淺談高層建筑給排水中的消防設(shè)計

◎ 杭州恒元建筑設(shè)計院有限公司 魏 群

杭州天元建筑設(shè)計研究院有限公司 陳 華

自動噴水滅火系統(tǒng)是賓館、高級住宅、車站候車室、圖書館等人群密度較大場所中常用的消防給水系統(tǒng)。隨著社會主義現(xiàn)代化事業(yè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，旅游事業(yè)的興起，體現(xiàn)城市時代特征的高層民用建筑和多層工業(yè)建筑亦進(jìn)入繁榮發(fā)展階段，越來越多的多功能建筑屹立于現(xiàn)代化都市之中。火災(zāi)事故與重特大火災(zāi)越來越多，火災(zāi)損失也越來越大。建筑消防的形勢越來越嚴(yán)峻，為了提高消防系統(tǒng)的可靠性，建筑消防系統(tǒng)逐漸由高效率、高自動化設(shè)計為基準(zhǔn)，文章通過自噴滅火系統(tǒng)加以闡釋高層建筑給排水消防設(shè)計理念。

1 自動噴水滅火系統(tǒng)的概述

自動噴水系統(tǒng)一般是由供水設(shè)施、管道、水流報警裝置、報警閥組、灑水噴頭，火災(zāi)探測器等幾部分組成。這些部件的作用就是在發(fā)生火情時，及時吸收火場中的熱量，盡快打開噴頭，把水均勻的噴灑在可燃物的表面和周圍，最終達(dá)到滅火目的。對于自動噴水滅火系統(tǒng)，其設(shè)計的基本要求是：系統(tǒng)具有可靠的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，且噴頭能在盡可能短的時間內(nèi)撲滅保護(hù)區(qū)的火災(zāi)。而自噴系統(tǒng)管網(wǎng)的管道內(nèi)徑和粗糙度、噴嘴的孔徑、管道的安裝等都會影響系統(tǒng)的設(shè)計后果。

自動噴水滅火系統(tǒng)的噴頭類型，可以根據(jù)噴頭的流量系數(shù)熱敏指數(shù)RTI和布水曲線等指標(biāo)分類。通常在建筑設(shè)計中根據(jù)火災(zāi)危險性、保護(hù)空間的建筑構(gòu)造、自動噴水滅火系統(tǒng)本身的特點(diǎn)來選擇適合該建筑的噴頭。最常見的是一種閉式噴頭，噴頭平時被熱敏元件堵住，遇到火災(zāi)使噴頭環(huán)境溫度上升，超過了原定的極限溫度，熱敏元件就爆破，噴頭被打開噴水出來滅火。閉式噴頭里面的紅色表示，在室溫達(dá)到68℃時就爆開噴水。如果是橙色，就表示到57℃時噴水。噴頭均勻分布，使火災(zāi)發(fā)生時，建筑內(nèi)處處都有噴水噴頭的保護(hù)。

2 自動噴水滅火系統(tǒng)的水力計算方法

在自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計中，力求遵循系統(tǒng)基本原理和技術(shù)特點(diǎn)，使系統(tǒng)充分發(fā)揮自動撲救初期火災(zāi)的作用。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(guān)系到系統(tǒng)可靠性、合理性和經(jīng)濟(jì)性的一項(xiàng)重要設(shè)計內(nèi)容。

2.1 我國現(xiàn)行的水力計算方法

1）面積節(jié)點(diǎn)法

面積節(jié)點(diǎn)法，首先選定最不利作用面積在管網(wǎng)中的位置，此作用面積的形狀宜采用正方形或長方形，當(dāng)采用長方形布置時，其長邊應(yīng)平行于配水支管，邊長宜為作用面積平方根的1.2倍(即1.2扛)，僅在作用面積內(nèi)的噴頭才計算其噴水量，且每個噴頭的噴水量至少等于規(guī)定的噴水強(qiáng)度，作用面積后的管段流量不再增加，僅計算管道的水頭損失。對輕、中危險等級建筑物的計算時可假定作用面積內(nèi)每只噴頭的噴水量相等；對嚴(yán)重危險級，按噴頭處的實(shí)際水壓計算噴水量。

2）逐點(diǎn)法

逐點(diǎn)法計算，從系統(tǒng)最不利點(diǎn)噴頭開始，沿程計算各噴頭的水壓力、流量和管段的累計流量、水頭損失，直到管段累計流量達(dá)到設(shè)計流量為止；在此后的管段中流量不再增加，僅計算沿程和局部水頭損失。在上述計算中，每個噴頭流量按特性系數(shù)法計算，其流量隨噴頭處壓力變化而變化。此計算特點(diǎn)是在系統(tǒng)中除最不利點(diǎn)噴頭以外的任一噴頭的噴水量或任意4個噴頭的平均噴水量均超過GB50084-2001《自噴滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》(以下簡稱《噴規(guī)》)第4.1.1條規(guī)定，系統(tǒng)計算偏于安全。

3）“矩形面積一逐點(diǎn)法”計算方法

(l)矩形面積的確定

確定最不利作用面積在管網(wǎng)中位置(必要時可由水力計算確定)，作用面積的形狀為矩形，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(jìn)位成整數(shù)。當(dāng)配水直管的實(shí)際長度小于邊長的計算值時，作用面積要擴(kuò)展到該配水管鄰近支管上的噴頭。

對于在走道內(nèi)設(shè)置單排噴頭的閉式系統(tǒng)，其作用面積應(yīng)按最大疏散距離所對應(yīng)的作用面積確定。系統(tǒng)設(shè)計流量按系統(tǒng)的有關(guān)規(guī)定計算。干式系統(tǒng)的作用面積應(yīng)按《噴規(guī)》表5.0.1規(guī)定值的1.30倍確定。雨淋系統(tǒng)中每個雨淋閥控制的噴水面積不宜大于《噴規(guī)》表5.0.1中的作用面積。

(2)系統(tǒng)設(shè)計流量計算

系統(tǒng)的設(shè)計流量，應(yīng)按最不利點(diǎn)處作用面積為噴頭同時噴水的總流量確定：

式中：Qs——系統(tǒng)設(shè)計流量(L/S)；

qi——最不利點(diǎn)處作用面積內(nèi)各噴頭節(jié)點(diǎn)的流量(L/min)；

n——最不利點(diǎn)處作用面積內(nèi)的噴頭數(shù)；

pi——矩形面積內(nèi)噴頭處水壓(MPa)；

K——噴頭的流量系數(shù)。

4）逐點(diǎn)法水力計算

輕、中、嚴(yán)重、及倉庫危險等級均按逐點(diǎn)法進(jìn)行水力計算，即矩形面積每個噴頭噴水量按該噴頭處的水壓計算確定，具體方法如下：

(1)首先假定最不利點(diǎn)處水壓，求該噴頭的出水量，以此流量求噴頭之間管段的水頭損失；最不利點(diǎn)水壓一般為0.IMPa，最小不應(yīng)小于0.05MPa。

(2)以第一噴頭處所假定的水壓加噴頭①一②之間管段的水頭損失，作為第二噴頭處的壓力，以求的第二噴頭的流量。此兩個噴頭流量之和作為②一③噴頭之間管段的流量，以求該管段中的水頭損失。以后依次類推。計算至作用面積內(nèi)的所有噴頭和管道的流量和壓力。

(3)兩管段交點(diǎn)處的計算水壓不同時，應(yīng)按式(3)對交匯點(diǎn)處低水壓一側(cè)的管段流量進(jìn)行修正。

式中：q1——低水壓側(cè)管段的修正流量(L/s)；

q2——高水壓側(cè)管段的計算流量(L/s)；

hl——低水壓側(cè)管段的水壓(KPa)；

h2——高水壓側(cè)管段的水壓(KPa)。

由水力學(xué)原理可知，式(3)僅在配水支管組成完全相同的條件下成立，所以特性系數(shù)法只適用于如圖1所示的“規(guī)則布置”情況。然而，在實(shí)際工程中，由于被保護(hù)范圍并非規(guī)則的矩形，或?yàn)闈M足噴頭與障礙物最小凈距的要求而調(diào)整個別噴頭的位置，管路及噴頭在大多數(shù)情況下呈“不規(guī)則布置”(見圖2)，導(dǎo)致特性系數(shù)法的應(yīng)用存在困難。為滿足工程設(shè)計的實(shí)際需求，有必要尋求更為完善的水力計算方法。

2.2 管道和報警閥的布置

在保證消防安全的前提下，即在保證滿足設(shè)計流量的前提下，如何確定一個比較合理的流速，達(dá)到合理選用管徑的目的，以做到安全可靠和經(jīng)濟(jì)合理的統(tǒng)一。1）配水管道的工作壓力不應(yīng)大于1.20MPa，2）系統(tǒng)中直徑等于或大于100mm 的管道，應(yīng)分段采用法蘭或溝槽式連接件(卡箍)連接。水平管道上法蘭間的管道長度不宜大于20m；立管上法蘭間的距離，不應(yīng)跨越3個及以上樓層。凈空高度大于8m 的場所內(nèi)，立管上應(yīng)有法蘭。3）配水管道的布置，應(yīng)使配水管入口的壓力均衡。輕危險級、中危險級場所中各配水管入口的壓力均不宜大于0.40MPa。4）配水管兩側(cè)每根配水支管控制的標(biāo)準(zhǔn)噴頭數(shù)，輕危險級、中危險級場所不應(yīng)超過8 只，同時在吊頂上下安裝噴頭的配水支管，上下側(cè)均不應(yīng)超過8 只。嚴(yán)重危險級及倉庫危險級場所均不應(yīng)超過6只。5）短立管及末端試水裝置的連接管，其管徑不應(yīng)小于25mm。6）干式系統(tǒng)的配水管道充水時間，不宜大于1min；預(yù)作用系統(tǒng)與雨淋系統(tǒng)的配水管道充水時間，不宜大于2min。報警閥的數(shù)量應(yīng)根據(jù)以下兩個原則來確定：一是《噴規(guī)》6.2.3 條要求，一個報警閥組控制的噴頭數(shù)應(yīng)符合濕式系統(tǒng)、預(yù)作用系統(tǒng)不宜超過800 只，干式系統(tǒng)不宜超過500只?！秶娨?guī)》6.2.4條要求，“每個報警閥組供水的最高與最低位置噴頭，其高程差不宜大于50 m。”關(guān)于報警閥的設(shè)置，有集中布置和分散布置兩種形式。但這兩種布置形式各有利弊，應(yīng)該根據(jù)工程的實(shí)際情況，在滿足有關(guān)規(guī)范要求的前提下合理進(jìn)行選擇。

圖1 適用于特性系數(shù)法的系統(tǒng)布置

圖2 不適用于特性系數(shù)法的系統(tǒng)布置