自动喷水灭火系统设计中的几个重要问题70479

自动喷水灭火系统设计中的几个重要问题1、喷头布置合理布置喷头是自动喷水灭火系统设计平安与经济的关键。《喷规》比较强调的是作用面积内的喷水强度和喷水的匀称性及喷头的适时开放。对于每个喷头的半径，一是和生产厂家的产品及其技术参数有关，二是和喷头所在位置的水压有关，三是和喷砂的布置位置有关(结构柱网和各种障碍物的影响)。《喷规》规定的喷头间距只是一个“限"，目的是为了更好地保证喷水强度和喷水的匀称性及适时开放。1.1喷头布置原则与要求(1)满意作用面积内的喷水强度、喷水的匀称性及喷头的适时开放(喷头的受热条件和开放时间)；(2)喷头在喷水半径内敏捷布置，不出现未被覆盖的空白，也不出现过多的重要覆盖面积；(3)保证喷湿墙根及肯定范围内的墙面；(4)喷间之间不应相互影响；(5)按规范和实际处理障碍物的遮挡，并主动与相关专业协调；3.1消防水箱供水冲突主要在动力源的牢靠性，冲突的暴露表现在水系统，但涉及面较宽。相关规范？quot;按建筑分类分别采纳一级供电或二级供电加柴油机”，临时高压给不系统应设消防水箱等规定。我国现行水防技术规范对消防水箱的规定，存在顶层、远端等不利部位欠压的问题，使消防水箱对这些不利部位不能发挥应有的作用，而按《高规》［8］规定设置的增压设施，由于水量偏小同样未能妥当解决这个问题。自动喷水灭火系统用于扑救初期火灾，在喷头动作的时间段，火势将以每秒几千瓦至十几千瓦的速率增长，此时开放喷头如不能按规定强度连续喷水，系统效能将显著降低，甚至给火灾人迅猛燃烧阶段以可乘之机，其结果将导致灭火的难度增大使火灾超出系统的控灭火实力［9］。为保证喷头开放后连续喷水，并保证对不利部位火灾的刚好有效扑救，《喷规》第、10.3.2规定："采纳临时高压给水系统的自动喷水灭火系统，就设高位消防水箱，其储水量应符合现行有关国家标准的规定。消防水箱的供水，应满意系统最不利点处喷头的最低工作压力和喷水强度。"、”建筑高度不超过24叭并按轻危急级或中危急级场所设置温式系统、干式系统或预作用系统时，如设置高位水箱确有困难，应采纳5L/s流量的气压给水设备供应lOmin初期水量”.对此可作如下考虑:(1)设置消防水箱(气压给水设备)的目的在于：一是利用位差为系统供应准工作状态下所须要的水压，达到使管道内的充水保持肯定压力的目的；二是供应系统启动初期的用水量和水压，在供水泵因动力或机械故障不能正常投入运行的紧急状况下应急供水，确保喷头开放后马上喷水，并为首批开放的喷头扑救初期火灾，供应维持lOmin喷水的用水量，限制初期火军和为消防队增援灭火争取时间。(2)采纳临时高压给水系统的自动喷水灭火系统，凡超过24m的高层建筑或其它严峻危急级和仓库危急级的建筑均应设高位水箱，且不行用气压给水设备替代。由于位差的水箱供水期间，系统的喷水强度不足，因此将减弱系统的控灭火实力。为此，要求消防水箱满意供水不利楼层和部位喷头的最低工作压力和喷头强度。但单独设置稳压泵，仅能为系统稳压而不能供应灭火初期的用水量。《高规》在条文说明里指出，设置增压设施的目的主要是在火灾初起时，消防水泵启动前、满意自动喷水灭火系统的水压要求。对增压水泵，其出水量应满意一个自动喷水灭火系统喷头的用水量。对气压罐其调整水容量为5个喷头30s的用水量，即5X1X3O=15OL.现行国标图集-消防增压稳压设备选用与安装(98S176)是按《高规》编制的，其功能只是解决火灾初期时，即消防主泵启动前，确保具有足够消防压力的30s储水量进行初期火灾扑救，直至消防主泵全负荷启动运行。对于合用消防水箱的增压设施，450L容量也仅能在紧急状况下向3只喷头供应不足2min水量(3X1.33X120=479L)。可见以前的屋顶水箱和稳压设备联合工作方式已不能满意《喷规》的要求，而架高水箱在建筑设计中由于多种因素的影响又很难实现。为此《喷规》规定了最低工作压力0.05MPa的要求。但究竟是动压还是静压，规范没有强制限定，这就给设计带来了难度的同进也有了肯定的敏捷性。事实上,0.05Mpa应是动压而非静压。0.05Mpa是指系统最不利点处喷头最低工作压力，同时规范在条文说明中指？quot；假如顶层最不利点处喷头的水压要求为0.IMpa,则屋顶水箱必需比顶层喷头高出10m以上，将会给建筑造型和结构处理带来很大困难。依据上述状况和参考国外有关规范,将最不利喷头的工作压力确定为0.05Mpa".(3)高位水箱的高度，《建规》［10］规定设在建筑物的最高处(《建规》送稿也有静压0.07Mpa的要求)，《高规》要求保证顶层消火栓0.07Mpa的静水压力。若按建筑层高3m考虑，最不利消火栓上0.07Mpa,对自喷静水压刚好在0.05Mpa左右。为与相关规范达到协调一样，实际工程设计中，当水箱难以满意0.05Mpa动压要求，在动力牢靠、管理到位的状况下，以0.05Mpa静压考虑也是可行的。（4）高位水箱的设置保证0.05Mpa动压，在不宜采纳增压稳压装置的状况下，就得将水箱架高。由于水箱中的水要经报警阀、水流指示器后才到达最不利喷头，加上管钱较长，即使火灾初期，自喷用水量很小，也是有肯定的水头损失的，具体可具体计算后确定。但一般在高出71Tl（这个高度在建筑上略微处理一下是能满意的：跃层+电梯机房+水箱垫高）以上的话，可以满意规范的要求。（《喷规》依据相关的现行标准，规定湿式报警阀、水流指示吕局部水头损失取值为0.02MPa,明显偏高，至少在校核水箱高度时要比这小得多！）。另外，可通过采纳缩小喷头间距、增大管径削减损失等其它措施来满意最不利点喷头在最低工作压力（0.05Mpa）下的喷水强度。（5）《喷规》规定的5L/s、lOmin的消防贮量的气压给水设备，若采纳隔膜式气压罐，由一般需2个立式或1个卧式。立式的可选用91SB3-132中SBQL1600X1.5的两个就可以了。系统占地约35m2,价格约3.2万元左右。部分人对此规定有此争议，但考虑到新规范比较强调火灾的初期灭火，强调系统能在尽量快的时间里出水，和火灾发生后人们习惯于断电的思维，为增加平安性，削减部分运用面积，增加一些造价是合理的、值得的，信任随着经济条件的不断提高平安问题会越来越得到重视，同时，随着经济条件的不断提高，设施也会越来越有利于工程。此外，考虑到《建规》第8.8.5条”消防水泵应在火警后5niin内启动，并在火场断电时仍能正常运转。“及“建规”送审稿等8.7.9条”消防水泵应保下在火警后自动启泵，并在火场断电时仍能正常运转"的规定，水罐的贮水是否可以依据《建规》按5min考虑，也值探讨。但个人认为，尽管水泵的启支时间可以很快，考虑到与相关规范的协调一样，以及喷水的不匀称性和其它因素，作为保障措施，气压罐还是应贮存lOmin用水。2水泵接合器水泵接合器的主要用途是当室内消防泵发生故障或遇大火室内消防用水不足时，供消防车从室外消火栓取水，通过水泵接合器将水送到室内消防给水管网用于灭火。(1)在自喷灭火系统中，因报警阀组均有止回阀，水泵舍命器设在阀后(沿水流向)水不会倒流，加上因水消防车到达现场通过水泵舍命器向室内自喷消防管网输水时，火灾为已知状况，不需再次启动压力继电器及水力警铃报警，也不必再次启以消防水泵等设施，水泵接合器可干脆接在湿式报警阀后［11］。但对于系统有两个或两个以上报警阀组,还设在阀后那么其他阀将不能再公用此水泵接合器了，那就得每个报警阀后至少设一个水泵结合器。同时考虑到《喷规》条的规定"当自动喷水灭火系统中设有2个及以上报警阀组时，报警阀组前宜设环供水管道”，对于2个及以上报警阀组的系统还是设在阀前为好，可以互为备用。另外水泵接合器位置应考虑连接消防车水泵的便利，且离水源不宜过远。(2)《喷规》10.4.2条规定，当水泵接合器的供水实力不能满意最不利点处作用面积的流量和压力要求时，应实行增压措施。这一规定与《高规》7.4.5.2的规定”消防给水为竖向分区供水时，在消防车供水压力范围内的分区，应分别设置水泵接合器”相比，提高了水泵接合器的要求，已不再局限于“一步到位”，这一规定是阅历的总结，也是实际的须要,有利于提高系统的牢靠性。(3)《喷规》规定水泵接合器的流量”宜接"10-15L/s,《高规》是“应按“，《建规》是“按”.这种措辞应是有其缘由的：10-15L/S是消防车长期正常运转和发挥较大效能的流量范围，且消防系统的流速可以比给水流速稍大，加之，按现行《喷规》的流量计算法，对于中危急级不再局限于26-30L/s范围内，而是可大可小，一个“宜"字给设计者带来了更大的选择余地，也更符合实际须要。如笔者最近设计的一个四层综合楼，地下室为地下车库，自动喷炎流量为33L/s,是设3个还是设2个，我想还是宜设2个。参考文献：GB50084-2001自动喷水灭火系统设计规范［S］。北京：中国安排出版社,2001.GB500067-97《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》［S］o北京：中国安排出版社，1998.［3］聂海生，姜文源，周虎城等水工业设计手册一一建筑和小区给水排水［M］。北京：中国建筑工业出版社，2000.12［4］刘文滨，赵文田，孙玉林，等给水排水工程快速设计手册——建筑给水排水工程［M］。北京：中国建筑工业出版社，1998.6［5］陈秀生主编，给水排水设计手册一一建筑给水排水（其次版）［M］。北京：中国建筑工业出版社，2001.5［6］陈方肃，高层建筑给水排水设计手册［M］o长沙:湖南科学技术出版社，2001.5[7]刘振印，傅文华，张国柱，等。民用建筑给水排水设计技术措施[M]o北京：中国建筑工业出版社，1997.9[8]GB50045-95《高层民用建筑设计防火规范》（2001年版）[S]。北京：中国安排出版社，2001[9]何以申，国家规范《自动喷水灭火系统设计规范》修订状况简介[A],保定：水消防分会第一届年会论文集,2000.5[10]GBJ16-87《建筑设计防火规范》（2001版）[S]o北京：中国安排出版社，2001[11]王春雷，消防水泵接合器设计中的几个问题[J],中国给水排水，2000,16（12）：43-44.（6）应满意其它相关规范对喷头布置的要求;（7）考虑火灾时烟羽流对喷头动作的影响；（8）结合实际，全面分析相关规范，吃准吃深规范中的字眼，综合考虑。喷水半径与喷头布置喷水半径是喷头布置的主要依据，它代表一个经济数值，在喷头工作时不致出现未被覆盖的空白，也不出现过多的重要覆盖面积。它与危急等级的喷水强度、喷头特性和工作压力有关。工程设计中喷头布置视建筑平面，在喷水半径范围内，可敏捷采纳正方形、矩形或平形四边形。喷水半径不同于喷头的计算半径，它是在计算半径的基础上，考虑喷水强度、喷水匀称性、喷头受热条件与适时开放，依据规范的规定而得出的数值。具体见表1：由于喷头的布置受其它因素影响较大，事实上常常出现喷头不能按一个固定的距离来布置，别说同一建筑中往往不会按一个间距布，就是同一层、同一防火分区也常常如此。此外，作为土建设计，不同于装修设计，须要给二次装修留下有余地，喷头间距不宜按规范规定的最大距离要求设置，而且事实上这么做也不易达到规范要求的喷水强度和喷水的匀称性。设计时必需依据工程实际状况，按设计选定的喷水强度、喷头的流量系数、工作压力确定，并考虑喷头的受热条件和开放时间，在满意规范要求的喷头强度条件下，按喷头的实际工作压力，结合建筑分隔与结构柱网敏捷布置。在布置中，喷头间距不应是个定数，应依据所在位置的条件来定,最终目的还是保证喷水强度和喷水的匀称性及适时开放。不宜演绎集热板《喷规》对集热板的要求，见条，它是针对货架喷头布置而提出的，《喷规称为集热档水板。当喷头上方有孔洞、缝隙，为防止喷头因热气流不停留或上部喷头淋水降温而不能启动时，规定应在喷头的上方设置集热板。另外，《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》［2］中的7.2.3.2条规定，对机械立体汽车库，复式汽车库按停车的托板位置分层布置的喷头，应在其上方设置集热板。而在工程实践中，集热板的运用场合远不止于此，已在较多场合得到了演绎，但这一种做法不但没有规范依据，而且也往往与设置的初衷背着而驰。依据美国FM公司的一项探讨结果表明，喷头动作所需80%以上的热量都来自热对流，而传递给喷头的对流热量须要热空气流经喷头才能完成。若起火点不是正对着喷头，那么上升的热对流就不会在集像一个倒扣的盒子，遮挡了热气流铁水平流淌，火灾时在喷头处形成空气流淌死角，而延误喷头响应时间。因而，对集热板的设置及其演，应慎重考虑，并应依据现行规范，结合实际状况，分析论证后确定。2、水力计算水力计算将确定系统投入灭火的水量及对灭火水量的安排，是关系系统牢靠性、合理性和经济性的一项重要设计内容。依据对《喷规》的理解和大量相关资料及部分工程实例的分析，觉得水力计算应采纳”矩形面积-逐点法”，也就是首先确定最不利作用面积在管网中的位置（必要时可由水力计算确定），作用面积的形态宜为矩形，仅在作用面积内所包含的喷头计算其喷头量；之后选定最不利计算路途，采纳节点流量法将最不利作用面积内的每个喷头的压力值和出流是一一求出，当两个分支交汇时，依据两分支的压力差对压力较高的分支进行流量修正，然后将作用面积内经过流量修正之后的全部喷头出流量的总和作为整个自动喷水灭火系统的设计流量，在此以后的管段流量不再增加，仅计算沿程和局部水头损失，始终算到管网起点。实际火灾发生时，一般都是火源点呈辐射状向四周扩大扩散，而只有失火区上方的喷头才会开启喷水。［3］。因此采纳作用面积爱护方法及仅在作用面积内的喷头才计算喷水量是合理的。同时由于火灾时对流及风的影响，作用面积的形态以呈矩更为合理，且矩形面积在管道水力计算时也是最不利的。因而这种“矩形面积-逐点法”符合火场实际,科学严谨，并与欧美等国接轨，是合理的、平安的，也是《喷规》的举荐作法。(1)矩形面积的确定：作用面积的形态宜为矩形，其长边平行于配水支管，其长度不小于作用面积平方根的1.2倍，喷头数若有小数就进位成整数。当配水支管的实际长度小于边长的计算值时，作用面积要扩展到该配水管邻近支管上的喷头。(2)经济流速和最不利点处水压①经济流速：自动喷水灭火系统最主要的组成部分是配水管道，而配水管道管径的确定，不仅影响到整个系统的造价，更关系到系统消防的平安性。在流量确定的条件下，流速是确定管径的重要参数。采纳经济流速是给水系统设计的基础要素，生产、生活给水管道的流速一般采纳经济流速，以使管道的基建投资与常常性的运行能耗得到优化匹配。所谓经济流速是一次投资与常常费用之和最小时的流速为经济流速，而相应的管径即为经济管径。所以选择输配水管管径的大小涉及投资与耗电的大小，管径大基建费用高，电费却省，管径小一次投资省，但水头损失大，水泵扬程高，电费高。《喷规》在管道水力计算条也规定"管道内的水流速度宜采纳经济流速，必要时可超过5m/s,但不应大于然而，自喷给水管道只是在火灾时短时间运行，不同于生产、生活给水管道始终处支运行状态，故可以提高流速，减小管径以降低基建投资，这同样是经济的。但同时假如自喷系统管内水流速度较高，水头损失就较大，配水管支管管径往往就会偏小，造成在设计流量下，喷头实际爱护面积可能满意不了规范有关作用面积的要求。此时尽管作用面积内喷头动作时，其平均喷水强度符合规范，但上下游喷头因压力不同而流量有差异，此外，由于管径小，管网水头损失大，消防水泵扬程高，喷头喷水极不匀称，其出水量必定过大，将过早地用完消防贮水。因而管道流速宜采纳较低值，管径小时尤宜采纳低值。同时，从上述分析中也不难看出，《喷规》中提到的经济流速应是经济性、合理性、牢靠性与平安性的统一，并非能常意义上的经济流速（但其条文及其说明中均未涉及！）。结合工程算例分析有关手册与文献介绍[3-6],配水干管和配水支管设计流速一般不宜超过3.5m/s,常用1.8-2.8m/s.这种做法能够较好地满意《喷规》表、表5.0.5及9.1.4条的有关作用面积和喷水强度的规定，且配水管网水头损失较小，消防水泵的扬程较小，喷头出水不匀称性较小，消防贮水量可得到合理运用，是比较平安、经济、合理的。②最不利点处水压：最不利点水压一般为0.IMPa,最小不应小于0.05MPa.过去大家习惯认为0.05MPa是针对屋顶水箱高度往往难以满意最不利喷头压力值而提出的，在消防泵、增压设施扬程计算时，不存在这个问题，都得取0.IMPa,但事实上状况并非如此，甚至可以说对于某种类型的自动喷水灭火系统,按现行规范，一般应取0.05MPa,而非0.IMPa.大家都知道，由于地下车库喷头布置，一是要按《喷规》中危急II级，二是应在停车位上方设置，三是受结构柱网限制和其它遮挡及其处理的影响，使其喷头一般都得布置较密，此时而再按0.IMPa来计算，一是设计流量偏大，可达40L/s（不包括防护冷却水幕用水量），二是损失过大，水泵扬程过大,相应的水箱高度也就越大。因此个人认为对于诸如地下车库这类喷头不得不布置过密的系统或场合，宜取0.05MPa,且这样做能较好的满意现行规范的要求。（3）系统设计流量计算及支管流量修正①系统的设计流量，应按最不利点处作面积内喷头同时喷水的总流量确定，其计算公式见《喷规》条。不同的喷淋管网因喷头间距、管网规模、管道布置等不同，喷淋系统的总用水量和喷水不匀称性可能有较大差别，且喷淋管