二類高層發(fā)電機(jī)房水噴霧系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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簡介： 介紹了水噴霧滅火系統(tǒng)的組成、滅火特點(diǎn)，結(jié)合工程實(shí)例闡述了二類高層建筑自備發(fā)電機(jī)房水噴霧滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵字：水噴霧系統(tǒng)

一、概述

    1995年國家頒布了《水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50219-95）（以下簡稱霧規(guī)），水噴霧技術(shù)有了強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)。水噴霧滅火系統(tǒng)是利用水霧噴頭在一定的水壓下將水流分解成細(xì)小水滴進(jìn)行滅火或防護(hù)冷卻的一種固定滅火系統(tǒng)。水霧噴頭噴射的霧狀水滴直徑約為0.3~0.5mm，且是不連續(xù)的間斷水滴，具有良好的電氣絕緣性能，能較好的解決電氣設(shè)備、閃點(diǎn)較高的可燃液體火災(zāi)的撲滅問題，并以其安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用、滅火效率高、對環(huán)境無不良影響等優(yōu)越性能可部分取代氣體滅火系統(tǒng)。過去認(rèn)為“電氣火災(zāi)不允許用水撲救”的傳統(tǒng)思想得到解放，水噴霧技術(shù)越來越被消防工程技術(shù)人員接受、應(yīng)用和推廣?！陡邔用裼媒ㄖO(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50045-95）也在1997年的修訂條文中規(guī)定高層建筑內(nèi)的自備發(fā)電機(jī)房應(yīng)設(shè)置水噴霧滅火系統(tǒng)。

    水噴霧滅火系統(tǒng)的組成與雨淋自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)相似，主要由水源、高壓供水設(shè)備、供水管道、雨淋閥組、過濾器和水霧噴頭組成。水霧噴頭分為中速水霧噴頭和高速水霧噴頭，發(fā)電機(jī)房應(yīng)采用ZSTWB等離心霧化型高速水霧噴頭。水噴霧系統(tǒng)應(yīng)具有自動(dòng)控制、手動(dòng)控制和機(jī)械應(yīng)急控制三種啟動(dòng)方式。自動(dòng)控制是指水噴霧系統(tǒng)的火災(zāi)探測、報(bào)警部分與供水設(shè)備、雨淋閥組等部件自動(dòng)聯(lián)鎖操作的控制方式。就自動(dòng)控制而言，有采用纜式線型定溫火災(zāi)探測器，有采用閉式噴頭加傳動(dòng)管，有采用煙感+溫感火災(zāi)探測器等三種；因閉式噴頭設(shè)在保護(hù)空間內(nèi)，當(dāng)噴頭感受熱氣流閉式噴頭破裂噴水，其噴出的不是水霧而是水流，盡管雨淋閥的傳動(dòng)管管徑較小，出水量有限，但還是會(huì)造成一些不良后果，因此發(fā)電機(jī)房內(nèi)的水噴霧滅火系統(tǒng)不宜采用；而纜式定溫火災(zāi)探測器又較煩瑣，故一般采用煙感+溫感的做法。

二、工程實(shí)例

    下面就某工程發(fā)電機(jī)房的具體實(shí)例，介紹水噴霧滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

    某16層的二類高層商住樓的地下室內(nèi)設(shè)有一組300KW的自啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)組的最大外型尺寸：

    長×寬×高=3.49m×1.27m×1.90m。

1、確定保護(hù)對象的設(shè)計(jì)噴霧強(qiáng)度W等設(shè)計(jì)參數(shù)：

    自備發(fā)電機(jī)組一般選用0#柴油，其閃點(diǎn)≥65℃，根據(jù)《霧規(guī)》第3.1.2條、第3.1.3條、第3.1.4條的規(guī)定及《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施》（給水排水分冊）中所述的原則，發(fā)電機(jī)房的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：設(shè)計(jì)噴霧強(qiáng)度W宜為20L/（min.m²）,持續(xù)噴霧時(shí)間不宜小于0.5h，水霧噴頭的工作壓力不應(yīng)小于0.35Mpa，系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間不應(yīng)大于45S。

2、噴頭布置與選型：

    根據(jù)《霧規(guī)》第3.1.5條規(guī)定，發(fā)電機(jī)組外型不規(guī)則，保護(hù)面積按包容機(jī)組最大外型尺寸的規(guī)則形體的外表面積確定，本工程發(fā)電機(jī)組的外表面積S_發(fā)=22.52m²。

    通常儲(chǔ)油間內(nèi)設(shè)儲(chǔ)存機(jī)組8h所需柴油量的油箱，油箱一般架高1.0m以使柴油靠重力流入發(fā)電機(jī)組，設(shè)計(jì)的機(jī)組柴油耗量為83L/h，則油箱容量約為0.7m³，故設(shè)一個(gè)1.0m×1.0m×1.0m油箱。根據(jù)《霧規(guī)》第3.1.6條規(guī)定，儲(chǔ)油間的保護(hù)面積按儲(chǔ)油間的使用面積確定，噴頭布置方式可采用平面法布置。其使用面積S_儲(chǔ)=2.2×2.8=6.16m²。

    噴頭布置應(yīng)保證水霧的滅火的效率和水霧完全覆蓋保護(hù)對象的表面、不出現(xiàn)空白點(diǎn)，所以應(yīng)符合《霧規(guī)》第3.2.3條規(guī)定：“水霧噴頭保護(hù)對象之間的距離不得大于水霧噴頭的有效射程?！薄Ｒ约啊鹅F規(guī)》第3.2.4條規(guī)定：“……。當(dāng)按矩形布置時(shí)，水霧噴頭之間的距離不應(yīng)大于1.4倍水霧噴頭的水霧錐底圓半徑；當(dāng)按菱形布置時(shí)，水霧噴頭之間的距離不應(yīng)大于1.7倍水霧噴頭的水霧錐底圓半徑。……。”。并且各保護(hù)面上的噴頭的間距不應(yīng)超過3m。

⑴、發(fā)電機(jī)組噴頭的布置、選型：

①、初定水霧噴頭的流量：

    為便于噴頭的使用、維護(hù)，機(jī)組各面的水霧噴頭宜采用相同的型號(hào)，且為節(jié)約投資，減少噴頭數(shù)量，宜選用霧化角較大的噴頭以保證在相同的水壓下作用面積較大，一般可選用霧化角θ為120º的水霧噴頭。所以，本工程擬選用ZSTWB-80-120型水霧噴頭，此噴頭公稱工作壓力下（0.35MPa）的額定流量q=80 L/min，霧化角為120º。

②、計(jì)算發(fā)電機(jī)組水霧噴頭的最小數(shù)量N：

  根據(jù)《霧規(guī)》7.1.2公式：N=,

   式中 N-----保護(hù)對象的水霧噴頭的計(jì)算數(shù)量；

q-----水霧噴頭的流量（L/min）；擬選噴頭流量為80 L/min

        S-----保護(hù)對象的保護(hù)面積（m²）；S_發(fā)=22.52m²

        W-----保護(hù)對象的設(shè)計(jì)噴霧強(qiáng)度（L/min.m²）；20 L/min.m²

   所以，N_發(fā)=≈6個(gè)。

    發(fā)電機(jī)組噴頭布置采用立體布置法，根據(jù)本工程發(fā)電機(jī)組的實(shí)際尺寸，在機(jī)組端面各設(shè)1個(gè)噴頭，頂面和二個(gè)側(cè)面各設(shè)2個(gè)噴頭，噴頭平面布置見下圖。

    從上圖可見，為了達(dá)到噴頭直接噴射按包容機(jī)組的規(guī)則形體的每個(gè)表面，發(fā)電機(jī)組設(shè)了8個(gè)噴頭，比計(jì)算結(jié)果多設(shè)了2個(gè),保護(hù)面積內(nèi)的噴霧強(qiáng)度增大，可按此方案選擇和布置噴頭。

③、對噴頭與機(jī)組的間距進(jìn)行計(jì)算、確定。

    噴頭與機(jī)組表面的間距不應(yīng)大于水霧噴頭的有效射程（水平、垂直），且為使水霧完全覆蓋各保護(hù)表面，應(yīng)滿足噴頭與機(jī)組表面的最小間距。ZSTWB型高速水霧噴頭的有效射程與霧化角有關(guān)，應(yīng)根據(jù)所選產(chǎn)品廠家的噴射曲線圖確定。本工程采用ZSTWB-80-120型水霧噴頭，其水平有效射程為1.9m，垂直有效射程為3.0m。

噴頭與機(jī)組表面的最小間距可根據(jù)機(jī)組規(guī)則形體表面尺寸、噴頭位置（為了簡化計(jì)算、節(jié)約投資各噴頭的投影宜位于各表面的中心或中軸線上）、噴頭霧化角計(jì)算出當(dāng)完全覆蓋機(jī)組規(guī)則形體表面的最小水霧錐底圓半徑R，再根據(jù)《霧規(guī)》3.2.4公式：R=B×tg,求得噴頭與機(jī)組規(guī)則形體表面的最小距離B_min=R÷tg。

    本例中的噴頭與機(jī)組規(guī)則形體表面的最小距離計(jì)算結(jié)果如下：

A、機(jī)組端表面?zhèn)葒婎^的最小距離B_端min；

覆蓋機(jī)組端表面的最小水霧錐底圓半徑R_端min==1.15m

B_端min= R÷tg= 1.15÷tg=0.67m

B、          機(jī)組頂表面?zhèn)葒婎^的最小距離B_頂min；

覆蓋機(jī)組頂表面的最小水霧錐底圓R_頂min==1.10m

B_頂min= R÷tg= 1.10÷tg=0.64m

C、          機(jī)組側(cè)表面?zhèn)葒婎^的最小距離B_側(cè)min；

覆蓋機(jī)組側(cè)表面的最小水霧錐底圓R_側(cè)min==1.29m

B_側(cè)min= R÷tg= 1.29÷tg=0.75m

    根據(jù)計(jì)算的最小間距及發(fā)電機(jī)房的維修、交通要求，并保證滅火效率，本工程噴頭距機(jī)組表面的間距采用1.0m。

    如果各側(cè)的噴頭不是位于各保護(hù)面的中心、中軸線，或者采用霧化角小于120º的水霧噴頭時(shí)，噴頭與保護(hù)面的最小距離增大，噴頭與機(jī)組表面的間距可根據(jù)實(shí)際計(jì)算調(diào)整。

⑵、儲(chǔ)油間噴頭的布置、選型：

    儲(chǔ)油間的保護(hù)面積可按建筑的使用面積確定，噴頭布置方式采用平面法布置。其使用面積S_儲(chǔ)=2.2×2.8=6.16m²。

    為便于噴頭的使用、維修，儲(chǔ)油間的水霧噴頭采用與發(fā)電機(jī)組相同的型號(hào)，即ZSTWB-80-120型。

①、計(jì)算儲(chǔ)油間水霧噴頭的最小數(shù)量N：

  根據(jù)《霧規(guī)》7.1.2公式：N=,

   式中 N-----保護(hù)對象的水霧噴頭的計(jì)算數(shù)量；

q-----水霧噴頭的流量（L/min）；所選噴頭流量為80 L/min

        S-----保護(hù)對象的保護(hù)面積（m²）；S_儲(chǔ)=6.16m²

        W-----保護(hù)對象的設(shè)計(jì)噴霧強(qiáng)度（L/min.m²）；20 L/min.m²

   所以，N_儲(chǔ)=≈2個(gè)

②、儲(chǔ)油間噴頭布置：

   油箱頂面距儲(chǔ)油間地面高度按2.0m計(jì)，噴頭安裝高度距油箱頂面的距離B_箱=0.9m，水霧錐底圓半徑R_箱=B_箱×tg= 0.9×tg=1.55m。噴頭距儲(chǔ)油間地面2.9m，水霧錐底圓半徑R_儲(chǔ)=2.9×tg=5.0m。

    儲(chǔ)油間僅需2個(gè)噴頭，噴頭的位置只要使噴頭距儲(chǔ)油箱各點(diǎn)的距離不大于噴頭噴射至儲(chǔ)油箱頂面的水霧錐底圓半徑R_箱=1.55m，且噴頭之間的距離不大于1.7倍噴頭噴射至儲(chǔ)油箱頂面的水霧錐底圓半徑即可滿足水霧完全覆蓋儲(chǔ)油箱頂面（噴頭僅一排，水霧噴頭之間的最大距離按菱形布置考慮），考慮儲(chǔ)油間地面通常設(shè)有集油溝，噴頭的位置還應(yīng)按噴頭距儲(chǔ)油間各點(diǎn)的距離不大于噴頭噴射至儲(chǔ)油間地面的水霧錐底圓半徑R_儲(chǔ)=2.9m來校核。為使水霧較均勻地覆蓋整個(gè)儲(chǔ)油間，噴頭距各點(diǎn)的間距及噴頭之間的距離不宜相差太大。

3、水力計(jì)算：

    水力計(jì)算按《建筑滅火設(shè)計(jì)手冊》中的方法進(jìn)行計(jì)算。由于水噴霧系統(tǒng)采用開式噴頭，水力計(jì)算參照雨淋系統(tǒng)，按特性系數(shù)法計(jì)算系統(tǒng)的實(shí)際流量、水頭損失等。若采用估算法則偏差較大，可能導(dǎo)致噴頭噴出的不是水霧。

⑴、水力計(jì)算簡圖見下圖。

⑵、水霧噴頭的流量計(jì)算q：、

按《霧規(guī)》7.1.1公式：q=K×,

        式中  q-----水霧噴頭的實(shí)際流量（L/min）；

              P-----水霧噴頭的實(shí)際工作壓力（MPa）；≥0.35MPa

              K-----水霧噴頭的流量系數(shù)；按廠家樣本，本例選用的噴頭流量系數(shù)K=43，

⑶、系統(tǒng)的計(jì)算流量Q_j：

按《霧規(guī)》7.1.3公式：Q_j=,

        式中  Q_j ----系統(tǒng)的計(jì)算流量（L/S）；

              n-----系統(tǒng)啟動(dòng)后同時(shí)噴霧的水霧噴頭的數(shù)量；     q_i -----水霧噴頭的實(shí)際流量（L/min）；

⑷、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量Q_s：

按《霧規(guī)》7.1.5公式：Q_s=1.05~1.10 Q_j

⑸、水力計(jì)算結(jié)果為：系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量Q_s =18L/S，系統(tǒng)所需工作壓力H=0.57MPa。（具體計(jì)算過程略）

4、水噴霧泵選型：

    如何選擇系統(tǒng)加壓泵呢？通常有2種方法：①采用獨(dú)立的消防泵，這種方法增加了消防泵數(shù)量，既增加投資又增加泵房的面積，所以設(shè)計(jì)中很少采用。②與建筑內(nèi)的其他消防泵共用（流量和壓力均滿足的前提下），即與消火栓泵共用或噴淋泵共用。因?yàn)榻ㄖ飪?nèi)同一時(shí)間內(nèi)的火災(zāi)次數(shù)按一次考慮，且發(fā)電機(jī)房采用甲級(jí)防火門、防火隔墻等與其他場所隔開，故水噴霧泵可以與噴淋泵共用。

三、問題探討：

1、雨淋閥組的位置；

    《霧規(guī)》第3.1.4條規(guī)定：“水噴霧滅火系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，當(dāng)用于滅火時(shí)不應(yīng)大于45S；……”。系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間由信號(hào)傳輸時(shí)間（即自動(dòng)啟動(dòng)水噴霧泵時(shí)間）和水流到達(dá)時(shí)間組成，信號(hào)傳輸時(shí)間約需10S，因此必須縮短雨淋閥到最不利水霧噴頭的距離，以減小水流到達(dá)時(shí)間。故雨淋閥組宜設(shè)在發(fā)電機(jī)房附近的雨淋閥室里，這樣既保證響應(yīng)時(shí)間，又方便應(yīng)急操作。

2、穩(wěn)壓泵、屋面水箱的問題；

    《霧規(guī)》沒有規(guī)定必須設(shè)穩(wěn)壓泵，也未規(guī)定雨淋閥前必須充滿恒定壓力的水。因?yàn)樗畤婌F系統(tǒng)管網(wǎng)為開式的，噴霧滅火時(shí)必須啟動(dòng)消防泵才能工作，雨淋閥前即使充滿恒壓水，光憑穩(wěn)壓泵的小流量并不能使雨淋閥后的管網(wǎng)正常噴霧滅火。它與閉式噴淋的管網(wǎng)不同，閉式噴淋的報(bào)警閥應(yīng)接通屋面消防水箱的出水管，只要報(bào)警閥打開，在消防主泵啟動(dòng)送水前也可保證約10min的緊急滅火，僅僅靠穩(wěn)壓泵使雨淋閥前的管段充滿壓力水，并不能代替消防主泵來實(shí)現(xiàn)緊急噴霧滅火的功能。

    但雨淋閥的開啟需要閥瓣前后形成一定的壓力差，此壓力應(yīng)保證能克服閥前管網(wǎng)和雨淋閥的水頭損失，故雨淋閥前的水源應(yīng)保證的雨淋閥處的壓力不小于0.07~0.10MPa，當(dāng)水噴霧系統(tǒng)與其他消防系統(tǒng)共用消防泵時(shí)，一般能保證閥前的水壓要求（因?yàn)橄鹚ㄏ到y(tǒng)和均設(shè)有屋面消防水箱或增壓穩(wěn)壓設(shè)備），此時(shí)可以不設(shè)穩(wěn)壓泵；當(dāng)水噴霧系統(tǒng)采用獨(dú)立的系統(tǒng)，又沒有與屋面水箱接通或沒有與滿足不間斷供水的室外給水管網(wǎng)接通時(shí)，此時(shí)的水噴霧系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置穩(wěn)壓泵，以保證能順利的開啟雨淋閥。

3、關(guān)于水泵接合器的問題；

    《霧規(guī)》沒有規(guī)定必須設(shè)置水泵接合器，雖然發(fā)電機(jī)房水噴霧系統(tǒng)的火災(zāi)延續(xù)時(shí)間為0.5h，消防水池中也存有火災(zāi)延續(xù)時(shí)間內(nèi)所需的消防水量，但從安全考慮，避免消防水泵發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)不能發(fā)揮正常的作用，火災(zāi)無法及時(shí)撲滅，造成火災(zāi)蔓延，擴(kuò)大損失；設(shè)置了水泵接合器后，當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，系統(tǒng)可以使用外水源，通過水泵接合器補(bǔ)水，更大的發(fā)揮水噴霧系統(tǒng)的作用，而增加的投資不多。所以，水噴霧獨(dú)立系統(tǒng)宜設(shè)有水泵接合器，當(dāng)共用消防泵系統(tǒng)時(shí)可利用其他系統(tǒng)的，不必再設(shè)。

4、關(guān)于是否需要試噴的問題；

    《霧規(guī)》沒有明確要求，而水噴霧系統(tǒng)的施工規(guī)范尚未頒布，是否試噴讓人無所適從。但筆者認(rèn)為水噴霧系統(tǒng)安裝完成后宜進(jìn)行試噴，尤其是與其他消防系統(tǒng)共用消防泵時(shí)，在消防泵的流量和壓力無法完全吻合的情況下，檢測水噴霧系統(tǒng)布置的噴頭是否完全包絡(luò)發(fā)電機(jī)組和噴頭噴出的水霧滴直徑能否達(dá)到要求而進(jìn)行試噴很有必要。施工單位應(yīng)在施工前制定出周密、詳細(xì)的試噴方案，根據(jù)試噴情況，適當(dāng)調(diào)整噴頭的位置和雨淋閥前的總控制閥的開啟度，使系統(tǒng)的功能達(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求。

    以上是本人在在參加實(shí)際工程設(shè)計(jì)中的一些個(gè)人看法，不足之處請專家、同行給予指正。

注：文中水霧噴頭的技術(shù)參數(shù)采用上海金盾消防安全設(shè)備有限公司的產(chǎn)品樣本。

參考文獻(xiàn)：

1.GB50219-95 水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范.北京：中國計(jì)劃出版社，1995

2.姜文源，等.建筑滅火設(shè)計(jì)手冊.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997

3.《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施》（給水排水分冊）.北京：中國計(jì)劃出版社，2003