民用建筑高大空間場所自動噴水滅火系統(tǒng)與自動掃描射水高空水炮滅火裝置比選探討

周維屹 譚春 李波 黃文鐘

通過民用建筑高大空間場所的工程實例，對比GB 50084-2017《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》中8～18 m民用建筑高大空間場所的濕式系統(tǒng)設(shè)計與CECS 263： 2009《大空間智能型主動噴水滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》 中自動掃描射水高空水炮滅火裝置設(shè)計，對民用建筑設(shè)計中高大空間場所采用不同自動噴水滅火系統(tǒng)的選型提供設(shè)計參考。

非倉庫型特殊應(yīng)用噴頭; 高大空間場所; 自動噴水滅火系統(tǒng); 自動掃描射水高空水炮滅火裝置

TU998.13 A

［定稿日期］2022-01-05

［作者簡介］周維屹（1992—），男，本科，工程師，從事給排水設(shè)計、研究工作。

GB 50084-2017《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（以下簡稱“新噴規(guī)”）對高大空間場所采用濕式系統(tǒng)的設(shè)計基本參數(shù)有較大修改，對比于2005年版“噴規(guī)”民用建筑高大空間場所布置噴頭的高度范圍從8～12 m擴(kuò)大到了8～18 m，整體噴水強(qiáng)度也有所提高，作用面積相應(yīng)有所減小，并新增了非倉庫型特殊應(yīng)用噴頭，對噴頭選用也有了更明確的要求。相較于高大空間場所常采用的自動掃描射水高空水炮滅火裝置，本次通過工程實例對兩者進(jìn)行對比研究。

1 高大空間場所自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計分析

根據(jù)“新噴規(guī)”6.1.1條，民用建筑高大空間場所采用閉式系統(tǒng)，當(dāng)高度為8 m＜h≤12 m時，可選用K≥115的快速響應(yīng)噴頭或非倉庫型特殊應(yīng)用噴頭；當(dāng)高度為12 m＜h≤18 m時，僅可選用非倉庫型特殊應(yīng)用噴頭。由上可見，非倉庫型特殊應(yīng)用噴頭可用于8～18 m的高大空間場所，但規(guī)范未對其流量系數(shù)K作出明確要求，僅于5.0.2條提出對噴水強(qiáng)度的要求。而目前市面上存在K=161、K=202、K=242、K=363等非倉庫型特殊應(yīng)用噴頭類型，要對系統(tǒng)進(jìn)行正確的選型，即選取合適的流量系數(shù)K值噴頭，需計算各噴頭作用下的噴水強(qiáng)度，由得到的噴水強(qiáng)度與規(guī)范作比較。

研究過程：首先，按支管管徑隨噴頭數(shù)而變徑，流速控制滿足“新噴規(guī)”9.2.1條，噴頭及管網(wǎng)按“新噴規(guī)”5.0.2條（噴頭間距1.8 m≤S≤3.0 m）進(jìn)行布置。根據(jù)“新噴規(guī)”9.1.2條，取最不利點處作用面積160 m2所含的計算噴頭數(shù)，并對節(jié)點進(jìn)行編號，建立標(biāo)準(zhǔn)模型如圖1所示。計算分別選用K=115、K=161、K=202、K=252、K=363型噴頭，并加入K=80型噴頭作為參考研究。噴頭采用某廠家提供數(shù)據(jù)，詳見表1。

計算方式采用逐點計算法，單個噴頭的流量按公式q=K10P進(jìn)行計算，以K=80，最不利點噴頭工作壓力取P=0.10 MPa為例：逐點計算作用面積內(nèi)每個噴頭處的壓力值，進(jìn)而計算出每個噴頭的流量值qi，下游噴頭流量逐步相

加即得到管道流量，作用面積內(nèi)噴頭總流量即為自動噴水滅火系統(tǒng)的系統(tǒng)流量，再由系統(tǒng)流量除以最不利點處作用面積（160 m2）得到平均噴水強(qiáng)度值，計算過程詳見表2。再以不同K值與最不利點噴頭工作壓力取P=0.07 MPa、P=0.05 MPa的情況下以相同方式分別計算，結(jié)果詳見表3～表5。

根據(jù)“新噴規(guī)”5.0.2條，民用建筑高大空間場所根據(jù)場所功能和最大凈空高度不同，噴水強(qiáng)度的可大致分為12 L/（min·m2）、15 L/（min·m2）、20 L/（min·m2）3個檔，將其與上表的計算結(jié)果對比可得到圖2所示。根據(jù)筆者市場調(diào)查，市面上的快速應(yīng)用噴頭最低工作壓力需0.05 MPa，非倉庫型特殊應(yīng)用噴頭最低工作壓力需0.05 MPa。如圖2所示，K=115的快速響應(yīng)噴頭在最不利點P=0.05 MPa的條件下并不能滿足平均噴水強(qiáng)度大于12 L/（min·m2）的要求。另一方面，根據(jù)計算K=80噴頭最不利點P=0.10 MPa的條件下可以滿足平均噴水強(qiáng)度大于12 L/（min·m2）的要求，K=115噴頭最不利點P=0.10 MPa的條件下也可以滿足平均噴水強(qiáng)度大于15 L/（min·m2）的要求，但噴頭的選擇必須符合前文所述“新噴規(guī)”6.1.1條規(guī)定。綜合分析，列出不同功能和最大凈空高度的民用建筑高大空間場所下最符合的2項噴頭及其最不利點工作壓力數(shù)據(jù)，詳見表6。最終分析可得出結(jié)論：民用建筑高大空間場所采用閉式系統(tǒng)，當(dāng)高度為8 m＜h≤12 m時，可選用K=115的快速響應(yīng)噴頭或K=161非倉庫型特殊應(yīng)用噴頭；當(dāng)高度為12 m＜h≤18 m時，根據(jù)設(shè)置場所不同，可選用K=161或K=202的非倉庫型特殊應(yīng)用噴頭。而K=242和K=363的非倉庫型特殊應(yīng)用噴頭，應(yīng)其系統(tǒng)流量過大，從計算結(jié)果看已無實際意義，是否適用于民用建筑還有待進(jìn)一步實驗論證。

2 高大空間場所自動掃描射水高空水炮裝置設(shè)計分析

對于高大空間場所，還可以選用自動掃描射水高空水炮裝置進(jìn)行設(shè)計。根據(jù)CECS263-2009《大空間智能型主動噴水滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)型大空間采用自動掃描射水高空水炮裝置標(biāo)準(zhǔn)工作壓力為0.6 MPa，最大保護(hù)半徑為20 m，噴頭安裝高度為6～20 m，此系統(tǒng)設(shè)計流量直接由設(shè)置裝置的行列數(shù)確定，最大流量不超過45 L/s，具體參數(shù)詳見表7［2］，并應(yīng)保證被保護(hù)區(qū)域至少有兩股水柱同時達(dá)到。

對于架空安裝、邊墻安裝和退平臺安裝，自動掃描射水高空水炮裝置不限制凈空高度，也不存在選型的變換，設(shè)置靈活度較高。

3 工程實例分析

某音樂廳建筑總建筑面積為7 582 m2，建筑高度為9.5 m，體積約25 614 m3，為多層劇場建筑。消防泵房設(shè)置于室外，地下1層為廚房和商業(yè)；地上1層為商業(yè)和游客接待中心；1層與屋頂間設(shè)有夾層，夾層為觀景平臺。建筑高大空間分2個部分，架空休閑區(qū)凈高9 m，下沉式廣場及中庭凈高13.5 m，2個部分由樓梯連接，如圖3所示。

根據(jù)項目實際情況，對本項目大于8 m的高大空間場所自動滅火系統(tǒng)提出三方案：方案一：全采用自動噴水滅火系統(tǒng)；方案二：全采用自動掃描射水高空水炮滅火裝置；方案三：凈高9 m處采用自動噴水滅火系統(tǒng)，凈高13.5 m處采用自動掃描射水高空水炮滅火裝置。根據(jù)以上3種方案進(jìn)行分析。

3.1 方案一設(shè)計

不同凈高的高大空間場所需采用不同K值的噴頭，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，并結(jié)合上文分析計算，凈高9 m處選用K=115型快速響應(yīng)噴頭，凈高13.5 m處選用K=161非倉庫型特殊應(yīng)用噴頭（圖4、圖5）。

3.2 方案二設(shè)計

本工程凈高9.0 m高大空間場所與13.5 m高大空間場所處于同一防火分區(qū)，且為一個整體，考慮采用同一類自動掃描射水高空水炮滅火裝置，采用4行×4列布置，布置如圖6所示。

根據(jù)CECS 263∶2009《大空間智能型主動噴水滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》 規(guī)定，當(dāng)噴頭數(shù)超過3行×3列布置時，設(shè)置同時開啟噴頭數(shù)為9個，系統(tǒng)設(shè)計流量為45 L/s。

3.3 方案三設(shè)計

凈高13.5 m采用自動掃描射水高空水炮滅火裝置。僅于凈高13.5 m處采用自動掃描射水高空水炮滅火裝置，采用2行×2列布置，布置如圖7所示。

同樣根據(jù)CECS 263： 2009《大空間智能型主動噴水滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程》 規(guī)定，當(dāng)噴頭數(shù)為2行×2列布置時，設(shè)置同時開啟噴頭數(shù)為4個，系統(tǒng)設(shè)計流量為20 L/s。

4 綜合方案分析

為保證消防系統(tǒng)可靠性，自動噴水滅火系統(tǒng)與自動掃描射水高空水炮滅火裝置分別在消防泵房內(nèi)設(shè)置加壓泵。噴淋流量按該方案中最大設(shè)計流量計算。統(tǒng)計結(jié)果見表8。

按方案一考慮，需設(shè)置2臺70 L/s噴淋加壓泵，一用一備。按方案二考慮，需設(shè)置2臺40 L/s噴淋加壓泵，一用一備；2臺45 L/s自動掃描滅火裝置加壓泵，一用一備。按方案三考慮，需設(shè)置2臺50 L/s噴淋加壓泵，一用一備；2臺20 L/s自動掃描滅火裝置加壓泵，一用一備。

根據(jù)表9統(tǒng)計可看出，方案一與方案三造價相差不大，方案二造價相對偏低，主要價格差距在于管道。因自動噴水滅火系統(tǒng)噴頭布置原則，管道布置較為密集，造成管道造價金額較高。但自動噴水滅火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單，由閉式噴頭探測火災(zāi)，噴頭爆裂即噴水，系統(tǒng)可靠性高，在火災(zāi)初期滅火效果好；自動掃描射水高空水炮系統(tǒng)噴射水柱易被障礙物阻斷，且需要智能探測組件發(fā)現(xiàn)火災(zāi)位置，由電磁閥控制開啟，其消防可靠性不如自噴系統(tǒng)，適用于寬敞且無障礙物的場所。綜合上述原因，結(jié)合建筑美觀性和實用性，最終本項目采用方案三進(jìn)行消防設(shè)計。

5 總結(jié)

本文通過某音樂廳建筑自動滅火系統(tǒng)方案分析，結(jié)合作用面積法和相關(guān)規(guī)范規(guī)定計算出高大空間場所采用不同自動滅火系統(tǒng)的設(shè)計流量。對于民用建筑，凈空高度小于12 m的高大空間場所，通過采取選用K值較大的自動噴水滅火噴頭、擴(kuò)大噴淋管徑、擴(kuò)大消防水池容積等措施即可滿足規(guī)范需求，對消防系統(tǒng)改動較小，易于實現(xiàn)；凈空高度大于12 m的高大空間場所，則需綜合考慮造價、實用性和安全性，根據(jù)建筑形式選擇合適的系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

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