自動噴水滅火系統(tǒng)設計中的幾個重要問題

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1、噴頭布置?

　　合理布置噴頭是自動噴水滅火系統(tǒng)設計安全與經(jīng)濟的關鍵。《噴規(guī)》比較強調(diào)的是作用面積內(nèi)的噴水強度和噴水的均勻性及噴頭的適時開放。對于每個噴頭的半徑，一是和生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品及其技術參數(shù)有關，二是和噴頭所在位置的水壓有關，三是和噴砂的布置位置有關（結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)和各種障礙物的影響）?！秶娨?guī)》規(guī)定的噴頭間距只是一個"限"，目的是為了更好地保證噴水強度和噴水的均勻性及適時開放。?

　　1.1噴頭布置原則與要求

　?。?）滿足作用面積內(nèi)的噴水強度、噴水的均勻性及噴頭的適時開放（噴頭的受熱條件和開放時間）；

　?。?）噴頭在噴水半徑內(nèi)靈活布置，不出現(xiàn)未被覆蓋的空白，也不出現(xiàn)過多的重要覆蓋面積；?

　?。?）保證噴濕墻根及一定范圍內(nèi)的墻面；?

　?。?）噴間之間不應互相影響；?

　?。?）按規(guī)范和實際處理障礙物的遮擋，并積極與相關專業(yè)協(xié)調(diào)；?

　　（6）應滿足其它相關規(guī)范對噴頭布置的要求；?

　?。?）考慮火災時煙羽流對噴頭動作的影響；?

　?。?）結(jié)合實際，全面分析相關規(guī)范，吃準吃深規(guī)范中的字眼，綜合考慮。

　　1.2噴水半徑與噴頭布置

　　噴水半徑是噴頭布置的主要依據(jù)，它代表一個經(jīng)濟數(shù)值，在噴頭工作時不致出現(xiàn)未被覆蓋的空白，也不出現(xiàn)過多的重要覆蓋面積。它與危險等級的噴水強度、噴頭特性和工作壓力有關。工程設計中噴頭布置視建筑平面，在噴水半徑范圍內(nèi)，可靈活采用正方形、矩形或平形四邊形。噴水半徑不同于噴頭的計算半徑，它是在計算半徑的基礎上，考慮噴水強度、噴水均勻性、噴頭受熱條件與適時開放，根據(jù)規(guī)范的規(guī)定而得出的數(shù)值。具體見表1：由于噴頭的布置受其它因素影響較大，實際上常常出現(xiàn)噴頭不能按一個固定的距離來布置，別說同一建筑中往往不會按一個間距布，就是同一層、同一防火分區(qū)也常常如此。此外，作為土建設計，不同于裝修設計，需要給二次裝修留下有余地，噴頭間距不宜按規(guī)范規(guī)定的最大距離要求設置，而且實際上這么做也不易達到規(guī)范要求的噴水強度和噴水的均勻性。?

　　設計時必須根據(jù)工程實際情況，按設計選定的噴水強度、噴頭的流量系數(shù)、工作壓力確定，并考慮噴頭的受熱條件和開放時間，在滿足規(guī)范要求的噴頭強度條件下，按噴頭的實際工作壓力，結(jié)合建筑分隔與結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)靈活布置。在布置中，噴頭間距不應是個定數(shù)，應根據(jù)所在位置的條件來定，最終目的還是保證噴水強度和噴水的均勻性及適時開放。

　　1.3不宜演繹集熱板?

　　《噴規(guī)》對集熱板的要求，見7.1.7條，它是針對貨架噴頭布置而提出的，《噴規(guī)稱為集熱檔水板。當噴頭上方有孔洞、縫隙，為防止噴頭因熱氣流不停留或上部噴頭淋水降溫而不能啟動時，規(guī)定應在噴頭的上方設置集熱板。另外，《汽車庫、修車庫、停車場設計防火規(guī)范》［2］中的7.2.3.2條規(guī)定，對機械立體汽車庫，復式汽車庫按停車的托板位置分層布置的噴頭，應在其上方設置集熱板。而在工程實踐中，集熱板的使用場合遠不止于此，已在較多場合得到了演繹，但這一種做法不但沒有規(guī)范依據(jù)，而且也往往與設置的初衷背著而馳。根據(jù)美國FM公司的一項研究結(jié)果表明，噴頭動作所需80%以上的熱量都來自熱對流，而傳遞給噴頭的對流熱量需要熱空氣流經(jīng)噴頭才能完成。若起火點不是正對著噴頭，那么上升的熱對流就不會在集像一個倒扣的盒子，遮擋了熱氣流鐵水平流動，火災時在噴頭處形成空氣流動死角，而延誤噴頭響應時間。因而，對集熱板的設置及其演，應慎重考慮，并應依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范，結(jié)合實際情況，分析論證后確定。

　　2、水力計算

　　水力計算將決定系統(tǒng)投入滅火的水量及對滅火水量的分配，是關系系統(tǒng)可靠性、合理性和經(jīng)濟性的一項重要設計內(nèi)容。根據(jù)對《噴規(guī)》的理解和大量相關資料及部分工程實例的分析，覺得水力計算應采用"矩形面積-逐點法"，也就是首先確定最不利作用面積在管網(wǎng)中的位置（必要時可由水力計算確定），作用面積的形狀宜為矩形，僅在作用面積內(nèi)所包含的噴頭計算其噴頭量；之后選定最不利計算路線，采用節(jié)點流量法將最不利作用面積內(nèi)的每個噴頭的壓力值和出流是一一求出，當兩個分支交匯時，根據(jù)兩分支的壓力差對壓力較高的分支進行流量修正，然后將作用面積內(nèi)經(jīng)過流量修正之后的所有噴頭出流量的總和作為整個自動噴水滅火系統(tǒng)的設計流量，在此以后的管段流量不再增加，僅計算沿程和局部水頭損失，一直算到管網(wǎng)起點。?

　　實際火災發(fā)生時，一般都是火源點呈輻射狀向四周擴大蔓延，而只有失火區(qū)上方的噴頭才會開啟噴水。?［3］。因此采用作用面積保護方法及僅在作用面積內(nèi)的噴頭才計算噴水量是合理的。同時由于火災時對流及風的影響，作用面積的形狀以呈矩更為合理，且矩形面積在管道水力計算時也是最不利的。因而這種"矩形面積-逐點法"符合火場實際，科學嚴謹，并與歐美等國接軌，是合理的、安全的，也是《噴規(guī)》的推薦作法。

　?。?）矩形面積的確定：作用面積的形狀宜為矩形，其長邊平行于配水支管，其長度不小于作用面積平方根的1.2倍，噴頭數(shù)若有小數(shù)就進位成整數(shù)。當配水支管的實際長度小于邊長的計算值時，作用面積要擴展到該配水管鄰近支管上的噴頭。

　?。?）經(jīng)濟流速和最不利點處水壓?

　　①經(jīng)濟流速：?

　　自動噴水滅火系統(tǒng)最主要的組成部分是配水管道，而配水管道管徑的確定，不僅影響到整個系統(tǒng)的造價，更關系到系統(tǒng)消防的安全性。在流量確定的條件下，流速是確定管徑的重要參數(shù)。采用經(jīng)濟流速是給水系統(tǒng)設計的基礎要素，生產(chǎn)、生活給水管道的流速一般采用經(jīng)濟流速，以使管道的基建投資與經(jīng)常性的運行能耗得到優(yōu)化匹配。所謂經(jīng)濟流速是一次投資與經(jīng)常費用之和最小時的流速為經(jīng)濟流速，而相應的管徑即為經(jīng)濟管徑。所以選擇輸配水管管徑的大小涉及投資與耗電的大小，管徑大基建費用高，電費卻省，管徑小一次投資省，但水頭損失大，水泵揚程高，電費高。?

　　《噴規(guī)》在管道水力計算9.2.1條也規(guī)定"管道內(nèi)的水流速度宜采用經(jīng)濟流速，必要時可超過5m/s，但不應大于10m/s".然而，自噴給水管道只是在火災時短時間運行，不同于生產(chǎn)、生活給水管道始終處支運行狀態(tài)，故可以提高流速，減小管徑以降低基建投資，這同樣是經(jīng)濟的。但同時如果自噴系統(tǒng)管內(nèi)水流速度較高，水頭損失就較大，配水管支管管徑往往就會偏小，造成在設計流量下，噴頭實際保護面積可能滿足不了規(guī)范有關作用面積的要求。此時盡管作用面積內(nèi)噴頭動作時，其平均噴水強度符合規(guī)范，但上下游噴頭因壓力不同而流量有差異，此外，由于管徑小，管網(wǎng)水頭損失大，消防水泵揚程高，噴頭噴水極不均勻，其出水量必然過大，將過早地用完消防貯水。因而管道流速宜采用較低值，管徑小時尤宜采用低值。?

　　同時，從上述分析中也不難看出，《噴規(guī)》中提到的經(jīng)濟流速應是經(jīng)濟性、合理性、可靠性與安全性的統(tǒng)一，并非能常意義上的經(jīng)濟流速（但其條文及其說明中均未涉及?。?。結(jié)合工程算例分析有關手冊與文獻介紹［3-6］，配水干管和配水支管設計流速一般不宜超過3.5m/s，常用1.8-2.8m/s.這種做法能夠較好地滿足《噴規(guī)》表5.0.1、表5.0.5及9.1.4條的有關作用面積和噴水強度的規(guī)定，且配水管網(wǎng)水頭損失較小，消防水泵的揚程較小，噴頭出水不均勻性較小，消防貯水量可得到合理使用，是比較安全、經(jīng)濟、合理的。? ②最不利點處水壓：最不利點水壓一般為0.1MPa，最小不應小于0.05MPa.過去大家習慣認為0.05MPa是針對屋頂水箱高度往往難以滿足最不利噴頭壓力值而提出的，在消防泵、增壓設施揚程計算時，不存在這個問題，都得取0.1MPa，但實際上情況并非如此，甚至可以說對于某種類型的自動噴水滅火系統(tǒng)，按現(xiàn)行規(guī)范，一般應取0.05MPa，而非0.1MPa.大家都知道，由于地下車庫噴頭布置，一是要按《噴規(guī)》中危險Ⅱ級，二是應在停車位上方設置，三是受結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)限制和其它遮擋及其處理的影響，使其噴頭一般都得布置較密，此時而再按0.1MPa來計算，一是設計流量偏大，可達40L/s（不包括防護冷卻水幕用水量），二是損失過大，水泵揚程過大，相應的水箱高度也就越大。因此個人認為對于諸如地下車庫這類噴頭不得不布置過密的系統(tǒng)或場合，宜取0.05MPa，且這樣做能較好的滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。?

　?。?）系統(tǒng)設計流量計算及支管流量修正

　?、傧到y(tǒng)的設計流量，應按最不利點處作面積內(nèi)噴頭同時噴水的總流量確定，其計算公式見《噴規(guī)》9.1.3條。不同的噴淋管網(wǎng)因噴頭間距、管網(wǎng)規(guī)模、管道布置等不同，噴淋系統(tǒng)的總用水量和噴水不均勻性可能有較大差別，且噴淋管網(wǎng)中實際存在的噴水不均勻性，噴淋系統(tǒng)的總用水量應當通過認真的水力計算確定，否則，所確定的噴淋泵型號很可能是不合適的，系統(tǒng)可靠性、合理性和經(jīng)濟性也不好保證。?

　　系統(tǒng)設計流量計算中有關情況處理及要求，見《噴規(guī)》9.1.4-9.1.9條。

　?、趦晒芏谓稽c處的計算水壓不同時，應按式（1）對交匯點處低水壓的一側(cè)的管段總流量進行修正［7］。?

　　式中，q1——低水壓側(cè)管段的修正流量（L/s）；?

　　q2——低水壓側(cè)管段的修正流量（L/s）；?

　　h1——低水壓側(cè)管段的水壓（KPa）；?

　　h2——高水壓側(cè)管段的水壓（KPa）。

　?。?）管道沿程和局部水頭損失每米管道的水頭損失計算式見《噴規(guī)》9.2.2條，管道局部水頭損失，宜采用當量長度法計算，也就是將水流經(jīng)過彎管、丁字管的局部壓力損耗相似于一定長度的直管。實際計算中，常采用管道比阻與流速系數(shù)的概念，將相應的局部當量加入相應管段的管段長度，利用EXCEL來完成支管的計算，或系統(tǒng)的計算（因系統(tǒng)的計算涉及到流量修正，要編制相應的"宏"才能自動完成與輸出，開始可采取手工進行調(diào)整修正工作）。?

　?。?）水泵揚程或系統(tǒng)入口的供水壓力?

　　水泵揚程或系統(tǒng)入口的供水壓力計算式見《噴規(guī)》9.2.4條，這與原規(guī)范有所變化，且規(guī)定濕式報警閥、水流指示器取值為0.02MPa（這比實際計算值大！）。?

　?。?）減壓與減壓措施?

　　《噴規(guī)》第8.0.5條規(guī)定"……配水管道的布置，應使配水管入口的壓力均衡。輕危險級、中危險級場所所各配水管入口的壓力均不宜大于0.4MPa"而自動噴水滅火系統(tǒng)中，不但存在著低層管道系統(tǒng)中水壓不平衡，即使在同層中，當保護面積較大時，由于設計是按最不利工作面積計算，同層中有利工作面積內(nèi)噴頭的水壓也有剩余，所以習慣是對連接有利工作面積的配水管或配水干管予以減壓，減壓的方法可以采用設置減壓閥、減壓孔板、節(jié)流管以及縮小有利工作面配水支管的管徑等方法增加沿途水頭員失達到減壓目的。?

　　有關規(guī)定與計算見《噴規(guī)》9.3.1-9.3.5條。

　　3、消防水箱與水泵接合器

　　3.1消防水箱?

　　供水矛盾主要在動力源的可靠性，矛盾的暴露表現(xiàn)在水系統(tǒng)，但涉及面較寬。相關規(guī)范？quot；按建筑分類分別采用一級供電或二級供電加柴油機"，臨時高壓給不系統(tǒng)應設消防水箱等規(guī)定。我國現(xiàn)行水防技術規(guī)范對消防水箱的規(guī)定，存在頂層、遠端等不利部位欠壓的問題，使消防水箱對這些不利部位不能發(fā)揮應有的作用，而按《高規(guī)》［8］規(guī)定設置的增壓設施，由于水量偏小同樣未能妥善解決這個問題。自動噴水滅火系統(tǒng)用于撲救初期火災，在噴頭動作的時間段，火勢將以每秒幾千瓦至十幾千瓦的速率增長，此時開放噴頭如不能按規(guī)定強度連續(xù)噴水，系統(tǒng)效能將顯著降低，甚至給火災入迅猛燃燒階段以可乘之機，其結(jié)果將導致滅火的難度增大使火災超出系統(tǒng)的控滅火能力［9］。為保證噴頭開放后連續(xù)噴水，并保證對不利部位火災的及時有效撲救，《噴規(guī)》第10.3.1、10.3.2規(guī)定："采用臨時高壓給水系統(tǒng)的自動噴水滅火系統(tǒng)，就設高位消防水箱，其儲水量應符合現(xiàn)行有關國家標準的規(guī)定。消防水箱的供水，應滿足系統(tǒng)最不利點處噴頭的最低工作壓力和噴水強度。"、"建筑高度不超過24m、并按輕危險級或中危險級場所設置溫式系統(tǒng)、干式系統(tǒng)或預作用系統(tǒng)時，如設置高位水箱確有困難，應采用5L/s流量的氣壓給水設備供給10min初期水量".

　　對此可作如下考慮：?

　?。?）設置消防水箱（氣壓給水設備）的目的在于：一是利用位差為系統(tǒng)提供準工作狀態(tài)下所需要的水壓，達到使管道內(nèi)的充水保持一定壓力的目的；二是提供系統(tǒng)啟動初期的用水量和水壓，在供水泵因動力或機械故障不能正常投入運行的緊急情況下應急供水，確保噴頭開放后立即噴水，并為首批開放的噴頭撲救初期火災，提供維持10min噴水的用水量，控制初期火軍和為消防隊增援滅火爭取時間。?

　?。?）采用臨時高壓給水系統(tǒng)的自動噴水滅火系統(tǒng)，凡超過24m的高層建筑或其它嚴重危險級和倉庫危險級的建筑均應設高位水箱，且不可用氣壓給水設備替代。由于位差的水箱供水期間，系統(tǒng)的噴水強度不足，因此將削弱系統(tǒng)的控滅火能力。為此，要求消防水箱滿足供水不利樓層和部位噴頭的最低工作壓力和噴頭強度。?

　　但單獨設置穩(wěn)壓泵，僅能為系統(tǒng)穩(wěn)壓而不能提供滅火初期的用水量?！陡咭?guī)》在條文說明里指出，設置增壓設施的目的主要是在火災初起時，消防水泵啟動前、滿足自動噴水滅火系統(tǒng)的水壓要求。對增壓水泵，其出水量應滿足一個自動噴水滅火系統(tǒng)噴頭的用水量。對氣壓罐其調(diào)節(jié)水容量為5個噴頭30s的用水量，即5×1×30＝150L.現(xiàn)行國標圖集-消防增壓穩(wěn)壓設備選用與安裝（98S176）是按《高規(guī)》編制的，其功能只是解決火災初期時，即消防主泵啟動前，確保具有足夠消防壓力的30s儲水量進行初期火災撲救，直至消防主泵全負荷啟動運行。對于合用消防水箱的增壓設施，450L容量也僅能在緊急情況下向3只噴頭供給不足2min水量（3×1.33×120＝479L）。?

　　可見以前的屋頂水箱和穩(wěn)壓設備聯(lián)合工作方式已不能滿足《噴規(guī)》的要求，而架高水箱在建筑設計中由于多種因素的影響又很難實現(xiàn)。?

　　為此《噴規(guī)》規(guī)定了最低工作壓力0.05MPa的要求。但到底是動壓還是靜壓，規(guī)范沒有強制限定，這就給設計帶來了難度的同進也有了一定的靈活性。?

　　實際上，0.05Mpa應是動壓而非靜壓。0.05Mpa是指系統(tǒng)最不利點處噴頭最低工作壓力，同時規(guī)范在條文說明中指？quot；如果頂層最不利點處噴頭的水壓要求為0.1Mpa，則屋頂水箱必須比頂層噴頭高出10m以上，將會給建筑造型和結(jié)構(gòu)處理帶來很大困難。根據(jù)上述情況和參考國外有關規(guī)范，將最不利噴頭的工作壓力確定為0.05Mpa".?

　?。?）高位水箱的高度，《建規(guī)》［10］規(guī)定設在建筑物的最高處（《建規(guī)》送稿也有靜壓0.07Mpa的要求），《高規(guī)》要求保證頂層消火栓0.07Mpa的靜水壓力。若按建筑層高3m考慮，最不利消火栓上0.07Mpa，對自噴靜水壓剛好在0.05Mpa左右。為與相關規(guī)范達到協(xié)調(diào)一致，實際工程設計中，當水箱難以滿足0.05Mpa動壓要求，在動力可靠、管理到位的情況下，以0.05Mpa靜壓考慮也是可行的。?

　?。?）高位水箱的設置保證0.05Mpa動壓，在不宜采用增壓穩(wěn)壓裝置的情況下，就得將水箱架高。由于水箱中的水要經(jīng)報警閥、水流指示器后才到達最不利噴頭，加上管錢較長，即使火災初期，自噴用水量很小，也是有一定的水頭損失的，具體可詳細計算后確定。但一般在高出7m（這個高度在建筑上稍微處理一下是能滿足的：躍層＋電梯機房＋水箱墊高）以上的話，可以滿足規(guī)范的要求。（《噴規(guī)》按照相關的現(xiàn)行標準，規(guī)定濕式報警閥、水流指示呂局部水頭損失取值為0.02MPa，明顯偏高，至少在校核水箱高度時要比這小得多！）。?

　　另外，可通過采用縮小噴頭間距、增大管徑減少損失等其它措施來滿足最不利點噴頭在最低工作壓力（0.05Mpa）下的噴水強度。?

　?。?）《噴規(guī)》10.3.2規(guī)定的5L/s、10min的消防貯量的氣壓給水設備，若采用隔膜式氣壓罐，由一般需2個立式或1個臥式。立式的可選用91SB3-132中SBQL1600×1.5的兩個就可以了。系統(tǒng)占地約35m2，價格約3.2萬元左右。部分人對此規(guī)定有此爭議，但考慮到新規(guī)范比較強調(diào)火災的初期滅火，強調(diào)系統(tǒng)能在盡量快的時間里出水，和火災發(fā)生后人們習慣于斷電的思維，為增加安全性，減少部分使用面積，增加一些造價是合理的、值得的，相信隨著經(jīng)濟條件的不斷提高安全問題會越來越得到重視，同時，隨著經(jīng)濟條件的不斷提高，設施也會越來越有利于工程。此外，考慮到《建規(guī)》第8.8.5條"消防水泵應在火警后5min內(nèi)啟動，并在火場斷電時仍能正常運轉(zhuǎn)。"及"建規(guī)"送審稿等8.7.9條"消防水泵應保下在火警后自動啟泵，并在火場斷電時仍能正常運轉(zhuǎn)"的規(guī)定，水罐的貯水是否可以根據(jù)《建規(guī)》按5min考慮，也值探討。但個人認為，盡管水泵的啟支時間可以很快，考慮到與相關規(guī)范的協(xié)調(diào)一致，以及噴水的不均勻性和其它因素，作為保障措施，氣壓罐還是應貯存10min用水。?

　　3.2水泵接合器?

　　水泵接合器的主要用途是當室內(nèi)消防泵發(fā)生故障或遇大火室內(nèi)消防用水不足時，供消防車從室外消火栓取水，通過水泵接合器將水送到室內(nèi)消防給水管網(wǎng)用于滅火。?

　?。?）在自噴滅火系統(tǒng)中，因報警閥組均有止回閥，水泵拼命器設在閥后（沿水流向）水不會倒流，加上因水消防車到達現(xiàn)場通過水泵拼命器向室內(nèi)自噴消防管網(wǎng)輸水時，火災為已知情況，不需再次啟動壓力繼電器及水力警鈴報警，也不必再次啟以消防水泵等設施，水泵接合器可直接接在濕式報警閥后［11］。但對于系統(tǒng)有兩個或兩個以上報警閥組，還設在閥后那么其他閥將不能再公用此水泵接合器了，那就得每個報警閥后至少設一個水泵結(jié)合器。同時考慮到《噴規(guī)》10.1.4條的規(guī)定"當自動噴水滅火系統(tǒng)中設有2個及以上報警閥組時，報警閥組前宜設環(huán)供水管道"，對于2個及以上報警閥組的系統(tǒng)還是設在閥前為好，可以互為備用。另外水泵接合器位置應考慮連接消防車水泵的方便，且離水源不宜過遠。（2）《噴規(guī)》10.4.2條規(guī)定，當水泵接合器的供水能力不能滿足最不利點處作用面積的流量和壓力要求時，應采取增壓措施。這一規(guī)定與《高規(guī)》7.4.5.2的規(guī)定"消防給水為豎向分區(qū)供水時，在消防車供水壓力范圍內(nèi)的分區(qū)，應分別設置水泵接合器"相比，提高了水泵接合器的要求，已不再局限于"一步到位"，這一規(guī)定是經(jīng)驗的總結(jié)，也是實際的需要，有利于提高系統(tǒng)的可靠性。?

　　（3）《噴規(guī)》規(guī)定水泵接合器的流量"宜接"10-15L/s，《高規(guī)》是"應按"，《建規(guī)》是"按".這種措辭應是有其原因的：10-15L/s是消防車長期正常運轉(zhuǎn)和發(fā)揮較大效能的流量范圍，且消防系統(tǒng)的流速可以比給水流速稍大，加之，按現(xiàn)行《噴規(guī)》的流量計算法，對于中危險級不再局限于26-30L/s范圍內(nèi)，而是可大可小，一個"宜"字給設計者帶來了更大的選擇余地，也更符合實際需要。如筆者最近設計的一個四層綜合樓，地下室為地下車庫，自動噴炎流量為33L/s，是設3個還是設2個，我想還是宜設2個。?

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