大型地下汽車(chē)庫(kù)閉式泡沫-水噴淋滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化研究

朱飛建

(福州市建筑設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 福建福州 350011)

0 引言

隨著私家車(chē)數(shù)量的迅猛增長(zhǎng)，目前許多工程地下汽車(chē)庫(kù)規(guī)模龐大，火災(zāi)危險(xiǎn)性高，大型地下汽車(chē)庫(kù)消防滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)也變得尤為重要。根據(jù)《汽車(chē)庫(kù)、修車(chē)庫(kù)、停車(chē)場(chǎng)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB 50067-2014)第7.2.3條的規(guī)定，I類(lèi)地下汽車(chē)庫(kù)宜設(shè)置泡沫-水噴淋滅火系統(tǒng)以提高滅火效力[1]。2017年5月27日，《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50084-2017)實(shí)行，刪除了自動(dòng)噴水-泡沫聯(lián)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本參數(shù)等有關(guān)內(nèi)容，泡沫-水噴淋滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可按照現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50151-2010)的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。現(xiàn)行國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集《自動(dòng)噴水滅火設(shè)施安裝》20S206(以下簡(jiǎn)稱(chēng)圖集20S206)等相關(guān)文獻(xiàn)介紹的閉式泡沫-水噴淋滅火系統(tǒng)，大部分為一個(gè)泡沫罐僅供應(yīng)一個(gè)報(bào)警閥的系統(tǒng)，該系統(tǒng)與實(shí)際工程應(yīng)用相差較大。實(shí)際工程中大型地下車(chē)庫(kù)面積較大，防火分區(qū)多，設(shè)計(jì)一般采用一個(gè)泡沫罐服務(wù)多個(gè)報(bào)警閥的系統(tǒng)，但目前缺乏專(zhuān)用于民用建筑的泡沫-水噴淋滅火系統(tǒng)，系統(tǒng)技術(shù)不夠成熟，設(shè)計(jì)深度不足，部分預(yù)留廠家二次深化設(shè)計(jì)，廠家后期二次深化設(shè)計(jì)及施工安裝與系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求仍有一定差距。各個(gè)工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目因選擇的廠家產(chǎn)品不同，往往系統(tǒng)控制方式也不盡相同[2]。在比例混合器設(shè)置、泡沫液供水管路選擇、泡沫液供給管路控制等3個(gè)方面的設(shè)計(jì)差別較大。本文結(jié)合工程實(shí)踐，從系統(tǒng)工作原理上，就實(shí)際工程中這3個(gè)方面設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題進(jìn)行剖析，并提出優(yōu)化設(shè)計(jì)思路。

1 比例混合器設(shè)置位置調(diào)整

考慮到系統(tǒng)啟動(dòng)至泡沫噴放過(guò)程之間的切換時(shí)間不得超過(guò)2 min的要求，比例混合器和水流指示器應(yīng)放置在盡可能靠近每個(gè)防火分區(qū)中心的位置，比例混合器至噴淋末端噴頭控制在一定的距離之內(nèi)。若防火分區(qū)面積大、管路多，常見(jiàn)做法是將一個(gè)防火分區(qū)拆成幾部分，拆開(kāi)的每部分管路均設(shè)信號(hào)閥、比例混合器和水流指示器，將比例混合器設(shè)在信號(hào)閥和水流指示器之間。但每部分管網(wǎng)信號(hào)閥、水流指示器、比例混合器配套布置，數(shù)量較多，往往增加造價(jià)。

經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化后，將比例混合器設(shè)在水流指示器之后，一個(gè)防火分區(qū)僅設(shè)一個(gè)信號(hào)閥和水流指示器，并分設(shè)比例混合器于次干管上，節(jié)省了信號(hào)閥、水流指示器的數(shù)量，如圖1所示。在水流指示器后將比例混合器分散布置，在同樣滿足系統(tǒng)轉(zhuǎn)換時(shí)間的情況下，節(jié)省了水流指示器和信號(hào)閥的數(shù)量。比例混合器工作壓力一般大于0.60 MPa，設(shè)在水流指示器后面，比例混合器本身有5 m～15 m的水損，甚至不設(shè)減壓孔板也能保持水流指示器之后工作壓力不超過(guò)0.40 MPa，并不影響原來(lái)管路的供水壓力。需要注意的是，防火分區(qū)管路拆分后比例混合器前移，泡沫罐至比例混合器之間的管路變長(zhǎng)，管路損失增大，應(yīng)復(fù)核調(diào)整泡沫管管徑和泡沫供水壓力，以保證水與泡沫液的混合效果。

圖1 比例混合器分設(shè)系統(tǒng)圖

2 泡沫罐供水管路的重新設(shè)計(jì)

原國(guó)家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖集《自動(dòng)噴水與水噴霧滅火設(shè)施安裝》04S206(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“圖集04S206”)中，泡沫罐的進(jìn)水管有從報(bào)警閥前管路引入，也有從報(bào)警閥后管路接入，圖集04S206介紹的均為一個(gè)泡沫罐服務(wù)一個(gè)報(bào)警閥的系統(tǒng)，第39頁(yè)采用的是從報(bào)警閥前接管，第43頁(yè)則是從報(bào)警閥后接管。圖集20S206采用的是從報(bào)警閥后接管。大型地下汽車(chē)庫(kù)一般采用比例混合器和泡沫罐分開(kāi)設(shè)置，多個(gè)防火分區(qū)共用-套泡沫-水噴淋滅火系統(tǒng)，一個(gè)泡沫罐服務(wù)多個(gè)防火分區(qū)及多個(gè)報(bào)警閥：

(1)泡沫罐供水管路從報(bào)警閥前接。優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)動(dòng)作時(shí)，不同報(bào)警閥間不易互相干擾誤動(dòng)作，一個(gè)泡沫罐可服務(wù)多個(gè)報(bào)警閥，易保證比例混合器處泡沫供給壓力大于供水管路壓力。缺點(diǎn)是供水管路和泡沫液管路接入位置未同源，壓力不易平衡。當(dāng)各個(gè)報(bào)警閥前工作壓力一致，則可從報(bào)警閥前接，并在供水管上設(shè)減壓閥，維持壓力平衡。但大型地下室汽車(chē)庫(kù)面積較大，難于做到各報(bào)警閥前壓力一致。需要通過(guò)詳細(xì)的水力計(jì)算分析，并在各防火分區(qū)泡沫液供水管設(shè)減壓孔板，以滿足水和泡沫的壓力均衡。

(2)泡沫罐供水管路從報(bào)警閥后接。優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)供水管路和供泡沫管路同源，便于系統(tǒng)控制。泡沫-水噴淋滅火系統(tǒng)最核心的是泡沫和水完全混合，關(guān)鍵是比例混合器處泡沫液入口壓力與水入口壓力的平衡。因系統(tǒng)的主要水損集中在報(bào)警閥、減壓孔板、比例混合器處，泡沫罐的進(jìn)水管接自報(bào)警閥后管路，有利于泡沫管路和水管路的壓力平衡，并保證泡沫液與水的充分混合，也便于系統(tǒng)控制。缺點(diǎn)是接管在報(bào)警閥后，各報(bào)警閥后管路匯總接入泡沫罐進(jìn)水口，火災(zāi)時(shí)擠壓泡沫罐橡膠囊，其它報(bào)警閥容易誤動(dòng)作，目前一般用于一個(gè)泡沫罐服務(wù)一個(gè)報(bào)警閥系統(tǒng)。

(3)使用具備平衡壓力比、可用于遠(yuǎn)程控制的平衡壓力式比例混合器。當(dāng)供水管路和泡沫管路的壓力在比例混合器附近接近，且泡沫液入口壓力大于水入口壓力，壓差小于0.20 MPa，則泡沫與水混合時(shí)，壓力可保持均衡。若各個(gè)報(bào)警閥閥前壓力接近，泡沫罐的進(jìn)水管可接自報(bào)警閥前。但平衡壓力式比例混合器造價(jià)較高，目前在地下汽車(chē)庫(kù)應(yīng)用較少。

綜合比較，泡沫罐進(jìn)水管從報(bào)警閥后接，有利于壓力的平衡，但其它報(bào)警閥容易誤動(dòng)作。為避免干擾，兩者結(jié)合，在報(bào)警閥后供水管路增設(shè)電動(dòng)閥，采用報(bào)警閥前設(shè)穩(wěn)壓管與報(bào)警閥后設(shè)供水管，并聯(lián)管路供水的形式。由報(bào)警閥前接出一條管路穩(wěn)壓，穩(wěn)壓管上設(shè)減壓閥，平時(shí)保證泡沫罐內(nèi)水壓0.20 MPa左右，將泡沫液充滿不銹鋼泡沫管，系統(tǒng)處于備用狀態(tài)[3]。各個(gè)報(bào)警閥后各接一條管路(管路上設(shè)電動(dòng)閥)匯總，與泡沫罐穩(wěn)壓管并聯(lián)接入泡沫罐進(jìn)水口，平時(shí)電動(dòng)閥關(guān)閉，由穩(wěn)壓管路穩(wěn)壓，火災(zāi)時(shí)打開(kāi)電動(dòng)閥供水，如圖2所示。需要注意的是，該系統(tǒng)設(shè)置仍較為繁瑣復(fù)雜，仍有優(yōu)化的空間。泡沫罐供水管路增設(shè)電動(dòng)閥，對(duì)系統(tǒng)控制的影響有待進(jìn)一步探究。

圖2 泡沫罐供水管路圖(報(bào)警閥前管路穩(wěn)壓，報(bào)警閥后管路供水)

3 泡沫液供給管路控制優(yōu)化

泡沫-水噴淋滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)選用的產(chǎn)品不同，泡沫液出流控制方式也存在差異。泡沫液出流控制方式，大致有通過(guò)泡沫液供給管路控制和泡沫罐進(jìn)水管路控制兩種。

3.1 控制閥設(shè)在泡沫管路

控制閥設(shè)在泡沫管路上，分為在泡沫液出管上設(shè)電磁閥和水力控制閥兩種。由于電磁閥長(zhǎng)時(shí)間與泡沫液接觸，容易不靈敏且難以打開(kāi)[4]。目前主要采用水力控制閥做泡沫液控制閥，其打開(kāi)方式有兩種。

(1)水力打開(kāi)

從報(bào)警閥延遲器之后，水力警鈴之前，管路接出一條DN20出水管路，報(bào)警閥動(dòng)作后，通過(guò)水流水力控制壓力泄放閥泄壓放空，繼而打開(kāi)泡沫液控制閥，泡沫罐內(nèi)的泡沫液流出并進(jìn)入比例混合器。水力控制管路配有手動(dòng)泄壓閥，可手動(dòng)控制泡沫液控制閥的開(kāi)啟。水力控制打開(kāi)泡沫液控制閥管路比較復(fù)雜，有壓力泄放閥的泄壓管路、泡沫液控制閥控制管路，詳見(jiàn)圖集04S206第43～44頁(yè)，當(dāng)多個(gè)防火分區(qū)報(bào)警閥共用一個(gè)泡沫罐，連接管路密集，不便于安裝和控制。為保證比例混合器的壓力要求，水力打開(kāi)控制方式對(duì)泡沫罐、報(bào)警閥和泡沫液控制閥的間距有嚴(yán)格的要求(詳圖集04S206第43頁(yè))。另外壓力泄放閥主要通過(guò)水壓打開(kāi)，打開(kāi)壓力需大于0.05 MPa，若一個(gè)泡沫罐服務(wù)多個(gè)報(bào)警閥，報(bào)警閥與泡沫罐距離較遠(yuǎn)，將影響壓力泄放閥的開(kāi)啟[4]。這些都限制了水力打開(kāi)控制方式在大型地下汽車(chē)庫(kù)中，一個(gè)泡沫罐服務(wù)多個(gè)報(bào)警閥系統(tǒng)上的應(yīng)用。

(2)電磁閥打開(kāi)

圖集04S206第39頁(yè)、41頁(yè)為電磁閥控制打開(kāi)泡沫液控制閥。出現(xiàn)火情時(shí)，噴頭爆破，報(bào)警閥打開(kāi)，壓力開(kāi)關(guān)聯(lián)動(dòng)開(kāi)啟電磁閥，由于隔膜控制閥內(nèi)隔膜室壓力泄放，隔膜泄壓控制閥(泡沫液控制閥)打開(kāi)并釋放泡沫罐內(nèi)受壓狀態(tài)的泡沫滅火劑。電磁閥控制打開(kāi)方式還配有應(yīng)急啟動(dòng)閥(手動(dòng)快開(kāi)閥)。如果電磁閥有故障，可用應(yīng)急閥打開(kāi)泄壓控制閥，從而釋放泡沫滅火劑。該打開(kāi)方式對(duì)泡沫罐、濕式報(bào)警閥與泡沫液控制閥的間距沒(méi)有嚴(yán)格限制，服務(wù)半徑大。但目前僅用于一個(gè)泡沫罐服務(wù)一個(gè)報(bào)警閥系統(tǒng)，若報(bào)警閥個(gè)數(shù)較多，泡沫罐需要配置數(shù)量較多。該控制方式泡沫罐供水管路和泡沫液控制閥控制管路接自同一管路，圖集04S206第39頁(yè)從報(bào)警閥前接，也有一些設(shè)計(jì)從報(bào)警閥后管路接。

圖集20S206采用的是控制閥設(shè)在泡沫管路上，具體打開(kāi)方式未詳細(xì)注明。

3.2 控制閥設(shè)在泡沫罐供水管路

該控制方式分為采用兩用控制閥組和水控閥兩種。

(1)兩用控制閥組控制

永安某地下汽車(chē)庫(kù)采用兩用控制閥組控制，管路系統(tǒng)如圖3所示，具體參數(shù)可參廠家資料。當(dāng)濕式報(bào)警閥處于供應(yīng)狀態(tài)時(shí)，由于定比減壓閥的作用，從泡沫液罐供應(yīng)的泡沫液的壓力低于主管道的壓力，整個(gè)系統(tǒng)在水工作壓力的作用下充滿水。同時(shí)，泡沫液可以充滿整個(gè)泡沫管道，泡沫管將泡沫液輸送到泡沫比例混合器的入口。當(dāng)噴頭爆破后，報(bào)警閥打開(kāi)，閥后一部分水流通過(guò)控制管路打開(kāi)加壓開(kāi)啟閥(泡沫液控制閥)，減壓閥發(fā)生短路，泡沫液罐中的壓力隨主管內(nèi)壓力的增加而增加，泡沫液的壓力隨泡沫罐內(nèi)壓力的增加亦增加，貯存于泡沫罐中的受壓泡沫滅火劑即釋放出去，泡沫滅火劑在比例混合器內(nèi)形成一定比例的泡沫混合液，流向開(kāi)始動(dòng)作滅火的噴頭。該控制方式泡沫罐供水管路有從報(bào)警閥前接，也有從報(bào)警閥后接，缺點(diǎn)是各報(bào)警閥需要按統(tǒng)一壓力供水，否則定比減壓閥無(wú)法共用減壓。由于大型地下汽車(chē)庫(kù)較大，難以做到各報(bào)警閥入口壓力一致。

圖3 泡沫噴淋控制管路圖一(兩用控制閥)

(2)水控閥控制

火災(zāi)發(fā)生時(shí)，噴頭動(dòng)作噴水，水流指示器動(dòng)作，打開(kāi)濕式報(bào)警閥，壓力開(kāi)關(guān)聯(lián)動(dòng)控制器打開(kāi)泡沫罐進(jìn)水管路上電動(dòng)閥，泄壓?jiǎn)?dòng)水控閥打開(kāi)，泡沫罐膠囊內(nèi)泡沫液在壓力水的擠壓下進(jìn)入比例混合器。該系統(tǒng)類(lèi)似兩用控制閥組的簡(jiǎn)化版，但泡沫罐未設(shè)穩(wěn)壓管路，泡沫罐及泡沫液管路未進(jìn)入準(zhǔn)工作狀態(tài)。為保證系統(tǒng)2 min轉(zhuǎn)換時(shí)間要求，系統(tǒng)安裝調(diào)試完畢后，需打開(kāi)泡沫罐水控閥，壓力水進(jìn)入擠壓泡沫罐保持罐內(nèi)水壓，并使泡沫管充滿泡沫液，系統(tǒng)進(jìn)入準(zhǔn)工作狀態(tài)，再關(guān)閉泡沫罐水控閥。該系統(tǒng)比例混合器和泡沫罐為一體成套設(shè)備，泡沫罐供水管路從報(bào)警閥后接，一般僅適用于一個(gè)泡沫罐服務(wù)一個(gè)報(bào)警閥的系統(tǒng)。

對(duì)比分析上文4種控制方式后，在平潭某地下汽車(chē)庫(kù)采用水力控制閥設(shè)在泡沫管路上，用電動(dòng)閥替代水力控制管路。除了設(shè)手動(dòng)泄壓閥，另外增設(shè)一組自動(dòng)泄壓閥(電動(dòng)閥)，當(dāng)報(bào)警閥壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作后，通過(guò)控制器聯(lián)動(dòng)打開(kāi)電動(dòng)閥，將壓力泄放閥壓力泄掉，打開(kāi)泡沫液控制閥，如圖4所示。該控制方式不受距離限制，簡(jiǎn)化了復(fù)雜的水力控制管路，采用電動(dòng)閥控制替代，管路簡(jiǎn)單，服務(wù)半徑大，適用范圍廣，可用于一個(gè)泡沫罐供應(yīng)多個(gè)報(bào)警閥的系統(tǒng)。另設(shè)有穩(wěn)壓管路，系統(tǒng)平時(shí)處于準(zhǔn)工作狀態(tài)，較為安全可靠。

圖4 泡沫噴淋控制管路系統(tǒng)圖二(水力控制閥+電磁閥)

4 結(jié)語(yǔ)

大型地下汽車(chē)庫(kù)閉式泡沫-水噴淋滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)繁瑣，系統(tǒng)管路復(fù)雜，一個(gè)泡沫罐服務(wù)多個(gè)報(bào)警閥的系統(tǒng)，缺乏系統(tǒng)的理論研究和滅火試驗(yàn)研究。本文對(duì)比研究實(shí)際工程中各種設(shè)計(jì)方式后，總結(jié)歸納利弊，提出以下設(shè)計(jì)優(yōu)化措施：

(1)大型地下汽車(chē)庫(kù)防火分區(qū)面積大，管路多，可在水流指示器之后將管路分開(kāi)成幾部分，將比例混合器設(shè)于水流指示器之后，一個(gè)防火分區(qū)僅設(shè)一個(gè)水流指示器，并分設(shè)比例混合器于次干管上，既節(jié)省造價(jià)，又能滿足系統(tǒng)轉(zhuǎn)換時(shí)間的要求。

(2)報(bào)警閥前接泡沫罐穩(wěn)壓管，報(bào)警閥后接泡沫罐供水管，通過(guò)電動(dòng)閥打開(kāi)泡沫供水管路的形式，有利于泡沫和水壓力的平衡，也有利于系統(tǒng)的及時(shí)動(dòng)作，并可避免報(bào)警閥間相互影響導(dǎo)致誤動(dòng)作的風(fēng)險(xiǎn)。

(3)泡沫液控制閥設(shè)在泡沫管路上，電動(dòng)閥打開(kāi)壓力泄放閥泄放壓力并打開(kāi)泡沫液控制閥的方式，服務(wù)半徑大，管路簡(jiǎn)單，適用范圍廣。

泡沫-水噴淋滅火系統(tǒng)具備水和泡沫滅火劑的優(yōu)點(diǎn)，是具有滅火和冷卻的雙重功能，能有效防止滅火后，在保護(hù)區(qū)內(nèi)由高溫物體引起的易燃液體的重燃，并有效控制火勢(shì)的流淌和蔓延，比普通噴淋滅火系統(tǒng)滅火性能更好，適用于大型地下汽車(chē)庫(kù)強(qiáng)化滅火。目前由于產(chǎn)品造價(jià)、泡沫液維護(hù)以及專(zhuān)用規(guī)范缺乏等原因，在地下汽車(chē)庫(kù)應(yīng)用并不普遍，相關(guān)方面的研究也比較缺乏。相信隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需求，工藝技術(shù)的突破，特別是在系統(tǒng)控制管路優(yōu)化，高性能比例混合器、經(jīng)濟(jì)效益好的泡沫液、低水損耐腐性能優(yōu)的泡沫液供應(yīng)管道等方面的研發(fā)上取得進(jìn)展，泡沫-水噴淋滅火系統(tǒng)將得到更廣泛的應(yīng)用。