浅谈自动喷水灭火系统在建筑中的设计
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关键词 自动喷水喷头火灾管网布置
引言
自动喷水灭火系统在国内从70年代初开始大量设计和实际应用。实践证明，它能自动跟踪火势，迅速灭火，其高达95%的灭火效率是其它系统无可比拟的。随着科技的发展，消防意识的加强及自动化程度的不断完善，自动喷水灭火系统已经逐渐成为现代科学建筑中必备的消防设施。但目前仍有不少问题值得研究和探讨。
1 喷头选型与合理布置
目前大空间及有特殊要求的空间在建筑中所占比重增大，往往超出防火分区所规定的面积要求。所以自动喷水灭火系统在建筑中显得至关重要。喷头的合理选型及布置尤为重要。因为关系着自动喷水灭火系统能否正常发挥作用，根据建筑物的不同功能部位应选择不同温度级的喷头。如:一般写字楼、公共用房、地下停车库等宜选用68℃
温度级的喷头；厨房等高温场所宜采用93℃温度级；锅炉房等高温操作场所宜采用102℃温度级喷头。
喷头温度级系指喷头实际动作温度，并非是室内到达该温度时喷头就会开始喷水，有人担心所选喷头温度级太低而错误的选择过高的温度级，这是很不正确的，并且很危险。如1985年四川省消防科研所进行的居室灭火试验测试表明：模拟火灾时，当喷头启动喷水灭火时其周围环境温度已高达200℃左右。对于不同建筑危险等级，规范对喷头的间距作了规定限制，有设计者误把此规定值当作应采用间距，不管被保护对象及建筑平面尺寸和构造要求如何，一律采用3.6m(中危险级)或4.2m（轻危险级）间距布置，结果出现喷头贴梁、贴柱安装，或者在不规则建筑平面上喷头布置凌乱，配管纵横交错、杂乱无章等现象，影响建筑美观及喷头喷洒功能的发挥。例如写字楼、宾馆等的走廊，成行喷头的布置位置与走廊中线相距甚远，很不美观；又如高层建筑的地下车库由于硬性采用3.6m的间距布置，造成不少喷头无法按要求布置在停车位上方；再如大、中型商场的设计由于商场规模、销售物品种类等时常变化，功能划区时常变动，喷头应该结合建筑物的开间布局一块块布置，今后无论商场如何分隔，喷头的布置都能满足规范要求。
2管网布置
管网布置是在喷头布置的基础上进行的，随意性较大，其造价约占整个系统造价的50%-60%，系统规模愈大，这个比值愈高，因此，管网的布置直接影响系统的造价。同时管网担负着向喷头送水的作用，有安全供水的要求。
通过大量计算比较认为：采用居中进水（即配水支干管与成组喷头支管居中连接）最经济，管网水力计算最方便。在较大面积的保护区内宜采用多立管划片连接支管，因为太长的横支管不仅会使平面上各喷头前工作压力差值太大造成实际流量的分配与理论计算流量分配偏差甚大，同时也造成无谓的流量转输，浪费管材。
报警阀后管网采用环状配管还是支状布管问题有所争议，目前常规设计是报警阀前环状供水，报警阀后枝状布管，少数工程采用水流指示器后环状布管，其观点是可以节省管材。但自动喷水灭火系统和消火栓等供水管网情况不同，采用环状布管带来两个问题：①最不利点不明确，给水力计算增加许多困难；②造成不必要的流量转输，浪费管材而不是节省管材。
3 报警阀的设置
报警阀设置位置一般均要求设在地面一层，并靠近消防控制中心，但有时难以实现。当被允许设于地下一层时，其水力警铃必须设于地面一层。当系统最大工作压力超过1.2Mpa时，按规范要求应采取分区或减压措施，同时应注意湿式报警阀的选用问题。一幢高度100m左右高层建筑自动喷水灭火系统的最大工作压力可能超过1.6Mpa，超过国产湿式报警阀的最大工作压力要求，此时则应结合竖向分区情况，把报警阀往楼层上方移位，使报警阀前工作压力控制在其最大允许范围内，以利于系统安全运行，尤其是超过100m的超高层建筑内更应注意上述要求。
在大型公共建筑中，要避免过长的配水支管布局，减少靠近立管和远离立管处喷头前工作压力的差值，达到喷水的均匀性。应采用多立管划片连接，每个报警阀分管1-2层或2-3层，尽管报警阀控制喷头数不超过800只，但这种水平向控制方式会带来喷水的不均匀性（如果不采取必要的楼层水平减压措施），这点往往被设计者所忽视。
现行实际工程中对自动喷水灭火系统管网不计算或者不详细进行水力计算者居多，大多以估算管径作为设计管径，没有进行必要的核算，因此选泵很盲目，这样的管网设计不科学也不安全。在接触的工程中，发现所选水泵的扬程不足以克服整个系统的阻力及保证最不利点喷头工作压力不小于0.1Mpa的要求，有的设计又盲目放大管径造成不必要的浪费，这些现象均应克服。
4 系统稳压
自动喷水灭火系统的特点是迅速、可靠、有效地进行扑救火灾，为达到上述要求通常将系统设计成临时高压制。所谓临时高压制即在喷淋主泵未启动之前系统已具有扑救初期火灾所要求的工作压力和流量，此压力系由高位水箱或稳压泵进行维持，一旦有火情，任何1-2个喷头动作都能有效地控制初期火灾，当火情继续扩大至稳压泵无法维持整个系统所需的流量和工作压力时，才切换喷淋主泵迅速启动灭火。实践证明，一般只启用1-2只喷头就能有效地控制住初期火灾，因此对稳压泵的流量要求为1.0L/s左右，扬程要求略高于系统所需工作压力。设计者往往注意了扬程的要求而忽略了流量小的特殊性，甚至存在按一个消火栓流量超过5L/s选泵的现象。另外由水箱或稳压泵出水管到湿式报警阀前的稳压管，设计中有的采用DN70mm、DN80mm、DN100mm甚至DN150mm，而实际上按初期火灾通过1-2只喷头流量计算，稳压管采用DN50mm即可。
5 防止初期火灾的泵超压
自动喷水灭火系统在火灾初起时往往只有1-2个喷头动作喷水，此时若自动喷水主泵迅速启动，由于初期火灾消防用水量很小，根据泵性能特性曲线可以看出，此时泵扬程会大大高于泵正常运行时的扬程，因此出现超压现象，造成个别喷头破裂（安装质量不佳）喷水，形成室内渍水。防止火灾初期超压现象有多种措施，采用多台泵先后启动的方式为首选方案。喷水灭火系统的工作主泵在高层或超高层建筑中宜选用2台以上，主泵启动的要求应做到：任何启泵信号都只能先启动一台，随着火情的发展再投入第二台工作主泵。这里应探讨的主要问题是第二台泵何时投入，怎样投入，投入过早超压依然存在，投入过晚则影响救火。目前一般做法是在第二台泵的出水管上加设一个电接点压力表，其启动泵压力设定值比第一台泵高0.03―0.05Mpa左右。若第一台泵启动后经设定的延迟时间（延迟时间长短应进一步探讨）系统工作压力仍未达到设计值，说明第一台泵已无法向火灾现场提供所需的消防流量，此时第二台泵应迅速投入运行，确保消防流量的供应。
火情基本解除后第二台泵可先行退出（停泵），待火灾完全被控制确无复燃可能时，第一台泵再退出。
在泵的出水管上设置超压泄压阀及旁通回流管（注意回流管不宜回流至生活消防合用水池内）以及选择性能曲线比较平缓的消防主泵等均是防止初期火灾泵超压的具体措施。
6 关于自喷灭火系统保护面
我国《自喷》规范对设置范围作了明确规定，对超高层建筑还强调了除小于5.0m2的卫生间外，其余凡是能用水保护的场所均应装设自动喷水灭火系统。
举例说明，香港的许多建筑无论层数多少、装修标准如何，整个建筑内部除了不能用水保护的场所外，几乎是“满天星”布置，如：自动扶梯下、垃圾道上方、电梯顶部、人梯坡道下仅有1-2m高度的小空间等均布满了喷头。考虑到事故中把火灾危险性降到最低，故而我认为超高层建筑中应取消“小于5.0m2的卫生间可以不设”的限制，达到“满天星”铺设的要求，对于其他高层高级公共建筑亦应适当增加覆盖面以利安全。
7 关于防火卷帘的保护
现在《高规》第5.4.4条规定：“采用防火卷帘代替防火墙时，其防火卷帘应符合防火墙耐火极限的判定条件或在其两侧设闭式自动喷水灭火系统，其喷头间距不应小于2.0m。”笔者以为值得研究和探讨的问题是：①专业厂家目前生产的防火卷帘有两种。一是普通防火卷帘，这是必须用水予以保护的；另一种是复合式防火卷帘，据厂家介绍及有关部门鉴定，复合式防火卷帘可以不用水保护（价格昂贵），但实际采用时还要不要用水保护是讨论热点。②既然条文中提出：“……在其两侧设闭式自动喷水灭火系统”，换句话说，不一定要采用开式喷头保护，这就涉及到灭火系统的设计秒流量问题。按《自喷》规范有关条文规定，保护防火卷帘的开式喷水灭火系统，其喷水强度应达到0.5L/(s.m),而闭式喷水灭火系统其喷水设计秒流量按中、轻或严重危险等级设计要求进行分别计算即可。且闭式喷头是一个个开放喷水，不像开式系统那样打开控制阀后，沿防火卷帘周边的喷头瞬间同时喷水。按开式或闭式系统计算主要涉及设计秒流量的计算问题。当防火卷帘总长度较短时两种计算方法差别不大，当防火卷帘综总长度超过50.0m时，设计秒流量的计算关系重大。如某工程防火卷帘总长度超过120m，按0.5L/(s.m)计算，用水量将超过60L/s,3h总用水量高达650m3,相当可观。③灭火延续时间是否一定要3h尚有争议。④喷头间距也可以小于2.0m，例如采用隐蔽型喷头时。
综上，自动喷水灭火系统还有很多地方值得我们深思、探讨、研究，我相信随着我们认知的加强以及科技的进步，我们会对目前技术有更好的改进和更加合理的应用，使我国消防领域有更大的提升。
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