自动喷水灭火系统设计中几个问题的探讨

惠瑜

摘 要：为了加强在大型建筑中的消防灭火能力，自动喷水灭火系统得到了廣泛的应用。所谓的自动灭火系统，是由洒水喷头、报警阀组、水流报警装置等组件，以及管道、供水设施组成，并能在发生火灾时喷水的自动灭火系统。本文就自动喷水灭火系统设计若干问题进行了探讨，详细研究了有关自动喷水灭火系统设计的若干问题，以期能为自动喷水灭火系统的设计提供参考。

关键词：自动喷水；灭火系统；设置说明；要点

引言

自动喷水灭火系统在火灾发生时，能自动打开喷水喷水并同时发出报警信号，能及时、有效地扑灭初期火灾。所以，自动喷水灭火系统在超高层建筑中极为重要。据统计，自动喷水灭火系统扑灭初期火灾的有效率在97%以上。查阅国内外的相关规定发现，在超高层建筑中，自动喷水灭火系统几乎是全方位要求设置，足以看出其重要性。

一、不同自动喷水灭火系统设置说明

湿式自动喷水灭火系统使用时间最长、最广泛，控火、灭火中使用频率最高，目前国内已安装系统中70%以上用的是此系统。系统组成包括：闭式喷头、管道系统、湿式报警阀和供水设备，闭式喷头是火灾后高温喷头损坏，直接喷水。此系统在4℃至70℃的场所都可使用。

干式系统灭火效率不如湿式系统，造价较高，主要是为解决某些不适宜采用湿式系统的建筑物使用。干式系统由闭式喷头、管网、干式报警阀、充气设备、报警装置和供水设备组成。火灾发生时，温度上升，火源上方喷头开启，排出管网中的压缩空气，报警阀后管网压力下降，干式报警阀开启，水流向配水管网，进行灭火。喷头需要向上安装或使用下垂型喷头。干式自动喷水灭火系统适用于环境温度低于4℃和高于70℃的场所，如不采暖的地下停车场、机房、冷库。

预作用自动喷水灭火系统管网充满低压压缩空气、氮气或空管，火灾时，探测系统自动开启预作用阀，使管道充水。要求火灾探测器先于喷头起作用，应保证闭式喷头受热开放时管道已充满水。从火灾探测器动作并开启预作用阀开始充水，到水流流到最远喷头的时间，应不超过3min，水流在配水支管中的流速不应大于2m/s，以此来确定预作用系统管网最长的保护距离。预作用系统同时具备干式喷水灭火系统和湿式喷水灭火系统的特点，克服了干式系统控火灭火率低、湿式系统产生水渍的缺陷，所以预作用系统使用场所范围更广。

重复启闭预作用自动喷水灭火系统的功能优于以前所有的自动喷水灭火系统，系统灭火后能自动关闭，省水，火灾后可以在不关闭系统的状态下替换喷头。断电时，能自动切换转用备用电池操作，如果电池在恢复供电前用完，电磁阀开启，系统转为湿式系统形式工作。此系统成本较高，一般只用在特殊场合。

雨淋系统属于开式自动喷水灭火系统，其使用开式喷头，火灾发生时，所有喷头一起喷水灭火。其由火灾探测传动控制系统、自动控制成组作用阀门系统、带开式喷头的自动喷水灭火系统组成，适用于剧院舞台、摄影棚、演播室等。系统能快速的响应，使用传输控制系统，打开系统的火灾探测。由于对火灾探测报警传输火控系统的时间比闭式喷头开放时间较短，因而雨淋系统响应时间比关闭自动喷水灭火系统更快，反应速度更快，更有利于尽快灭火，灭火系统控制区能有大量的水。雨水系统采用开放式喷头，起火时，自动喷水灭火系统一直在水源保护区，能有效地控制火势，防止火灾，水对火蔓延初期有很大帮助迅速扑灭了大火。

二、消防自动喷水灭火系统常见设计问题

1、设计基本参数选择不准确

自动喷水灭火系统设计中的两项基本参数分别是系统作用面积和喷水强度，基本参数由场所危险性等级决定。但在设计中存在参数选择不准确的情况，比如将公共娱乐场所视为轻危险等级场所，由于危险等级不高，设计标准降低，系统迅速扑救初期火灾的能力不强，导致初期火灾进一步扩大和蔓延。

2、喷头选型不当

喷头的选型、布置会对喷头的动作与布水效果造成直接影响。很多时候，设计人员在选择喷头时未考虑到建筑的结构特点，普遍采用普通型喷头，这样对自动喷水灭火系统的扑救效果影响很大。

3、系统给水量不足

给水量不足的情况主要有：①给水管网供水不足时未按要求设置消防水池；②采用临时高压给水系统时，未设置按10min室内消防用水量计算容量的消防水箱；③在发生火灾时不能保证水源连续补水的情况下，未设置火灾连续时间供水量等，这些都会使系统因缺水和供水中断而影响灭火成功率。

4、水泵设置不当

水泵是自动喷水灭火系统的重要组成部分，只有合理设置水泵，才能保证整个系统的持续、稳定运行。目前，很多系统所设计、选择的水泵在其扬程达到最大值后，流量却无法同时满足要求，或者是流量达到最大值后，其扬程无法同时满足要求。一些设计人员没有严格按照规范要求将稳压泵和供水泵设计为自罐式水泵，只要出现火灾，启泵将延迟启动，甚至不能启动。

5、报警装置与系统检验的问题

报警阀是自动喷水灭火系统中的重要组件之一，主要用于启动系统、接通和切断水源、启动水力警铃开关和压力报警开关。当系统供水接自城市市政给水管道或其他给水管网时，由于管网压力的波动，会造成误喷和误报警，这样除了带来不必要的麻烦和一些额外的损失外，还造成人们对系统的不信任感，妨碍系统的推广应用。此外，系统是否保持准工作状态，应能直观和便于检测。

三、自动喷水灭火系统设计中的要点

1、喷头选型与合理布置

喷头的合理选型和布置关系着自动喷水灭火系统能否正常发挥作用，根据建筑物的不同功能部位应选择不同温度级的喷头。如：一般写字楼、公共用房、地下停车库等宜选用68℃温度级的喷头；厨房等高温场所宜采用93℃温度级的喷头；锅炉房等高温操作场所宜采用102℃温度级喷头。喷头温度级系指喷头实际的间距作了规定限值，有设计者误把此规定值当作布置应采用间距，不管被保护对象及建设平面尺寸和构造要求如何，一律采用3.6m（中危险级）或4.2m（轻危险级）间距布置，结果出现喷头贴梁、贴柱安装，或者在不规则建筑平面上喷头布置凌乱，配管纵横交错、杂乱无章等现象，影响建筑美观及喷头喷洒功能的发挥。例如高层建筑的地下车库由于硬性采用3.6m的间距布置，造成不少喷头无法按要求布置在停车位上方；再如大、中型商场的设计由于商场规模、销售物品种类等时常变化，功能划区时常变动，喷头应该结合建筑物的开间布局一块块布置，今后无论商场如何分隔，喷头的布置都能满足规范要求。

2、水力计算

水力计算将决定水的量和分布系统使用的消防用水，是系统的可靠性，合理，经济的重要设计内容之间的关系。根据一般理解及部分实例分析，水力计算应采用"矩形面积-逐点法"，火灾发生时，一般火源点呈辐射状向四周蔓延，失火区上方的喷头才开启喷水。按照经济流速原则，配水干管和配水支管设计流速一般不宜超过3.5m/s，常用1.8-2.8m/s.这种做法能够较好地满足有关作用面积和喷水强度的规定，且配水管网水头损失较小，消防水泵的扬程较小，喷头出水不均匀性较小，消防贮水量可得到合理使用，是比较安全、经济、合理的。按照最不利点处水压原则，水压一般为0.1MPa，最小不小于0.05MPa.说对于某种类型的自动喷水灭火系统，按现行规范，一般为0.05MPa，地下车库喷头布置危险Ⅱ级，应于停车位上方设置，受结构柱网限制和其它遮挡及其处理的影响，使其喷头一般都得布置较密，宜取0.05MPa，满足现行规范的要求。系统的设计流量，应按最不利点处作面积内喷头同时喷水的总流量确定，水泵扬程或系统入口的供水压力，规定湿式报警阀、水流指示器取值为0.02MPa。减压的方法可以采用设置减压阀、减压孔板、节流管以及缩小有利工作面配水支管的管径等方法增加沿途水头员失达到减压目的。

3、流量检测措施的设置

湿式自动喷水灭火系统在动作灭火时，对系统的流量和压力都有较严格的要求，一般在系统的设计计算时已做考虑。但常让施工调试人员、公安消防部门监督人员和使用单位管理人员感到头痛棘手的是，如何检测系统工作灭火时的实际流量、压力，以及系统投入使用一定时期后如何对系统流量和压力进行检测。在许多湿式自动喷水灭火系统的设计中，由于检测手段仅用于平时系统的维护工作，到灭火时没有太大的作用，而且，因为系统检测流量的次数较少，同时专用流量计还带来了系统阻力、工程造价和平时的维护管理工作量的增大等问题，所以往往不被设计者重视，忽略了安装系统流量检测装置。但事实上，系统在灭火时是否能正常工作，平时的维护检测工作是十分重要的。英国消防局委员会（FOC）在自动喷水灭火系统中所使用的方法是：编制出各种孔径的孔板流量参数，由设计者根据其设计的系统灭火流量选择孔板，并将其安装在报警阀上的系统泄空试验阀门的下端，孔板前后各装一个压力表，检测时，打开系统泄空试验阀门放水，觀察孔板前后二个压力表的读数。据此查表计算出报警阀后系统的流量和压力值，再和设计值对比。

4、管网布置

配水支管及靠近末端的配水管，其管段的沿程损失一般会比较大，管径值差一号，沿程损失值会大大增加。现行“规范”中8.0.7条及表8.0.7，本意是告诉设计人员这是各管径管道所能接的喷头数量的极限值，但这一点条文说明里也未加以明确，给设计人员一种错觉：只要按这个表的管径设置喷头和管道就可以了。在实际工作中，由于设计市场竞争的严峻，设计周期普遍不足的情况下，部分设计人员走“捷径”，直接按表选用管径。笔者曾按该表管径经过计算，结果表明，配水支管、配水管的沿程损失很大，往往到该层立管时，水压已上升到0.4MPa左右。其主要负面影响有三个：一是在一个保护区域内各处喷头处压力差值较大，使得实际喷水量差距较大，喷水强度极不均匀；二是由于末端喷头是按标准流量设计的，前端喷头水量均大于该数值，且差距较大，消防水箱里贮存的一小时自动喷水系统用水量远远保证不了一小时系统出水要求，大约在30～40min钟即使用完，这对系统灭火要求极为不利；三是由于沿程损失过大，系统水泵扬程需要增大，如果没经过详细计算，所选择的水泵可能无法满足系统压力要求，使系统实际喷水量和水压均达不到“规范”要求。故，笔者对“规范”中该条规定持保留态度，设计人员在实际设计工作中还是应该进行水力计算以确定合理的管径值。

此外，应重视系统竖向压力的均衡问题对喷水均匀性的影响。由于水泵提供的压力是不变的，楼层自然高差形成竖向的系统压力差，除顶层外其它各层均存在剩余压力。这种剩余压力造成建筑下部各层的喷头流量过大，不利于喷水均匀性布置原则。可见，竖向压力均衡是自动喷水灭火系统设计中必须解决问题。

解决这一问题可采用减压阀、减压孔板、节流管以及适当缩小下部各层配水支管的管径等办法，以增加沿程及局部损失等方法，达到减少压力、调节平衡的目的。配水管设置减压阀、减压孔板或节流管的方法由于计算简单、图纸工作量小，比较常见。缩小配水支管的管径的方法则更有利于减少管道投资、便于施工，不失为一种经济适用的办法，但需要设计人员进行精心计算，加大设计工作量。

5、过滤器的设置

锈渣及其它杂物除对喷头喷水产生影响外，还可能产生两种后果，一是堵塞湿式自动报警阀座圈环形槽接警铃的管孔，使系统动作时，水不能经环形槽流向水力警铃和压力开关，造成水力警铃无法发出铃声报警，压力开关无法启动发出电信号，进而无法启动自喷泵、无法向消防控制中心报警；二是杂物卡在湿式自动报警阀座圈环形槽内，使阀瓣无法关闭，系统内的水不断经报警环形槽流向水力警铃和压力开关，造成系统误动作。所以，除了在管材、管件方面采取相应措施以减小锈渣对喷头的影响外，还应在下列部位设置过滤器，以保证系统的正常运行。1）在屋顶消防水箱接至自动喷水灭火系统的出水管上设置过滤器，以防止消防水箱内的杂物进入系统。2）在自动喷水灭火系统主泵、稳压泵吸水管上设置过滤器，以防止消防贮水池内的杂物进入系统。

6、安全阀的设置位置

由于一方面自动喷水灭火系统主泵流量大、扬程高；另一方面，根据资料显示，系统开启5个喷头时灭火率达95%以上，可见在大多数情况下，喷头开启数量较少，系统出水量远未达到系统设计最大供水量，从而造成系统压力过大、系统破坏的现象。所以在一般设计时都采用一些防超压的措施。在各类防超压的措施中，设置安全阀是较简单、宜行的一种。但一般安全阀的设置位置则不被设计人员重视，多设在报警阀前的供水总管上，其实这样并不见得妥当。因为报警阀阀瓣具有止回功能，当系统超压时，即使设在报警前的安全阀动作放水泄压，也不能使报警阀后管道泄压。这时如果系统是处于灭火状态，报警阀后管道压力在喷头出水的情况下会逐渐减小；如果系统因为误动作启动主泵造成超压，则有可能因泄压不及时造成破坏。所以，安全阀的设置位置宜在每个报警阀后管道系统设置。

7、屋面消防水箱的设置

屋面消防水箱的作用有两方面：一是利用位差为自动喷水灭火系统提供准工作状态下所需要的水压，使管道内的充水保持一定的压力；二是储备自动喷水灭火系统启动初期用水，在自喷泵出现故障的紧急情况下应急供水，确保喷头开放后立即喷水，控制初期火灾和为外援灭火争取时间。在轻危险级和中危险级场所，自动喷水灭火系统利用屋顶消防水箱的水量，一般情况下能有效扑灭或控制初期火灾。

关于商住楼屋面消防水箱的储水量，《自动喷水灭火系统设计规范》（GB50084-2001）第10.3.1条规定，储水量应符合现行有关国家标准的规定。也就是说，当消火栓系统和自动喷水灭火系统合用屋面消防水箱时，只要按照《高层民用建筑设计防火规范》的相关规定确定屋面消防水箱的容积即可，不必另外增加自喷系统的初期用水量。

8、水锤等冲击现象的消除

水锤等冲击现象对管道将产生作用力，造成管道晃动，经常作用的结果往往可能造成系统损坏。消除这种影响可采用以下做法：

1）在报警阀后到立管之间的管道上适当设置可曲挠橡胶接头或耐压金属软管，以减少水锤等冲击振动的传播；

2）按《建筑给水排水设计手册》和国标图集“自动喷水与水喷雾灭火设施安装”（04S206）、“室内管道支架及吊架”（03S402）中要求的部位和方式设置防晃动支架；

3）对于泵房主泵出水管等受水冲击较大的部位，可适当设置专用固定支架。并在二个固定支架间的直管段上设置可曲挠像胶接头或耐压金属软管。做法可参照国标图集“室内热力管道支架图”（R402）；

4）主泵出水总管上可设置缓闭式止回阀。如果建筑很高，还可以考虑采用水锤消除器等设施来缓解水锤等冲击现象的影响。

结语

总之，随着我国新的《建筑防护设计规范》的实施，消防自动喷水灭火系统得到了更加广泛的运用，在减少火灾危害、保護人们生命财产安全、维护社会和谐稳定等方面有着重要意义。因此，作为技术设计人员，要充分了解目前消防自动喷水灭火系统的缺陷，不断改进设计思路，确保真正发挥消防自动喷水灭火系统的作用。

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