钢化玻璃防护冷却喷淋系统设计的几点探讨

郑景彬

(福建嘉博联合设计股份有限公司　福建福州　350011)



钢化玻璃防护冷却喷淋系统设计的几点探讨

郑景彬

(福建嘉博联合设计股份有限公司福建福州350011)

自动喷水冷却系统保护下的钢化玻璃作为防火分隔物，在商业综合体项目性能化设计中屡有应用。文章以福州某商业综合体项目为例,根据国家规范标准，结合消防性能化设计要求，从系统参数、喷头选型、喷头间距、喷头布置等方面对钢化玻璃防护冷却喷淋系统的设计进行分析探讨。

玻璃防护冷却喷淋；性能化设计；喷头选型布置

0　引言

随着城市建设的快速发展，我国涌现了许多集购物、休闲娱乐、餐饮等多功能于一身的大空间商业综合体。这类建筑内部设置有室内步行街，通常由大小不一的中庭、公共走道及两侧商业店铺组成，平时仅作为顾客流通和休息使用，禁止摆设商品和固定可燃物；火灾时提供人员暂时避难，作为人员二次疏散的路径。此区域通过对沿街商铺内部可燃物的控制及周围临近区域防火分隔，介于室外安全场所和室内火灾隐患场所之间，可视为亚安全区。由于室内步行街贯通多层，为了实现特定的使用功能、建筑空间通透效果，亚安全区与商铺间采用了设有防护冷却喷淋的钢化玻璃作为防火分隔[1]，避免因大量采用大跨度、大面积的防火卷帘，增加设施的不可靠性，防护冷却喷淋是改善钢化玻璃耐火完整性和热辐射照度等方面性能的重要措施。深入探讨相应的技术措施，对于完善系统设计很有必要。

1　工程概况

福州某商业综合体地块内含一栋3层的购物中心，2栋20层写字楼，2栋23层公寓，1栋32层酒店及3层酒店裙房，地下二层。其中裙楼部分的购物中心地上3层，地下二层，屋面高度23.70m。综合体地块用地面积为61 749.74m2，占地面积为31 197.23m2；总建筑面积为315 366.38m2，其中购物中心地上3层建筑面积为49 987.78m2，主要由步行街和主力店(三层为影院)组成。主力店位于购物中心南面为独立防火分区，北面及东面为步行街，步行街两侧为商铺。按照性能化设计要求，将中庭两侧的商铺设置为独立的防火单元，在此基础上将室内步行街设置为亚安全区，步行街两侧非餐饮类商铺，建筑面积不应大于300m2，餐饮类商铺，建筑面积不应大于500m2；两侧相邻的商铺之间分隔墙体的耐火极限不应小于2.00h；步行街公共区商铺与室内步行街公共区之间应采用耐火极限不小于1.00h的分隔物进行分隔。当采用钢化玻璃或防火玻璃替代墙体进行分隔时，应设置独立的自动喷水系统对玻璃分隔构件进行冷却保护。

2　系统设计

钢化玻璃加防护冷却喷淋系统的做法，在新版《建筑设计防火规范》(GB50016-2014)[2]第5.3.6条第4款中做了相关规定：步行街两侧建筑的商铺，其面向步行街一侧的围护构件的耐火极限不应低于1.00h，并宜采用实体墙，当采用耐火完整性不低于1.00h的非隔热性防火玻璃墙(包括门、窗)时，应设置闭式自动喷水灭火系统进行保护。国外NFPA13-2010《自动喷水灭火系统安装标准》也有类似规定：“中庭建筑当采用防火玻璃的两侧布置喷头，并应确保喷头动作后能淋湿所有防火玻璃的表面。并且整个建筑内均应设置自动喷水灭火系统，中庭内只能防止不燃或普通可燃物，且中庭内应设置防排烟系统，其启动应与自动喷水灭火系统联动”。结合国内一些实验研究成果，钢化玻璃加防护冷却喷淋系统局部替代防火墙是符合规范要求的，是一种安全可靠的方案。

防护冷却喷淋系统须采用闭式系统。开式系统需要配置火灾报警联动系统，管道充水存在一定的喷水延时，且用水量较大；与之相比，闭式系统喷头可在温度达到预定标准后及时启动对玻璃进行冷却保护，控制玻璃温度升高，保证玻璃完整性，故宜优先选用闭式系统。

为提高系统可靠性，防护冷却喷淋系统单独设置，设置专门的加压设备及管网系统，其供水管网成宜成环状布置。对于需与商业自动喷水灭火系统合用供水设施的，在性能化设计允许的情况下，应在湿式报警阀前分开设置，并按两者同时工作时最大水量之和确定系统用水量。

2.1系统基本参数

系统设计用水量与喷水强度、保护长度和设计喷水时间密切相关。喷水强度根据性能化设计的要求，参照《自动喷水灭火系统设计规范》[3](以下简称“《喷规》”)表5.0.10选取：“防护冷却水幕喷水点高度≤4m时，喷水强度0.5L/(s·m)，喷水点高度每增加lm，喷水强度0.1L/(s·m)，但超过9m时喷水强度仍采用1.0 L/(s·m)”。有实验研究表明[4]，当喷头工作压力为 0.10MPa 时，可达到较好的布水效果，水帘稳定且可覆盖整块玻璃，当水压继续增大时水量增多，但水帘分布效果改善不明显。结合《喷规》的规定，喷头工作压力应不小于0.1MPa。

室内步行街为亚安全区，防护冷却喷淋系统需在商铺侧设置，防止商铺内火灾向外部公共空间蔓延。中庭两侧的商铺为独立的防火单元，系统计算长度不应小于单个商铺防火玻璃的最大长度。由于商铺窗间墙处存在火灾相互影响的隐患，系统保护长度应适当加大留有余地，一般按玻璃隔断最长一间商铺保护长度的1.5倍并不小于30m确定。

参照《消防给水及消火栓系统技术规范》[5]第3.6.4条条文说明，替代原则是消防性能化设计的基本原则，因此当采用防火分隔水幕和防护冷却水幕保护时，应采用等效替代原则，与防火墙或分隔墙的时间一致。因此设计喷水时间采用1.00h(同防火分隔物耐火极限)。

2.2喷头选择

为了达到对玻璃具有较好的保护效果，提高玻璃构件的耐火时间和性能，该选用的喷头应能保证良好的布水效果。通常可采用普通边墙型喷头或窗式喷头。

窗式喷头是一种经认证的用来保护热增强型和钢化玻璃的新型产品。其水流在一定范围内形成直线后顺玻璃均匀流下，整块玻璃基本上能完全被保护到不存在盲区，水帘稳定且覆盖面积最大，布水效果较为理想，设计中可优先考虑采用。建筑布局中的转角区域采用多块玻璃折线拼接分隔时，拼接玻璃之间在店铺内侧应按不小于90°的夹角形式，为保证系统的布水效果，每块钢化玻璃均应采用窗式喷头对其冷却保护(喷头宜居中布置), 且喷头间直线距离不小于1.3m。

与窗式喷头相比，普通边墙型喷头的优点是在保护玻璃的同时对其下方一定范围内火源兼具灭火功能，缺点是其水流呈一定角度的伞状，所保护玻璃上边缘左右两侧存在盲区，不能对玻璃进行完全保护。因此，当采用边墙型喷头时，设计应考虑适当增大喷头安装密度或工作压力来减小死角范围。

玻璃受热作用产生局部高温达到200℃以上时会产生一定的变形，一旦自动喷水冷却系统未及时启动，并造成玻璃表面与冷却水之间温差较大(两者温差在 150℃以上)时，玻璃会发生冷脆炸裂现象，从而失去完整性。因此，自动喷水冷却系统应采用快速响应喷头(响应时间指数RTI≤50(m·s)0.5)以确保其及时启动对玻璃进行保护。

喷头流量系数可按K=80选用，动作温度按高于环境最高温度30℃选用。

2.3喷头布置

根据消防性能化设计要求：商铺店招宜布置在玻璃外侧，且采用不燃烧材料；玻璃的上檐至楼板处应采用不燃材料进行封堵(吊顶至楼板处封堵构件耐火极限不应小于1.00h)，其封堵材料在店铺内侧应与玻璃平齐，除可开启的钢化玻璃门外，其他部位钢化玻璃之间的缝隙应采用防火胶进行封堵，安装如图1所示。

喷头应设在顶板或吊顶下易于接触到火灾热烟气流，并有利于均匀喷洒水量的位置，应防止障碍物屏障热烟气流和破坏喷头洒水分布。这是喷头布置的基本要求。因此，喷头和玻璃之间不能有任何遮挡物。为使喷头及时感温动作，喷头应安装在店铺内侧吊顶下方，喷头上方必须采用实板吊顶，不能采用格栅等吊顶以免影响烟气及热量的聚集。

喷头的高度布置必须保证其出水能喷湿所有玻璃面，结合《喷规》4.2.10条中规定，喷头喷水方向应正对被保护对象；根据性能化设计要求，喷头与玻璃的水平距离不应大于0.3m。众所周知，边墙型喷头喷水曲线为抛物线形，若喷头与玻璃顶等高，势必在玻璃上部区域出现喷水空白点，因此喷头的安装高度应高于玻璃上沿，具体高度需结合喷头工作压力、布置间距及喷头产品喷水曲线确定。根据《喷规》7.1.14条要求，水平边墙型喷头溅水盘与顶板(吊顶)的距离不应小于150 mm，且不应大于300 mm。

喷头的间距布置除满足喷水强度以外，还要考虑喷头出水后对周边喷头的影响，主要考虑2个方面：第一，结合边墙型喷头的布水特点，其出水有部分水量喷向背墙面。因此，用于冷却玻璃的喷头与商铺内自动喷水灭火系统喷头之间应保持一定的水平间距(性能化设计要求应大于0.9m)，以避免冷却用喷头启动降低周围烟气温度延迟灭火系统洒水喷头的启动时间。另外店铺内用于灭火的喷头还需满足规范中与端墙最大距离(对于中危险II级场所为1.7m)要求。第二，冷却喷头之间需要考虑不能喷湿相邻喷头，不能因喷水阻碍烟气上升而影响相邻喷头感热并动作。

2.4喷头间距

根据《喷规》7.1.12条文说明：“边墙型喷头的前喷水量占流量的70%～80%，喷向背墙的水量占20%～30%流量。”计算喷水强度时，需扣除背向无效喷水量。喷头的流量应按下式计算：

q=K(10P)0.5

式中：q——喷头流量， L/min；

P——喷头工作压力， MPa；

K——喷头工作压力。

间距计算参见表1：

表1　喷头间距计算表

注:按高度≤4 m计算，喷头间距未考虑各节点喷头出水量不均衡性。

为了保证被保护对象各点的喷淋强度，结合系统最小工作压力要求，喷头间距不宜小于1.8m(采用K=80喷头时)。

实际工程应用中，喷头间距需按照喷头出水能喷湿所有玻璃面的要求，参照表1需结合喷头工作压力、布置高度及喷头产品喷水曲线确定。

3　结语

玻璃防护冷却喷淋是“亚安全区”性能化设计中采用的重要加强措施，设计中应把握好系统各参数间的关联关系，合理选用参数，优化喷头布置，优化系统设置，从而使系统安全可靠，经济合理，达到减少火灾损失的目的。

[1]倪照鹏,路世昌,赖建燕,等. 自动喷水冷却系统保护下钢化玻璃作为防火分隔物可行性试验研究[J].火灾科学,2011,03:125-132.

[2]GB 50016-2014 建筑设计防火规范[S].

[3]GB 50084-2001 自动喷水灭火系统设计规范[S].

[4]路世昌,倪照鹏,赖建燕,等. 不同类型洒水喷头对钢化玻璃保护效果试验研究[C].中国消防协会科学技术年会论文集.中国消防协会、山东省公安消防总队,2011:9.

[5]GB 50974-2014 消防给水及消火栓系统技术规范[S].

[6]自动喷水灭火系统手册编委会.自动喷水灭火系统手册[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2002.

Some discussion on the design of protective cooling sprinkler system for toughened glass

ZHENGJingbin

(Fujian Jiadesign CO.,LTD, Fuzhou 350011)

Toughened glass protected by cooling sprinkler system used as fire barrier, is frequently used in commercial complex project performance-based design. According to the national standards and combined with the fire performance-based design requirements, this paper takes a commercial complex project in Fuzhou as an example, analyzes and discusses the design of the protective cooling sprinkler system of toughened glass from the system parameters、the selection of nozzle、the distance between the nozzles and the arrangement of the nozzles and so on, and provides reference for the similar projects.

Protective cooling sprinkler;Performance-based design;The selection and arrangement of nozzle

郑景彬(1983.05-)，男，工程师。

E-mail:38813561@qq.com

2016-05-16

TU998.1

A

1004-6135(2016)07-0134-03