高架仓库自动灭火系统设计研究

上海市奉贤区消防救援支队 顾 伟

高架仓库是指货架高度超过7m且机械化操作或自动化控制的货架仓库。高架仓库储存货物在数量、品种方面都比一般的仓库多，集中了企业的大量财力物力，因而有效地防火设计是生产安全、企业发展的重要保障。高架仓库自身的建筑特点和使用功能的要求，使其防火设计与一般的仓库有所区别，在防火分区划分、火灾探测报警以及自动灭火设施的设计上存在着一定问题，需要进行探究和解决。

1 高架仓库的火灾危险性

1.1 储存货物种类多，数量大，火灾荷载大

高架仓库的储存能力大，货物堆放整齐有序，空间利用率高，因而火灾荷载和火灾荷载密度相对一般仓库大。一旦发生火灾，释放出大量的燃烧热。

1.2 电气设备繁多，易发生电气火灾

高架仓库对物资的调集采用机械化、自动化操作，电气设备和线路繁多。电气设备和线路的管理不善易造成电气火灾。另外，雷击火灾也是高架仓库火灾的一种重要原因。

1.3 具有大空间建筑的火灾危险特性，易形成立体火灾

高架仓库空间高度和跨度大，具有大空间的火灾特性，对火灾的探测报警和自动灭火系统的设置造成困难。并且由于热压效应，易在上部空间形成厚厚的烟气层，因而火灾危险性更高。上部货物在热烟气的作用下着火，容易形成立体火灾。

2 高架仓库防火设计的规范要求

我国高架仓库防火设计的依据的现行规范主要有：《建筑设计防火规范》GB50016-2014、《自动喷水灭火系统设计规范》GB50084-2001等。

2.1 《建筑防火设计规范》的要求

《建筑设计防火规范》（以下简称“《建规》”）中将仓库根据储存物品的性质和储存物品中的可燃物数量等因素，分为甲、乙、丙、丁、戊类。根据这五种分类划分了不同的耐火等级，并且结合单层仓库、多层仓库、高层仓库以及地下、半地下仓库的分类，对防火分区的划分进行了要求。另外，对甲、乙、丙、丁、戊类仓库的防火间距、安全疏散等都作了详细规定。

《建规》并没直接对于高架仓库进行规定，因而对高架仓库进行建筑防火设计时，依然按照储存物品的性质划分为危险性，并根据仓库的高度和体量进行防火分区、防火间距和安全疏散等方面的设计。

2.2 《自动喷水灭火系统设计规范》的要求

《自动喷水灭火系统设计规范》（以下简称“《自规》”）中，对于仓库建筑的火灾危险等级按照储存物品性质分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级。对仓库危险级Ⅰ、Ⅱ级的单、双、多排货架储物仓库按其储物高度对喷水强度、作用面积和持续喷水时间作了规定，对货架Ⅲ级仓库按室内最大净空高度、货架类型、储物高度、货顶上方净空高度等内容对顶板下喷头喷水强度、货架内置喷头设计参数进行了要求。

根据《自规》4.2.6规定：符合规范5.0.6条规定条件的仓库，当设置自动喷水灭火系统时，宜采用早期抑制快速响应喷头，并宜采用湿式系统。5.0.6条对采用早期抑制快速响应喷头的系统设计基本参数进行了规定。5.0.7条要求货架储物仓库的最大净空高度或最大储物高度超过规范给出表中规定的，应设置货架内置喷头，并对喷头设计参数作出规定。

《自规》对于仓库建筑的要求是基于仓库的储存物品类型、仓库高度、货架类型等因素对系统选型、设计参数进行规定，虽然并没有直接明确对高架仓库的设计的要求，但是根据以上因素的规定范围，可将某一高架仓库进行归类，依照规范要求进行设计。

3 高架仓库自动喷水灭火系统设计

高架仓库体量庞大，通道相对狭窄，无法满足两股充实水柱同时到达防火分区内任何部位。另外，货物储存区一般无人员进入，发生火灾时，烟气蔓延情况严重，工作人员和消防人员无法进入内部使用室内消火栓进行灭火。高架仓库的室内消火栓一般设置在出、入库处或输送外围设备控制处，起到冷却保护的作用。自动喷水灭火系统成为主要的控火手段。

3.1 自动喷水灭火系统流量的确定

目前，高架仓库自动喷水灭火系统在设计流量是按照《自规》第9.1.5条规定：按顶板下喷头与货架内喷头设计流量之和确定该系统的设计流量。货架内喷头用水量，应按货架内同时开放4只喷头所用水量来确定。系统压力，按保证最不利点处的顶板喷头工作压力(不低于0.34MPa)确定。

3.2 喷头的选择

目前高架仓库所用喷头主要有标准喷头、大水滴喷头和快速响应早期抑制喷头。

ESFR喷头是灭火型喷头，具有高热敏性能RTI≤28±8(m·s)0.5，能在火灾早期快速响应，具有高冲击力。并且，ESFR喷头溅水盘能够将水流切割成有一定比例的大水滴和小水滴，并按一定的布水特性喷洒。使用ESFR喷头应严格按照GB50084设计基本参数进行系统设计，不允许以提高工作压力或增大喷头开放数来提高储物的危险等级。此外，还需正确处理喷头与障碍物的关系。ESFR系统的极限开放数为12只，如果一只不能作用，影响很大。一方面推迟喷头启动时间，另一方面阻挡水滴洒向可燃物。需要注意的是，ESFR喷头不能用于坡度超过16.8%的顶板下，也不能用于有实层隔板的货架仓库，以及有可燃物的顶面敞开的纸箱、集装箱的货架仓库。

大水滴喷头指喷出的水滴平均直径达3mm的喷头。大水滴喷头采用的双重导水板溅水盘，可以获得较多比例的、平均粒径达3mm的水滴，由于有足够的质量和较低的比表面积，提高了谁的下落速度，降低了水滴与火羽的传热面积，使水滴在下落过程中被汽化或卷走的损失大为降低。大水滴喷头只可以在规定条件下用于仓储建筑的保护，仍然属于控制型喷头中的一种，不能与ESFR喷头等同。大水滴喷头的系统设计方法不采用“作用面积——喷水强度”法，而是根据单独的设计数据选用或采用NFPA其他相关标准确定的开放区域内喷头动作数量级与保护对象相关的最小工作压力进行。大水滴喷头一般用于以托盘或实体堆垛存放纸箱包装或暴露非膨胀塑料时，堆垛高度≤6.1m，净空高度≤9.1m。可作为货架内喷头使用。

3.3 货架内喷头的设置

仓库中货架内喷头应选用普通温级的标准响应喷头或快速响应喷头，应为直立型或下垂型，喷头流量系数应为80或115。《自规》中第5.0.7条规定：“货架内宜在自地面起每4m高度处布置一排喷头。当喷头流量系统K=80时，工作压力不应小于0.20MPa；当K=115时，工作压力不应小于0.10MPa。喷头间距不应大于3m，也不宜小于2m。货架内置喷头上方的层间隔板应为实层板。”

在垂直布置距离上，应考虑喷头溅水盘与被保护货箱的距离和喷头保护设置的最大垂直距离两种。我国规范中要求，距堆垛至少大于0.45m，这样才能确保适当的喷水分布从喷头喷射至货物的顶部、热气流空间和走廊表面。而货架内分层布置的喷头，布置的喷头垂直高度不应大于4m。在水平布置间距上，包括每层分格内布置的喷头，喷头仍按所确定的危险等级来确定其间距。一般喷头间距为3.0m。特殊的大水滴头间距不应大于3.7m且不应小于2.4m。早期灭火快速响应喷头ESFR在建筑高度9.1m

4 高架仓库中自动喷水灭火系统的其他替代方法

大空间智能型主动喷水灭火装置可以满足大空间建筑的防火设计要求，广东省率先编写出了《大空间智能型主动喷水灭火系统设计规范》。该灭火装置的研制为解决超高建筑（h>12m）的设计提供了新的设计理念和方法。大空间智能灭火装置，适宜于生产储存A类物品、最大净空高度为6～25m的仓库、厂房等场所。该装置对所保护的区域始终处于全方位的监控状态，将红外传感技术、计算机信号处理和通信技术有机的结合起来，完成从探测判断火灾，到启动装置射水灭火、停止喷水等全过程的控制。在发现火灾、扑灭早期火灾方面，比普通的湿式自动喷水灭火系统具有不可比拟的优越性。

除采用自动喷水灭火系统外，将其他灭火系统的优越性引入高架仓库的防火措施也成为一种新的思路。Aon消防工程公司将二氧化碳灭火系统与ESFR系统相结合，将高架仓库分区分别设置，有效利用二氧化碳灭火系统的窒息作用和ESFR喷头的快速响应早期抑制功能；FPI联盟和Hughes协会提出运用高倍数泡沫灭火系统运用于高架仓库，充分发挥高倍数泡沫灭火速度快、水渍损失小的优势；RJA公司提出利用轴流风机引导水喷雾保护整个货架空间的方法，将水喷雾和气流优化配合，达到高效控火的目的。

5 总结与展望

我国的现行规范对于高架仓库的防火设计没有特别针对性的要求，目前，高架仓库的防火设计还是按照普通仓库的设计思路进行归类设计。高架仓库这类危险性高的场所在采用湿式系统的基础上，通过运用ESFR喷头进行保护。新型方法技术如二氧化碳灭火系统、高倍数泡沫灭火系统、水喷雾灭火系统等，还需要进一步实验论证，对具体参数设计进行规范。此外，性能化设计的思路也解决高架仓库防火难题的重要方法。