和紫外光感烟探测器的稳定性好、灵敏度较高、探测方位较准确，并且其适用于大型建筑和电气火灾危险性较大的场所，因此，在现实中这两种探测器使用较为广泛。 离子感烟探测器离子感烟探测器的主要组成部分有工作电源、探测器接口电路、探测器报警电路、探测器报警指示灯控制电路、探测器烟雾检测电路五个部分组成。当没有烟雾时，离子室保持一个平衡的离子流，其基准输出点保持一个相对稳定的电位，不发出报警信号；当有烟雾时，离子室的离子流随烟雾浓度发生变化，其基准输出点的电位也会发生变化，当变化大于一定值va时，就会输出报警信号到主控系统，发出报警

23、信号。该类型探测器体积小、安装方便、性能可靠。（2）感温火灾探测器根据结构不同，感温火灾探测器可以分为双金属片型、热敏电子元件型和膜盒型。感温火灾探测器的组成主要包括感温元件、电路和报警器三部分，其原理主要是利用热敏元件来探测火灾，当发生火灾时，周围环境温度迅速上升，探测器中的热敏元件发生物理变化，相应异常温度、温度速率和温差，并将温度信号转变成电信号并发出报警。感温火灾探测器根据感温元件不同分为定温式、差动式、定温差动式三种类型，感温面积为3040平方米。如图-1所示为感温、感烟探测器响应时间曲线图-1 感温、感烟探测器响应时间曲线曲线（1）为燃烧气体烟浓度和时间的关系，说明在同一时间内烟浓

24、度和时间的百分比关系。曲线（2）为热气流温度与时间的关系，说明热气流温服水时间而上升。通过上图分析可知，如果在燃烧初期和阴燃阶段探测到火灾就能达到早期预报，在火灾的初期将其扑灭以降低损失。2 火灾探测器的安装（1）探测器的安装间距探测器的安装间距就是相邻两只探测器中心之间的水平距离，单位m。当探测器矩形布置时，a称为横向安装间距，b称为纵向安装间距。（2）探测器的平面布置在本系统中，主要采用感烟探测器，同时在有联动控制部分设置感温探测器。探测器的保护面积a和保护半径r如表2.2.3-1所示：表-1 探测器的保护面积a和保护半径r火灾探测器的种类地面面积s（m）房间高度h(m)一只探测器的保护面

25、积a和保护半径r屋顶坡度15153030a（）r（m）a（）r（m）a（）r（m）感烟探测器s80h12808080s806h1280100120h66080100感温探测器s80h8303030s80h8203040探测器布置的原则是探测器的探测范围应将被保护区域全部覆盖（即不留盲区）。保护面积计算公式如下： a=ab （-1） （-2）a为保护面积a、b为探测器安装间距r为探测器保护半径（3）火灾探测器数量的确定根据火灾自动报警系统设计规范（gbj116-88），一个火灾探测区域内所需的火灾探测器数量应按下式计算来决定： （-3）n为探测区域内所需探测器的数量，只，n为整数；s为火灾探测区

26、域的面积m；a为火灾探测器的保护面积m；k为修正系数，对重点保护建筑取，非重点保护建筑取1。（4）火灾探测器的设置要求l 应该设置火灾发生时烟和热在短时间内最容易聚积的地方；l 设置位置应该方便消防管理人员维修、检查但其他人员不易触及的地方。l 火灾探测器布线要方便、安装要美观、而且不容易受到环境的干扰。2 手动报警器（1）手动报警器的作用当火灾发生时，人们可以通过就近的手动报警开关进行人工报警或者直接启动消防水泵，通常一般的手动报警按钮不启动消防水泵，只会向火灾控制室发送火灾报警信号。用于消火栓的手动报警按钮叫做消火栓按钮，它不仅可以向消防控制室发出报警信号还可以启动消防水泵用于手动向火灾报

27、警系统发出火灾报警信号或者启动消防泵。（2）手动报警器的类型手动报警器有编码型报警按钮和非编码型报警按钮两种。实际应用中一般采用手动压破玻璃来报警。有的手动报警器有防振动性能，且有指示灯显示，这大大的增加了手动报警按钮的可靠性，。（3）手动报警器的特点l 采用拔插式结构设计安装方便；l 具备自锁功能。l 不需打碎玻璃用的小锤，有的玻璃片可重复使用。ll 手动报警器的设置（4）任何一个防火区内两个手动报警按钮装置的最大距离不超过30。 （5）每个防火区都应该至少设置一个手动报警按钮，而且要设置在明显的位置，还要便于操作。2. 火灾自动报警与联动控制系统的应用（1）火灾自动报警控制器的组成部分主要

28、有单片机、操作面板接口电路、显示接口电路、存储器、通讯接口电路和数据输出接口电路，其原理如图-1。该系统适用于消防一级保护对象。因为这种系统设置了控制器及总线回路，报警系统和联动系统相对独立运行，其可靠性相对较高。操作键盘操作按钮时钟显示故障地址显示报警地址显示工作状态显示显示接口操作输入接口 单 片 机rom ram串行通讯接口火灾探测器消防传动盘记录磁盘打印机数据记录接口图-1 火灾自动报警控制器原理图（2）在该系统中选用了智能型火灾自动报警系统，采用了二总线制接线方式，其结构如图-2所示。2.2.4-2 智能型系统形式的结构图该系统的特点是：火灾探测器就是火灾传感器，能够对火灾参数进行采

29、集、变换和传输；火灾报警控制器则采用微机技术对数据进行集中处理（火灾判断、信号传输网络通讯、图形显示、消防设备监控），实现消防设备监控和管理、联网等功能，使系统巡检速度更快、稳定性更高、可靠性更好。火灾自动报警系统与消防联动控制设备因组合方式的不同，又可以分为分体式和一体式两种类型。在该系统中采用了火灾自动报警与消防联动分体式形式，其系统图如图-3所示。图-3 消防联动控制系统图该系统将报警控制器和联动控制器分别设置，各种火灾信号主要由报警控制器负责，报警信号的发出和消防水泵的启停主要由联动控制器负责。即报警总线和联动总线分开设置，所有的探测器将报警信号通过报警总线回路接入报警控制器，所有的联

30、动控制模块通过联动总线回路接入联动控制器，两者的信号传输在不同的总线回路上进行，两者之间通过通讯总线连接。3 自动喷水灭火系统的安装与保养3.1 施工前的准备 3为保障系统的稳定可靠，自动喷水灭火系统的施工应该由有相应资质的施工单位承担，施工前施工单位要按设计要求编写施工方案，而且要具备完善的质量管理体系和质量检验制度。3施工前应具备以下条件：（1）施工平面图、施工系统图、施工详图和图纸说明书、材料表、设备表等技术文件必须要齐全。（2）施工前应该组织该向施工、建设、监理单位进行技术交底。（3）应该备好相应数量的系统的组件、管件及其他设备材料，要能保证正常施工。3.2 自动喷水灭火系统施工过程的

31、质量控制应符合下列规定（1）各工序施工应严格按照施工技术标准进行，每道工序完成后应该进行检查，只有检查合格以后才能进行下一道工序的施工。（2）各相关专业工种之间应进行交接检验，同时还需监理验收合格以后才能进行下一道工序的施工。（3）安装工程完工后，施工单位应按规定进行调试； （4）调试完后，施工单位应向业主提供各类施工过程质量检测资料。3.3 系统的维护（1）为保证该系统能良好运行，使用单位应按照规程进行使用并定期维护保养。（2）维护管理人员应熟悉该系统的性能、工作原理和维护规程。（3）维护管理人员要定期对水源供水能力进行一次测定。还要定期对水箱进行检查，确保有足够的消防用水，一旦发现有故障时要及时的处理。（4）