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原创:学习新《喷淋规范》心得之三——系统整体性能保证!喷淋
内容摘要:
【[提要]《自动喷水灭火系统设计规范》自1996年修订以来,已经批准,行将施行。《喷淋规范》对给排水专业人员至关重要,本次修订改动较多,本文就主要修订内容之三“系统整体性能保证”谈些体会。?[关键词] 喷淋规范 自动喷水灭火系统设计规范 】
正文:
[提要]《自动喷水灭火系统设计规范》自1996年修订以来,已经批准,行将施行。《喷淋规范》对给排水专业人员至关重要,本次修订改动较多,本文就主要修订内容之三“系统整体性能保证”谈些体会。? [关键词] 喷淋规范 自动喷水灭火系统设计规范 喷淋系统 系统选型设计基本参数 最大净空高度限制 喷头选型 喷头布置 管道供水设施?? 《自动喷水灭火系统设计规范》(以下简称《喷淋规范》)在前言中明示,此次修订的主要内容之四为“特别强调合理的系统选型和配置,对保证自动喷水灭火系统整体性能的重要作用”。以下就学习这一内容,谈些个人心得。? 自动喷水灭火系统灭火、控火及时,灭火效果好,在性质重要、或火灾危险性较大;人员集中、不易疏散;外部增援灭火与救生较困难的建筑物或场所,宜设置自动喷水灭火系统。 ? 灭火、控火是设置自动喷水灭火系统的目的,这个目的是通过系统的正常启动和喷水过程中来实施的。系统的灭火效能是特定火灾和喷淋系统相互作用的结果。影响灭火效能主要有三个方面的因素:? 1.火灾的燃烧特性(可燃物种类、性质、数量、堆放形式……等)。? 2.建筑物的空间条件(净高、面积……等)。? 3.系统的选型和设计参数。? 前两个因素是决定烟气流量和温度的因素,直接影响烟气流与喷头热敏元件进行热交换时的速度和温度,影响喷头的动作时间;另一方面,在喷头喷水后,这两个因素也影响喷头的喷出的水穿透热气流区域,实际到达可燃物燃烧表面的冷却灭火水量,影响灭火的难易程度,最终影响灭火效能。系统的选型和设计参数这一因素,是消防工程设计人员能予以自主掌握的,系统的选型和设计参数的选用,应满足系统迅速启动和顺利灭火、控火的要求。具体对闭式而言,闭式喷头的选型和安装的位置、间距的布置将直接影响喷头的开放时间;而设计参数,包括喷水强度、系统作用面积、喷头工作压力和持续喷水时间将直接影响灭火、控火效果。? 1.在应设置喷淋系统的场所,应设置自动喷水灭火系统? 新《喷淋规范》明确在下列建筑物或场所宜设置自动喷水灭火系统:? (1)性质重要;? (2)火灾危险大;? (3)人员集中、不易疏散;? (4)外部增援灭火与救生较困难。? 在进行工程设计时,这个规定过于原则,还不够具体,而具体的设置场所,还应以《建筑设计防火规范》、《高层民用建筑设计防火规范》、《汽车库、修车库、停车场设计防火规范》、……等通用标准所规定的设置场所来确定。凡这些强制性规范中的强制性条文所规定的设置场所均应按条文规定设置自动喷水灭火系统。? 在建筑物或场所设置自动喷水灭火系统有全部使用场所设置的,也可根据防火要求在建筑物的部分场所或局部部位设置。? 2.系统选型原则? 自动喷水灭火系统是这类灭火设施的总称。按洒水喷头的型式不同,有闭式系统和开式系统之分;按适用场所和工况不同,有湿式系统、干式系统、预作用系统、重复启闭预作用系统、干湿式交替系统和闭式自动喷水—泡沫联用灭火系统等多种系统;开式系统也有雨淋系统和开式自动喷水—泡沫联用灭火系统之分。? 关于系统选型,新《喷淋规范》规定:“自动喷水灭火系统的设计,应综合分析设置场所条件和火灾特点确定火灾危险等级,系统的选型和设计基本参数。当建筑物内各场所的功能和火灾危险性及灭火难度存在较大差异时,宜按不同保护对象或按不同危险等级分别设置不同的系统”。强调针对性、经济性、合理性和有效性。规范规定:严重Ⅱ级场所应采用雨淋系统。就是一例。? 3.喷淋系统的性能要求? 自动喷水灭火系统用于初期火灾的扑救。新《喷淋规范》导入了性能化设计技术的思想,有不少条文按照性能要求而制订。关于喷淋系统,《喷淋规范》规定的性能化要求如下:? 4.1.5设计采用的自动喷水灭火系统,应符合下列技术要求:? 1、湿式、干式系统中的闭式喷头、或预作用、雨淋系统配套的火灾探测器,应能有效探测初期火灾;? 2、湿式、干式系统应在开放一只喷头后自动启动,预作用、雨淋系统应在火灾探测器动作报警时自动启动;? 3、洒水应能直接到达起火物品表面。? 4、应在系统作用面积内按设计的强度喷水。? 以4.1.5条3款为例,条文规定:“洒水应能直接到达起火物品表面。”对于一般民用与工业建筑,喷头设置场所的最大净空高度为8m,此时采用标准喷头,喷头工作压力为1.0MPa;而对于仓库,且室内净空高度和货品堆积高度均较高时,如仍采用标准喷头,由于可燃物多,烟气流温度高、喷头喷出的水滴直径小、穿透力弱、难以穿过火舌,到达起火物品表面。按照规范规定的性能要求,此时应采用快速响应早期灭火喷头,喷头最低工作压力相应提高至0.34MPa、0.50MPa或0.68MPa,这样喷头喷出的洒水才能直接到达起火物品表面。因此性能要求的规定,实质上规定了喷头的型式、系统的选型和相应的设计参数。? 4.系统选型? 对自动喷水灭火系统范畴内的各种灭火系统的选型,《喷淋规范》作了具体规定。? 湿式系统,用于环境温度不低于4℃,且不高于70℃的场所;? 干式系统,用于环境温度低于4℃,或高于70℃的场所;? 预作用系统,用于系统处于准工作状态时,严禁管道漏水的场所;严禁系统误喷的场所;替代干式系统的场所; 重复启闭预作用系统,用于灭火后必须及时停止喷水的场所;? 雨淋系统,用于火灾的水平蔓延速度快、闭式喷头的开放不能及时使喷水有效覆盖着火区域的场所;严重Ⅱ级场所;室内净空高度超过《喷淋规范》有关条文规定,且必须迅速扑救初期火灾的场所。? 快速响应早期灭火喷头的自动喷水灭火系统,用于货品高度等于或大于4.5m的Ⅰ级、Ⅱ级仓库;货品高度等于或大于3.5m的Ⅲ级仓库;储存发泡类塑料与橡胶的Ⅲ级仓库;? 自动喷水—泡沫联用灭火系统,用于使用易燃液体的场所。? 系统选型有两个基本启示:一、有众多的灭火系统可供选择;二、应按工程的不同情况,选用最有效、最有针对性的灭火系统。? 5.系统的组件、配件和设施的设置? 《喷淋规范》基于强调系统的合理配置,对系统的组件、配件和设施的设置作了具体规定。 基于设置要求是:“应设有洒水喷头、水流指示器、报警阀组、压力开关等组件和末端试水装置,以及管道、供水设施。”? 洒水喷头是洒水灭火的关键组件,闭式洒水喷头还是启动系统的关键组件,具有三项功能:定温探测器、温控阀和布水器。水流指示器用于报警。报警阀组、压力开关既用于报警,阀组还有通水、止水、防水流逆向流动等功能。末端试水装置用于系统检验。管道用于输配消防用水。供水设施(消防水池、消防水箱、消防水泵、水泵接合器等)用于消防用水的储存、供给。? 《喷淋规范》还规定:“控制管道静压的区段宜分区供水或设减压阀,控制管道动压的区段宜设减压孔板或节流管”;在高层建筑中和采用稳高压给水系统静压值较高,在临时高压给水系统动压值较高,当压力值一旦超过允许工作压力值时,会造成管网系统的损坏和消防用水水量的分配失衡,这时应采用有效的减压设施。? 《喷淋规范》又规定:“应设有泄水阀(口)、排气阀(口)和排污口。”设泄水阀(口)便于管网维修;设排气阀(口)可防止管网因排气不足,管网充气而带来的一系列弊病,如气塞、气阻现象;气水双相流而导致的阻力增大;压力表指针因气压值剧烈变化而摆动不止、计量不准;管道接口容易渗漏等。设排污口可便于管道清洗、排污,防止堵塞现象等。? 《喷淋规范》还规定:“干式和预作用系统的配水管道应设快速排气阀,有压充气管道的快速排气阀前应设电动阀”。该规定目的使干式系统、预作用系统在火警时,快速排气,缩短排气时间,使水在短时间内充满管道,使系统迅速投入运行。? 6.设计基本参数规定? 设计基本参数包括喷水强度、系统作用面积、喷头工作压力和持续喷水时间。当火灾发生后,在起火点附近随机开放首先受热的喷头,即实施“自动跟踪火源”的功能;开放一只喷头后,系统即自动启动,喷头的开放,直接驱动水流指示器报警、驱动压力开关和水力警铃报警、驱动报警阀开启,并启动消防泵,完成“自动启动系统”的功能;第一批开启的喷头喷水后灭火、控火成功,系统即停止继续开启喷头,首批开启的喷头不能有效灭火、控火时,系统的喷头会继续开放,直至灭火和控火的成功,这是实施“控制系统的喷水面积”的功能。在整个灭火、控火过程中,工作压力是保证开放一只喷头能启动系统的基本条件,喷水强度和喷头开放数决定灭火控火效果,系统的喷水面积,由开放的喷头数所决定,在喷头开放数和喷水面积两者之间,存在相互制约又相辅相成的关系。系统作用面积是系统有效喷水在空间(主要指平面)范围的极限,而持续喷水时间是系统有效喷水在时间范围的极限。如果喷水面积达到系统作用面积值后,或喷水时间达到持续喷水时间值后仍不能控制火势,系统失去作用。? 《喷淋规范》按系统设置场所火灾危险等级和建筑物性质,对轻、中Ⅰ、中Ⅱ、严Ⅰ、严Ⅱ、仓库Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级分别规定了12组设计基本参数。并对系统的不同特点为保证灭火、控火效果,对设计基本参数作了合理的调整。如网格、栅板类通透性吊顶的场所,由于考虑吊顶对洒水分布的影响,喷水强度乘1.3系数;干式系统由于先排气,再充水存在喷水滞后现象,火热蔓延和喷头开放数量会和湿式系统不同,规范规定其作用面积乘1.3系数……等。 7.最大净空高度限制? 《喷淋规范》对闭式喷头适用场所的最大净空高度作了规定(见表1)。?
表1采用闭式系统场所的最大净空高度

喷水强度

L/minm2

正方形布

置的边长

(m)

矩形或平行四

边形布置的长

边边长(m)

一只喷头的最

大保护面积

(m2)

喷头与端墙

的最大间距 (m)

4

4.4

4.5

20.0

2.2

6

3.6

4.4

12.5

1.8

8

3.4

3.6

11.5

1.7

12~20

3.0

3.6

9.0

1.5

在表格规定的最大净空高度内,设置闭式喷头时。当火灾发生热气流上升,并积聚在楼板或吊顶下,热气流的热传递给喷头玻璃球壁,玻璃球壁将热传递给酒精等介质,介质受热膨胀,先挤占玻璃球内空气泡所占空间,继而因膨胀而产生的内力粉碎玻璃球。喷头开始喷水、布水,并有效地灭火、控火。而当闭式喷头设置高度超过规范规定的最大净空高度时,闭式喷头在热气流驱动下,也能开启,并喷水灭火。但出现滞后现象,造成火势蔓延在先、在前,而喷头动作在后,水追着、赶着火势走,不能有效地控制火势。因此最大净空高度的控制是保证灭火效果的重要举措。 8.喷头的选型 喷头按安装方式区分有直立型、下垂型、边墙型和普通型;按热敏性能区分有标准型、快速响应型等。 喷头的选型应有利于快速灭火、控火。具体地说: 1.喷头的选型应有利于喷头接近热气流; 2.喷头的选型应有利于喷头的尽早、尽快动作; 3.喷头的选型应有效地防止喷头的损坏和防止误喷; 4.喷头的选型还应和设置场所协调一致。 基于这些原则,所以《喷淋规范》规定:“不作吊顶的场所,当配水支管布置在梁下时,应采用直立型喷头”。这类喷头安装后,和楼板底面较靠近,最接近积聚在楼板底面的热气流温度最高的层面,喷头的动作会最快、最早。出于同一原因,当有吊顶时,“吊顶下布置的喷头,应采用下垂型或吊顶型喷头”。 边墙型喷头由于安装在墙面,热气流在楼板底或吊顶底需积累到相当厚度后,才能触及边墙型喷头,因此其动作滞后于直立型和下垂型,规范对此作了必要的限制,规定只有“顶板为水平面的轻、中危Ⅰ级场所的居室、办公室,可采用边墙型喷头”。 易碰撞的部位,规范要求“应采用带保护罩的喷头或吊顶型喷头”。 对于普通喷头,尽管直立安装时可以替代直立型;下垂安装时可以替代下垂型,但由于其溅水盘的布水效果,直立安装时不及直立型,下垂安装时不及下垂型,新《喷淋规范》予以取消。 9.喷头布置 喷头布置是能否保证“洒水应能直接到达起火物品表面”的重要因素,喷头布置也是决定“应在系统作用面积内按设计的强度喷水”的必要条件,喷头的布置是否合理、正确往往决定喷淋系统的成败。 喷头布置包括平面布置和垂直布置两个方面,总的要求是:“喷头应布置在顶板或吊顶下易于接触到火灾热气流并有利于均匀布水的位置”。应防止障碍物屏蔽热气流和破坏洒水分布。 平面布置要求,设置场所喷头的喷水无空白点,全保护的概念,对于喷头在配水支管上的最大间距,和配水支管间的最大间距,按不同形式的布置方式(正方形、矩形或平行四边形),按不同的喷水强度分别作出规定,见表2。
表2 同一根配水支管上喷头的间距及相邻配水支管的间距

喷水强度

L/minm2

正方形布

置的边长

(m)

矩形或平行四

边形布置的长

边边长(m)

一只喷头的最

大保护面积

(m2)

喷头与端墙

的最大间距 (m)

4

4.4

4.5

20.0

2.2

6

3.6

4.4

12.5

1.8

8

3.4

3.6

11.5

1.7

12~20

3.0

3.6

9.0

1.5

竖向布置要求是:“直立、下垂型标准喷头贱水盘与顶板的距离,不应小于75mm,且不宜大于150mm”。距离过小会导致喷头布水时,水流受阻影响布水,距离过大,不易接触热气流推迟了喷头的及时开启。对于快速响应早期灭火喷头由于喷水强度大,工作压力高,其与顶板的距离作了相应的放宽,但也控制在一定范围内。建筑物内不可避免会有梁、通风管道、屋架、排管、桥架、不到顶隔墙、柱、管道井、靠墙障碍物等障碍物,《喷淋规范》规定:应防止障碍物屏蔽热气流和破坏洒水分布。“当喷头附近有障碍物时,应符合有关规定或增设补偿喷水强度的喷头”。 10.管道 管道涉及管材的选用、接口方式、管径确定、管道坡度等,要害是保证管道的正常输配能力,防止堵塞。 对管材,《喷淋规范》规定:“配水管道应采用内外壁热镀锌钢管。当报警阀入口前采用内壁不防腐的钢管时,应在该段管道的末端设过滤器”。采用镀锌管可以有效地防止管道锈蚀、防止杂质堵塞喷口。 管道接口方式,规范除仍保留丝扣和法兰连接方式外,还推出的沟槽式连接件(卡箍)。与丝扣连接相比,卡箍连接可用于公称通径稍大的管道,可承受较高工作压力;与法兰连接相比,卡箍连接可以不破坏镀锌层,便于安装和拆卸。 管径的确定,规范采用估算法,既方便使用,又能保证输配流量的通过。 11.供水设施 供水设施包括主要供水设施(消防水池、消防水泵)、自动供水设施(消防水箱)、临时供水设施(水泵接合器)和辅助供水设施等。 供水的矛盾主要在于动力源的可靠性,矛盾的暴露表现在水系统上。要求供水可靠,除动力源应予以充分保证外,还规定: ——水泵采用自灌式吸水方式(便于水泵快速启动); ——设置消防水箱,其供水压力应满足系统最不利点喷头最低工作压力和喷水强度。 ——对建筑高度不超过24m的轻、中危险级建筑中的湿式、干式或预作用系统,增加了应按首批开放喷头为3个喷头时气压给水设备的储水量应为5L/s的10min水量(保证初期火灾水量和水压的保证)的条文。 ——建筑物内超过当地消防车供水压力范围的区域,宜采用能为水泵接合器供水增压的措施(解决了高层建筑在消防车供水压力范围处的分区,因不设水泵接合器,放弃外援供水手段而造成的供水薄弱环节); ——两个及以上报警阀组时,报警阀前宜设环状供水管道; ——……等。 --------------------------------------------------------------- 参考文献: 韩占先 何以申等:《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2001 何以申:国家规范《自动喷水灭火系统设计规范》修订情况介绍 2000年 通讯地址:(200032)上海市斜土路1175号景泰大厦1405室 上海沪标工程建设咨询有限公司 电 话:(021)64187239 手 机:13601755066 BP:198-21005551

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