大空間鋼結構廠房中自動跟蹤射流滅火系統(tǒng)的設計應用

摘要：自動跟蹤射流滅火系統(tǒng)在大空間鋼結構廠房中的防火運用越來越廣泛。結合實際的工程案例，闡述噴射型自動射流滅火系統(tǒng)的設計過程，并對自動跟蹤射流滅火系統(tǒng)在大空間鋼結構廠房中的實際應用問題進行分析，共同探討自動跟蹤射流滅火系統(tǒng)的設計，從而為行業(yè)同仁提供參考。

關鍵詞：自動跟蹤射流滅火系統(tǒng)；大空間鋼結構廠房；滅火系統(tǒng)設計

中圖分類號：X913.4" " " 文獻標識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2024）07-0001-03

隨著工業(yè)化進程的加快，為適應生產工藝的需要，廠房（倉庫）的跨度、高度和面積都在不斷增加。在這種需求背景下，常規(guī)的自動噴水滅火系統(tǒng)已不能滿足此類建筑的防火要求。自動跟蹤射流滅火系統(tǒng)（下稱“系統(tǒng)”）在高大空間廠房（倉庫）中的應用需求日益凸顯。

1 自動跟蹤射流滅火系統(tǒng)在大空間鋼結構廠房中的設計過程

1.1" 設計步驟與要求

根據項目建設類型、建筑結構、空間高度、功能布局、火災類別、火災危險性等級等信息，依據GB55037—2022《建筑防火通用規(guī)范》，綜合判斷該場所適用的噴水滅火系統(tǒng)。

依據GB51427—2021《自動跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)技術標準》（下稱“標準”）中第3.2條款的規(guī)定選擇合適的系統(tǒng)類型。

根據防護區(qū)域的長徑比來確定系統(tǒng)主管道的布置走向，確定滅火裝置的設計范圍，繪制出簡圖。根據標準中第4.4.1條規(guī)定：系統(tǒng)每臺滅火裝置之前的供水管路應布置成環(huán)狀管網。環(huán)狀管網的管道管徑應按對應的設計流量確定。

管道要求：主管位置應根據場景布置，原則上能低掛而不高掛，能縮短而不冗長，橫平豎直，不歪斜。以不妨礙工藝生產需要為原則，盡量縮短主管與用水點之間的距離。

布點要求：應保證至少2臺滅火裝置的射流能到達被保護區(qū)域的任一部位。

根據標準中第4章的規(guī)定進行設計參數(shù)選擇、水力計算、水泵系統(tǒng)選型、優(yōu)化草圖、繪制施工圖、編制設計計算書等。

對于場景處于不規(guī)則形狀的，可以通過靠近邊緣為圓心畫出保護半徑范圍，再確定第2臺裝置的布置間距。

根據標準中第4.2.11條款的規(guī)定，滅火裝置與端墻之間的距離不宜超過滅火裝置同向布置間距的一半。

1.2" 案例概況

某丙類單層鋼結構廠房設計，長度為75.20m，寬度為42.20m，總建筑面積3173.44m2，建筑高度11.00m；消防泵房位于地下，消防水池有效容積和高位消防水箱有效容積均滿足項目需求。現(xiàn)需對本廠房進行自動噴水滅火系統(tǒng)設計，其他條件均滿足消防規(guī)范及標準要求。

1.3" 設計計算

1.3.1" 系統(tǒng)選型

根據項目概況，本建筑單體火災危險等級為中危險Ⅱ級，建筑高度11.00m，選擇自動噴水滅火系統(tǒng)明顯不合適也不經濟，但可選擇噴射型自動射流滅火系統(tǒng)、噴灑型自動射流滅火系統(tǒng)或自動消防炮滅火系統(tǒng)[1]。本案例選擇ZDMS0.6/10S-JXP型噴射型自動射流滅火系統(tǒng)，單臺滅火裝置的流量不小于10L/s，噴水持續(xù)時間不小于1h，額定工作壓力上限為0.8MPa，額定工作壓力時的最大保護半徑28m，最小安裝高度8m，最大安裝高度25m。

1.3.2" 繪制簡圖

本案例中單體形狀為長方形，寬度為42.2m，系統(tǒng)的最大保護半徑為28m，對向設置存在重疊保護部分，故而滿足規(guī)范要求。實際上，市場上10L的消防水炮類產品經測試其保護半徑已達35m，但是標準中規(guī)定了10L噴射型自動射流滅火裝置的保護半徑為28m，因此，在設計時仍然按照保護半徑不大于28m的參數(shù)來計算。

當場景寬度大于28m時，可以采用“口”字形或“日”字形進行現(xiàn)場對稱布置，均衡水壓[2]?！叭铡弊中尾贾孟啾容^“口”字形布置而言，管道比較多，本文以“口”字形布置為例。無論采用何種布置形狀，均可以利用常用的直角三角形勾股定理來計算設計間距。

系統(tǒng)布點設計間距計算：

a2/4＋b2=c2 （1）

式中：a——滅火裝置的設計間距，m；

b——場景的區(qū)域保護寬度，m；

c——滅火裝置的保護半徑，m。

已知b=21.1m，c=28m，經計算a==36.58m

此間距數(shù)值為理論值，在設計過程中應根據場景實際情況進行調整，原則上所設計的間距不大于此值即可。如果在端墻或大型障礙物阻隔的情況下應增加系統(tǒng)布點的數(shù)量和位置，防止漏保。通常做法是在室內四角處分別增加滅火裝置。

主管道管徑計算：

（2）

式中：D——水管管徑，m；

Q——用水量，L/s，按2只水炮同時射流計量，取值20L/s；

v——管網中水流速度，m/s，取1.5～2.5m/s。

經計算，D=113mm

經圓整，取主管道管徑為DN150。

當場景寬度小于28m時，可以直接利用常用的直角三角形勾股定理來計算設計間距，過程同上。布點時既可以“口”字形或“日”字形布點也可以“一”字形布點，從經濟角度來看建議“一”字形布點。

1.3.3" 計算校核

本案例計劃選用的ZDMS0.6/10S-JXP型噴射型自動射流滅火系統(tǒng)，產品額定工作壓力pe=0.6MPa，額定流量qe=10L/s。系統(tǒng)設計工作壓力p0=0.6MPa。主管道為DN150的國標鍍鋅鋼管，沿廠房內室四周敷設，安裝高度為8m，支管均為DN50的國標鍍鋅管與滅火裝置系統(tǒng)配套。L主=242.8m，L支=30m，主截止閥（DN150）6只，正三通（DN150）6只。滅火裝置采用懸吊式安裝，炮頭可以水平360°旋轉和垂直90°～30°旋轉。

系統(tǒng)設計流量按下式計算：

Q=ΣNn=1 （3）

式中：Q——系統(tǒng)的設計流量，L/s；

N——滅火裝置的設計同時開啟數(shù)量；

管道總水頭損失按下式計算：

Σh=h1+h2 （4）

h1=iL （5）

h2=0.01Σ （6）

式中：Σh——水泵出口至最不利點滅火裝置進口的管道總水頭損失，MPa；

h1——沿程水頭損失，MPa；

h2——局部水頭損失，MPa；

i——單位長度管道的沿程水頭損失，MPa/m；

L——計算管道長度，m；

——局部阻力系數(shù)；

v——管道內的平均流速，m/s；

g——重力加速度，m/s2。

管道內的平均流速按下式計算：

（7）

式中：qg——管道設計流量，L/s；

π——圓周率；

dj——管道的計算內徑，m，取值按管道內徑減少1mm確定。

單位長度管道的水頭損失按下式計算：

（8）

式中：Ch——海澄威廉系數(shù)，鍍鋅管取值120。

消防水泵的設計壓力按下式計算：

P=0.01Z+Σh+Pe-hc （9）

式中：P——消防水泵或消防給水系統(tǒng)所需要的設計壓力，MPa；

Z——最不利點處滅火裝置進口與消防水池最低水位或系統(tǒng)供水入口管水平中心線之間的高程差，m；

Σh——水泵出口至最不利點處滅火裝置進口管道水頭總損失，MPa；

hc——消防水泵從城市市政管網直接抽水時城市管網的最低水壓，MPa。

根據公式（3）和（8），考慮到2只水炮同時射流，故qg=20L/s。

i MPa/m

根據公式（5），主管為DN150的國標鍍鋅管，L主＝242.8m。

h1=iL=1.105×10-4×242.8=0.0268MPa/m

根據公式（6）計算局部水頭損失比較復雜，可以采用當量長度法計算，管件的當量長度按照標準附錄A確定。

到達最不利點的局部損失h2=4.3+0.9×6+9.1=18.8m

根據公式（4），計算水泵出口至最不利點的管道總水頭損失。

Σh=h1+h2=18.8×0.01+0.0268=0.2148MPa

根據公式（9），因采用消防水池供水，故hc=0，Z=12m。

P=0.01Z+Σh+pe-hc=0.0112+0.2148+0.6-0=0.9348MPa

經圓整，本次消防水泵量程合適選型為95m。

2 自動跟蹤射流滅火系統(tǒng)在大空間鋼結構廠房中的實際應用問題分析

2.1" 裝置選型問題

市面上的自動跟蹤射流滅火系統(tǒng)裝置規(guī)格型號很多，大部分是水平360°旋轉、垂直90°～30°旋轉型的掃射或尋的式智能裝置。根據實際應用于大空間場景來看，在設計時建議選用多方位自動旋轉跟蹤定位功能的產品。在設計前要充分了解所選產品的噴射角度、噴射強度和噴射模式等參數(shù)，結合標準規(guī)范選擇適合設計場景的系統(tǒng)型號[3]。

2.2" 裝置布點問題

大空間廠房上空多為鋼結構，屋頂結構形狀復雜，且結構承壓有限。此時在布點時除了要充分考慮大空間內的其他機電設備布置、生產工藝和裝飾美觀要求外，還要重點考慮鋼結構廠房本體所要增加的荷載。首選是將裝置懸掛于梁架上，充分發(fā)揮裝置的噴射角度范圍[4]。在不具備增加鋼結構荷載的情況下，將裝置固定于柱或承重墻壁處，但此時的裝置噴射角度不能達到360°。

2.3" 障礙遮擋問題

在實際應用過程中，不可避免地出現(xiàn)大空間廠房內有部分柱子或其他障礙遮擋射流水柱問題。此類問題不影響系統(tǒng)的設置和使用，沒有必要增加系統(tǒng)裝置來達到無死角。原因一：根據標準中第4.8節(jié)的規(guī)定：系統(tǒng)在自動控制狀態(tài)下，至少有1臺且最多2臺滅火裝置自動開啟射流，且其射流應能到達火源進行滅火。說明在設計時已經考慮到了1臺被部分遮擋，另一臺依舊可以射流覆蓋。原因二：在設計時根據場景往往選擇的是對射方式，所有存在死角的范圍和概率極小，在實際運用中可以忽略不計。

3 結束語

自動跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)技術在大空間鋼結構廠房中的運用越來越廣，其結合視頻聯(lián)動技術，配套智能型探測性能，實現(xiàn)了精準定位、掃射范圍廣和迅速啟動的功能，有效地解決了建筑荷載、火災探測、撲救困難、投資成本、運行維護等多方面的實際問題[5]。同時隨著科技的發(fā)展，自動跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)會有更多的智能產品出現(xiàn)，以適應新形勢下特殊場景的滅火工作。

參考文獻

[1]龔麗虹.大空間消防水炮滅火系統(tǒng)設計分析[J].住宅與房地產，2021（14）：109-110.

[2]張希卿.自動消防水炮滅火系統(tǒng)設計初探[J].科技尚品，2022（7）：69-72.

[3]田雪圓.淺談大空間自動尋的消防水炮射流狀態(tài)的影響因素[J].今日消防，2022（6）：11-13.

[4]王衛(wèi)紅.消防水炮在大空間建筑中的應用[J].居舍，2019（6）：32.

[5]卓西潔，狄育慧，蔣婧.基于紙品包裝廠房的消防水炮系統(tǒng)設置及關鍵技術分析[J].機電工程技術，2022（10）：192-195.