高层公共建筑喷淋系统设计探讨

宋超 杨曦

[摘要]高层公共建筑中的喷淋系统是扑灭建筑内初期火灾的重要措施。本文首先概要介绍了高层建筑中消防系统的组成及动作原理，然后分析了作者主持设计的一项山东省鲁西南地区菜县城的地标性高层公共建筑喷淋系统中出现的主要问题及解决方案，并对消防设计优化进行了探讨。

[关键词]高层建筑；公共；喷淋系统；设计

文章编号：2095 - 4085（ 2018） 03 - 0024 - 02

随着我国建筑事业的不断发展，各地的高层建筑层出不穷。限制于国内消防车及消防水龙的喷射高度，我国高层建筑的消防设计一直坚持“预防为主，防消结合”的工作方针。喷淋系统作为一种扑灭建筑内初期火灾的重要措施，长期以来由于影响建筑吊顶美观以及业主的侥幸心理，一直得不到应有的重视。事实上，根据历史上各国的火灾扑救案例记载，发达国家的自动喷水灭火系统（以下简称为自喷系统）的火灾灭控率均在95%以上，自喷系统是一种历史悠久且极为有效的初期火灾控制系统。1723年，英国诞生了世界上第一个自喷系统，该系统由水、枪药和易融元件组成，但是具体原理目前已无从考证。发展到1881年，美国出现了第一只现代洒水喷头，由此拉开了自喷系统保护人类各种建筑物的序幕。截至目前，自喷系统是世界上公认的最为有效的自救灭火措施，是应用最广泛、用量最大的自动喷水灭火系统。

1 自动喷淋系统的分类及原理

自喷系统依照采用的喷头分为两类，采用闭式洒水喷头的为闭式系统；采用开式洒水喷头的为开式系统。其中闭式系统又分为湿式、干式、预作用及重复启闭预作用系统等，其中应用最广泛的是湿式系统。在已安装的自动喷水灭火系统中，有70%以上为湿式系统。本文主要探讨湿式系统。湿式系统由湿式报警阀组、闭式喷头、水流指示器、控制阀门、末端试水装置、管道和供水设施等组成。系统的管道内充满有压水，一旦发生火灾，喷头内的易融合金融化，喷头爆开，动作后立即喷水。同时水流指示器内的水流动输出电信号，指示火灾区域，引导大楼内的消防人员迅速赶往出事地点扑救。在环境温度不低于4℃不高于70℃的建筑物和场所（不能用水扑救的建筑物和场所除外）都可以采用湿式系统。

2 自动喷淋系统在工程设计中的实际应用

2.1 工程概况

作者主持设计的一项山东省鲁西南地区某县城的地标性高层公共建筑，总建筑面积72817m2，地上面积为65397m2，地下建筑面积为7420m2；建筑占地面积为3980. OOm2。主楼为二十七层，地下一层为汽车库，建筑层高为5.4m，一至三层为商业，一二层层高为5. Im，三层层高为5.Im，四层至二十七层为办公及酒店式公寓，四层建筑层高为3. 6m，五至二十七层层高为3.5m，室内外高差为0.45m，建筑高度为99.350m。建筑内部主要功能为商业、酒店式公寓、办公。由于本建筑地下空间充足，经与业主沟通，可将消防水泵房设置于车库内，方便进出设备及检修。根据国家标准《自动喷水灭火系统设计規范》（ GB50084 - 2001）（以下简称《喷规》），本建筑为综合类建筑，根据各区域使用性质不同分为两个不同的喷淋危险等级区域，1-3层商业部分和地下车库按中危险II级设计，4- 27层部分按中危险I级设计。

2.2 喷头布置计算

（1）作用面积。根据《喷规》要求，商业部分和地下车库的设计喷水强度不应低于8U（ min.m12），保护面积不应低于160rr12，系统最不利点处喷头工作压力不应小于0.05 MPa。当D=8L/（ nun.m2）时，单个喷头的最大保护面积为11.5 m2。最不利点喷头采用0. lMPa时出流量：q（min） =K（10P）1/2= 80×（10×0.05） 1/2= 56. 57 Umin，则喷头保护面积为A=g（ min）/D= 56. 57/8=7.07m2。每个喷头的实际保护面积为As=2.85×3.00=8.55m2，满足11.5～7.07的区间要求。根据下图所示本工程实际情况，选取计算面积内的喷头数量为19个，则最不利作用面积内喷头的最大作用面积为19×8. 55= 162. 45m2，大于160 m2保护面积，满足设计要求。同理可计算得到4～27层部分中危险I级区域的作用面积。

（2）校核最不利点处喷头的流量qi和P1。qi= As×D=8.55×8=68. 4L/min，Pi=（68. 4/80） 2/10=0.073 MPa，大于0.05 MPa，满足设计要求。同理可校核得到4—27层部分中危险I级区域的最不利点处喷头的流量q1和P1均满足要求。

（3）平均喷水强度。作用面积内平均喷水强度：q= 80×19/160=9.SL/（ min.m），大于规范要求的8L/（ min.m），符合要求。

（4）其他。在设计过程中，应充分考虑房间的不规则属性，在确保满足规范推荐的最大间距内尽可能优化布置，以免因喷头数量过多或布置散乱导致影响后期装修时的房间效果。

2.3 屋顶消防水箱及定压措施

在屋面水箱间内设置l8m3消防水箱（工程竣工于2014年初，《消防给水及消火栓系统技术规范》尚未实施），由于鲁西南地处寒冷地区，为防止水箱冻结，水箱及管道均设置辅助自限温电伴热带保温，经建筑物使用两年后与业主沟通，自限温电伴热带保温效果良好，但由于本地区冬季低于4℃实际时间并不长，故利用率较低。水箱间内设加压设备以同时满足消火栓系统和喷淋系统的定压要求。

2.4 消防水泵房

消防泵型号选择。（1）设计流量。由于本工程同时存在中危险I级区域和中危险Ⅱ级区域，应根据系统用水量大的区域选择流量，以中危险Ⅱ级区域计算：每个喷头设计流量Q= KPl/2= 80L/min=1. 33L/s，为保守起见，此处取喷头平均综合压力P以0.lMPa计。设计秒流量Q=19×1.33=25.27 L/s，理论秒流量Qi=160×8/60= 21.33L/s。设计秒流量小于理论秒流量，符合要求。由于市面厂家量产消防泵以SUs为一个量级，故本工程喷淋系统设计秒流量定为30L/s。（2）设计扬程。Hb=H+ Hz+三∑h+ Hk。其中H-最不利点喷头工作压力，此处取0.lMPa。Hz -最不利点处喷头与消防水池的最低水位，99. 35 -1 -（-6.9）=105. 25m=1.0525MPa。∑h -取最高层的最不利喷头为计算路径，经过天正给排水软件系统计算结果（天正给排水2014单机版），计算结果：所选作用面积160.2m2；总流量：24. 48 Us；平均喷水强度：10.55 I/min.m2。人口压力33. 53m水柱，消防水泵房至27楼喷淋主干管道总水头损失0. 82MPa，取∑h=0.35MPa。Hk -报警阀压力损失；湿式报警阀组压力损失值取0.04MPa，水流指示器的压力损失值取0.02MPa。水泵扬程=0.1+1.0525+0.35+0.04+0.02=1.5625MPa，取1.6MPa。（3）水泵选型。本工程采用两台XBD16.5/30 -100L型消防专用供水泵提供喷淋系统所需的水量，一用一备。低区喷淋系统采用减压孔板减至工作压力供水。（4）其他。根据作者收集的各工程反馈情况，在水泵房空间足够的情况下，消防泵应选择性能曲线平滑的卧式消防泵。本工程竣工于《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974 - 2014实施之前，根据现行《消防给水及消火栓系统技术规范》的规定：卧式消防水泵，消防水池满足自灌式启泵的最低水位应高于泵壳顶部的放气孔。对于立式消防水泵，消防水池应满足自灌式启泵的最低水位应高于水泵出水管中心线。在相同的工程条件中，由于卧式消防泵的放气孔一般都低于立式消防水泵的出水管中心线，故采用卧式消防泵可使消防水池最低有效水位降低，提高消防水池库容利用率，方便水泵检修等优点。

3 结语

自动喷淋灭火系统作为一个有效的火灾控制利器，应得到业主及设计人员的足够重视。我国近年来各种高层及异型建筑层出不穷，内部结构复杂，如何在满足规范的前提下，使用数量较少的喷头，达到保护效果，这对给排水专业设计人员的喷头优化布置提出了更高的要求。除此之外，消防水池及水泵房位置的选择等，均应根据工程实际情况做出最优选择，尽量利用建筑死角空间及异型空间，少占用车位等优质空间。设计者应不断探索，认真总结分析，寻找出一个安全可靠，经济合理的方案，做到美观与经济相结合，有利于促进国家的消防工程的良性发展。

参考文献：

[1]姜利，吴卫平，浅谈闭式自动喷水灭火系统的应用[J].科技信息，2013，（ 06）：501 - 502.[ 2017 - 09 - 22].

[2]中国建筑设计研究院主编，建筑给水排水设计手册.第二版.北京：中国建筑工业出版社出版，2012.

[3] GB50084 - 2001（2005年版），自动喷水灭火系统设计规范[S].

[4] GB50974 - 2014，消防给水及消火栓系统技术规范[S].