關(guān)于某人員密集場所的自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)

薛仲卿 王 宇

太原工業(yè)學(xué)院 （山西太原 030008）

自動噴水滅火系統(tǒng)是一種在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，能自動打開噴頭噴水滅火并同時(shí)發(fā)出火警信號的消防滅火系統(tǒng)[1-3]。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠，系統(tǒng)施工簡單，滅火速度快、控火效率高，系統(tǒng)投資省、經(jīng)濟(jì)性高，適用范圍廣等特點(diǎn)[4]，是用于消防滅火的重要方式之一。

自動噴水滅火系統(tǒng)在近幾十年中得到了飛速的發(fā)展。國內(nèi)，倪照鵬等[5]通過研究得出快速響應(yīng)噴頭在反應(yīng)動作時(shí)間、火場環(huán)境溫度控制和燃料的熱損量等方面優(yōu)于特殊響應(yīng)噴頭的自動噴水滅火系統(tǒng)；楊琦[6]通過平均噴水強(qiáng)度和設(shè)計(jì)噴水半徑等相關(guān)要素的定性與定量分析，推出了噴頭的最大布置間距和最小布置間距的計(jì)算方式；洪宗欽等[7]提出可以通過使噴頭和噴水強(qiáng)度滿足要求、選取適當(dāng)?shù)淖詣訃娝疁缁鹣到y(tǒng)、提高噴頭動作時(shí)間和選擇合適的水添加劑等方法減少水漬損失，節(jié)約水資源。國外，F(xiàn)utrel8]分析了和天氣有關(guān)的水損害對自動噴水滅火系統(tǒng)的影響；Thomas等[9]研究了自動噴水滅火系統(tǒng)因自身缺陷（比如部分噴頭保護(hù)不到位、系統(tǒng)凍結(jié)等原因）導(dǎo)致火災(zāi)事故發(fā)生的案例。

針對某人員密集場所，設(shè)計(jì)一套滿足實(shí)際應(yīng)用且符合國家規(guī)范的自動噴水滅火系統(tǒng)，來預(yù)防火災(zāi)事故的發(fā)生，減少事故的損失，從而進(jìn)一步提高場所安全性。

1 設(shè)計(jì)選型及計(jì)算

1.1 某超市簡單空間模型的建立

根據(jù)現(xiàn)場收集的圖片資料及數(shù)據(jù)資料（包括該超市平面的長、寬，每層的凈空高度，每層物料、庫房的布置），繪制每層的平面布置圖，建立簡單的空間模型。其中：該超市空間上長70.6 m，寬50 m；第一層的凈空高度為3 m，第二、三層的凈空高度皆為7 m。

1.2 場所火災(zāi)危險(xiǎn)等級設(shè)置

根據(jù)我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》[10]（GB 50084—2017）：總建筑面積在5 000 m2以上的商場，其火災(zāi)危險(xiǎn)等級為中危險(xiǎn)級Ⅱ級。該模型的總建筑面積為10 590 m2，大于該規(guī)范規(guī)定的面積，因此其火災(zāi)危險(xiǎn)等級確定為中危險(xiǎn)級Ⅱ級。

1.3 自動噴水滅火系統(tǒng)選型

根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》[11]（GB 50016—2014），每層建筑面積超過3000 m2或建筑面積超過9000 m2的百貨樓、展覽樓宜采用閉式自動噴水滅火系統(tǒng)。該模型的單層面積為3530 m2，總建筑面積為10590 m2，因此確定采用閉式系統(tǒng)。

閉式系統(tǒng)中濕式系統(tǒng)的室內(nèi)工作溫度范圍為4～70℃，而該超市存在暖氣和空調(diào)這類供暖和制冷設(shè)備以調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，滿足濕式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，且該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，施工、管理方便，建筑投資低，管理費(fèi)用少、節(jié)約能源，滅火速度快、撲救效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此確定采用濕式系統(tǒng)。

1.4 基本參數(shù)確定

根據(jù)《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》，對于中危險(xiǎn)級為Ⅱ級的場所，其基本參數(shù)確定為：該自動噴水滅火系統(tǒng)的噴水強(qiáng)度為8 L/(min·m2)，作用面積為160 m2，噴頭工作壓力為0.10 MPa。

1.5 噴頭的選擇與管網(wǎng)布置

噴頭選擇玻璃球型噴頭。

噴頭選擇的一般原則：（1）不作吊頂?shù)膱鏊?dāng)配水支管布置在梁下時(shí)，應(yīng)采用直立型噴頭；（2）有吊頂?shù)膱鏊鶓?yīng)采用下垂型或吊頂型噴頭；（3）閉式系統(tǒng)中的噴頭，其公稱動作溫度應(yīng)比環(huán)境最高溫度高30℃。

該超市第一層存在吊頂，而第二、三層無吊頂，因此，第一層選用下垂型噴頭，第二、三層都采用直立型噴頭。室內(nèi)環(huán)境最高溫度約為32℃，因此選擇動作溫度為62℃。

根據(jù)《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》，對于噴水強(qiáng)度在8/(min·m2)的情況下，噴頭若采用正方形布置，邊長不能超過3.4 m。因此噴頭采用邊長為3 m的正方形布置，覆蓋整個(gè)平面區(qū)域。管網(wǎng)采用中央布置，支狀布置，從而滿足噴頭的布置要求。

1.6 管材與管道安裝

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，管材適宜采用內(nèi)外壁熱鍍鋅鋼管。管道安裝：在報(bào)警閥組前的鋼管采用焊接方式連接，系統(tǒng)其他管道采用溝槽式連接。

1.7 水力計(jì)算

1.7.1 矩形面積保護(hù)法

矩形面積保護(hù)法就是只以確定的矩形區(qū)域內(nèi)包括的所有噴頭動作所產(chǎn)生的流量進(jìn)行水力計(jì)算，而矩形區(qū)域以外噴頭的無需計(jì)算。

對于復(fù)雜的管路系統(tǒng)，適宜采用矩形面積保護(hù)法。矩形的長（L）、寬（B）分別由以下公式確定：

根據(jù)規(guī)范，矩形的長要平行于配水支管，寬要平行于配水管，由此確定最不利區(qū)域矩形范圍內(nèi)的動作噴頭數(shù)為20個(gè)，其實(shí)際作用面積為180 m2，超過基本參數(shù)的作用面積（160 m2），因此要扣去矩形區(qū)域內(nèi)最有利配水支管的2個(gè)噴頭，使得實(shí)際作用面積為162 m2，最接近基本參數(shù)。

1.7.2 水力計(jì)算

（1） 噴頭的流量

式中：q為噴頭出水量，L/s；H為噴頭出水壓力，MPa；k為噴頭流量系數(shù)，對于玻璃球噴頭，k值取1.33。

（2） 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量

式中：Q為自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量，L/s；qi為最不利點(diǎn)作用面積各個(gè)噴頭的噴水流量，L/min；n為最不利點(diǎn)作用面積內(nèi)的噴頭數(shù)。

（3） 管道流速

v=K0Q

式中：v為管道中的水流速度，m/s；K0為流速系數(shù)，m/s；Q為管道水流流量，L/s。其中K0值由所選管道管徑確定。

（4） 管道水頭損失

①沿程水頭損失hg

hg=iL

式中：hg為沿程水頭損失，MPa；i為每米管道水流水頭損失，MPa/m；L為管道計(jì)算長度，m。其中管道的計(jì)算長度由管段長度和管件當(dāng)量長度之和確定。

根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，每米管道水頭損失i可以由舍維列夫公式計(jì)算，即：

式中：v為水流速度，m/s；dj為管道計(jì)算內(nèi)徑，m。

②報(bào)警閥產(chǎn)生的壓力損失Hk

Hk=SkQ2

式中：Hk為報(bào)警閥產(chǎn)生的壓力損失，MPa；Sk為報(bào)警閥阻力系數(shù)（對于公稱直徑為100 mm的濕式報(bào)警閥，Sk=0.000 030 2；對于公稱直徑為150 mm的濕式報(bào)警閥，Sk=0.000 008 69）；Q為通過報(bào)警閥的流量，L/s。

（5）水泵揚(yáng)程

H=p0+0.01Z+Σh+Hk

式中：H為水泵揚(yáng)程，MPa；p0為最不利點(diǎn)噴頭壓力，MPa；Z為最不利點(diǎn)噴頭與消防水池高度差，m；Σh為系統(tǒng)沿程水頭損失與所有局部水頭損失之和，MPa；Hk為報(bào)警閥壓力損失，MPa。

（6）配水支管流量

依照相關(guān)經(jīng)驗(yàn)公式，可以參照下式進(jìn)行計(jì)算。

式中：Qi為所計(jì)算的配水支管流量，L/s；Q1為最不利點(diǎn)所在配水支管流量，L/s；Hi為所要計(jì)算配水支管和配水管之間連接點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)水壓，MPa；H1為最不利點(diǎn)配水支管和配水管連接點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)水壓，MPa。

1.7.3 水力計(jì)算結(jié)果

根據(jù)以上設(shè)計(jì)方案，存在兩個(gè)最不利區(qū)域，需要對這兩個(gè)區(qū)域的線路分別進(jìn)行水力計(jì)算，根據(jù)上述水力計(jì)算公式得出計(jì)算結(jié)果如表1～4所示。

表1 管線1管網(wǎng)水力計(jì)算-節(jié)點(diǎn)

表2 管線1管網(wǎng)水力計(jì)算-管段

2 校核

2.1 流速校核

v=K0Q

式中：v為管道中水流速度，m/s；K0為流速系數(shù)，m/s；Q為管道水流流量，L/s。其中K0值由所選管道管徑確定。

根據(jù)規(guī)范，管段中水流的流速應(yīng)當(dāng)滿足小于5 m/s的要求。對管線1和管線2的流速計(jì)算結(jié)果表明，各個(gè)管段流速皆滿足要求，該方案設(shè)計(jì)合理。

2.2 噴水強(qiáng)度校核

2.2.1 作用面積內(nèi)平均噴水強(qiáng)度校核

式中，Q為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量，L/min；A為實(shí)際作用面積，m2；為平均噴水強(qiáng)度，L/(min·m2)。

計(jì)算出兩個(gè)管線的平均噴水強(qiáng)度大于基本參數(shù)規(guī)定的8 L/(min·m2)，滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2.2 最不利作用面積內(nèi)任意相鄰4只噴頭的噴水強(qiáng)度校核

經(jīng)過計(jì)算，4只噴頭的流量近似于1.33 m/s，作用面積為46.255 m2。由4只噴頭的流量和除以該作用面積得出其噴水強(qiáng)度為6.918 L/(min·m2)，大于基本參數(shù)噴水強(qiáng)度8 L/(min·m2)的85%，符合規(guī)范，表明該方案設(shè)計(jì)合理。

2.3 其他構(gòu)件的選擇

2.3.1 水泵的選擇

根據(jù)水力計(jì)算得出的流量和揚(yáng)程，選用型號為ISG80-200(I)和ISG80-100(I)A的兩種泵，由于揚(yáng)程不足，因此兩泵需要進(jìn)行串聯(lián)以滿足揚(yáng)程設(shè)計(jì)要求。

表4 管線2管網(wǎng)水力計(jì)算-管段

2.3.2 氣壓罐選擇

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，適宜采用SQL 800×0.6氣壓罐用于給水。

2.3.3 水泵接合器

水泵接合器型號選用SQB 150。該型號的水泵結(jié)合器流量為15 L/s，而設(shè)計(jì)流量約為30 L/s，因此需要2個(gè)水泵接合器。

3 結(jié)論

對所設(shè)計(jì)某超市簡單空間模型進(jìn)行分析，在該模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行自動噴水滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)前面所述設(shè)計(jì)方案，可以得出以下結(jié)論。

（1）自動噴水滅火系統(tǒng)選型為閉式自動噴水滅火系統(tǒng)中的濕式系統(tǒng)。

（2）對于系統(tǒng)設(shè)置：噴頭第一層選擇下垂型噴頭，第二層和第三層選擇直立型噴頭，均為玻璃球型噴頭，動作溫度為62℃；噴頭布置為正方形布置，正方形邊長為3 m，管網(wǎng)布置為枝狀管網(wǎng)；管道采用內(nèi)外壁熱鍍鋅鋼管，管道安裝采用溝槽式連接和法蘭連接；經(jīng)一系列水力計(jì)算，可得該自動噴水滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量為31.49 L/s，揚(yáng)程為0.57 MPa；經(jīng)過選擇，采用ISG管道離心泵，型號為80-200(I)和80-100(I)A，連接方式為串聯(lián)；在水箱和最不利噴頭之間安裝SQL 800×0.6氣壓罐用于加壓；該系統(tǒng)需要設(shè)置2個(gè)水泵接合器，型號為SQB 150。

（3）管道水流速度和噴水強(qiáng)度校核結(jié)果符合規(guī)范要求，表明方案設(shè)置合理可行。