消防自動噴水滅火系統的探討

□李容

在眾多的滅火劑中，水是最廉價的，而且以水為滅火劑的消防設備使用方便，滅火效果好，器材簡單。因此建筑消防給水系統一直是國內外建筑消防滅火的主要設施。建筑消防給水系統主要有消火栓滅火系統和自動噴水滅火系統兩類。兩者相比，消火栓滅火系統設備簡單、投資省，是目前國內主要的消防給水設施，其缺點是普通民眾無法使用，延誤了滅火時間。隨著改革開放的深入和我國國力的增強，自動噴水滅火系統已廣泛應用于工程建設中，可將火災損失減少到最低限度。

一、自動噴水滅火系統的發展及應用

（一）自動噴水滅火系統的發展應用歷史

19世紀50年代，西方就有人在火災危險和人員不易到的地方，采用穿孔管滅火，每根穿孔管設一個閥門，將閥門設置在容易操作的專門房間內，以便控制各穿孔管噴水滅火。這可看作自動噴水滅火系統的雛形。經過一百多年的發展，自動噴水滅火系統的技術已達到很高的水平，在噴頭、閥門、系統監督、管網設計等方面進行的大量研制工作，使產品達到標準化、系列化、多樣化，產品質量越來越好，安全性大大提高。

自動噴水滅火系統因其較高的滅火成功率在保護人身和財產安全方面得到廣泛應用，并取得明顯的社會效益和經濟效益。我國從20世紀30年代起，在上海等城市的少數建筑中，已應用從國外引進的自動噴水滅火系統。從20世紀50年代起至今，已有幾十年的設計、安裝、調試、管理等方面經驗，目前在設計技術、配套產品國產化、控制技術自動化、程序化等方面都積累了相當豐富的經驗。

我國的 《建筑設計防火規范》和 《高層民用建筑設計防火規范》明確了自動噴水滅火系統的設置場所和部位，特別重視了在高層建筑、火災危險性較大的工業廠房等建筑物的應用。2002年4月頒布的 《建筑設計防火規范》等四項國家標準局部修訂條文，特別強調了在地下建筑和歌舞、娛樂、放映、游藝等公共活動場所設置自動噴水滅火系統。2006年7月12日進一步規定了在地下、半地下或地上四層及四層以上或在建筑首層、二層和三層且任意一層建筑面積大于300 m2的地上歌舞娛樂放映場所應設置自動噴水滅火系統。我國已有多起由自動噴水滅火系統有效阻止火災蔓延的案例。如沈陽市中興百貨商場、遼陽新世紀酒店等處，都是自動先開啟閉式噴頭來撲滅火災的。系統的給水方式明確了穩高壓給水系統，并采取了保證給水可靠的相關措施。對于自動噴水滅火系統消防泵的啟動控制，除了由單一的壓力開關控制外，還有兩組壓力開關控制方式。在每個報警閥組的給水最不利點，均設末端試水裝置，以利于系統的檢測，加強了系統平時的維護管理。

（二）自動噴水滅火系統技術的發展

1.自動噴水滅火系統技術在水滅火系統中地位的加強。自動噴水滅火系統技術的優越性，決定了它在水滅火系統中的地位。消火栓給水系統雖然在造價上相對較低，但它需要消防專業人員使用，且在撲滅火災的速度和滅火的效果上不如自動噴水滅火系統好。

1999年全國共發生火災179 955起，死2 744人，傷4 572人，直接財產損失14.3億元。其中，特大火災85起，與上年相比上升9%。主要表現在商場、賓館飯店、公共娛樂場所、易燃易爆物品生產、經營單位的火災較突出。而城市公共消防設施和消防裝備建設嚴重滯后是造成特大火災的主要原因。因此，建議我國的水滅火系統逐步向以自救為主的自動噴水滅火系統過渡，輔以簡化的消火栓給水系統或消防軟管卷盤。強化、完善自動噴水滅火系統的設計，擴大其應用范圍。

2.拓展自動噴水滅火系統在消防領域中的研究。自動噴水滅火系統技術應配合以性能為基礎的消防設計的研究，探討自動噴水滅火系統與人員安全疏散 （控火）和財產保護 （滅火）的關系，加強計算機對火災模型、自動噴水滅火過程的模擬和計算，以作為火災安全學的技術依據，進行有效的性能設計。系統技術的研究還涉及到它對火災煙氣蔓延的削減和控制。從定性分析轉化為定量分析。此外，綜合分析自動噴水滅火系統與其他消防措施之間的關系。如防火分區、防火分隔的處理，從宏觀上優化、協調建筑物內的消防配置。

明確自動噴水滅火系統在消防中的作用，將從純粹的被動消防轉化為被動消防與主動消防的結合。特別是在無人值班的場所，設置自動噴水滅火系統比設置火災自動報警系統更有效。現行修改的規范正在擴大自動噴水滅火系統的設置，正是說明了這一點。

研究自動噴水滅火系統的機理，拓展它在水滅火系統中的其它功能，進一步發揮自動噴水滅火系統技術的作用。高壓細水霧滅火系統就是其中的一例。

高壓細水霧滅火系統是一種平均水滴直徑一般為40 μm～200 μm的超細水霧作用的高壓滅火系統，其作用原理主要是冷卻和稀釋作用。細水霧表面積大，能有效地吸收火災中的熱量；高密度的細水霧懸浮在空中，能降低火災現場氧的濃度。高壓細水霧是噴淋和氣體滅火劑的有效替代。其優點主要表現在：高動能、小水滴的優越性能，即用水量小、減少水漬損失；滅火過程中對人員、設備、財產和環境無危害；具有防止復燃的高冷卻性能；同時還具有獨特的煙霧削減功能，有利于人員的安全疏散。它是自動噴水滅火系統技術發展出的有效的系統方式之一。

3.完善系統自身的可靠性。自動噴水滅火系統存在的問題將在發展中得到完善。同時，系統按需加強自身的可靠性。一方面表現在，通過噴水滅火機理的研究，針對不同火災場所的火災負荷、發展、蔓延過程，決定采用不同類型的噴水滅火方式。如大空間采用大水滴噴頭系統，通訊機房和柴油發電機房采用高壓細水霧系統，住宅設置專用的噴淋系統。系統向專業化方向發展。另一方面表現在，系統給水可靠性的增加。如系統的配水干管在報警閥組前成環狀管網布置，在水流指示器后的給水管道采用環狀、網狀布置，以加強系統給水的可靠度，體現自動噴水滅火系統在水滅火系統中的主導地位。

4.發揮保險業在自動噴水滅火系統技術中的作用。保險業介入消防領域是市場經濟下的消防監督社會化。這有利于發揮保險公司對消防安全和經濟發展的杠桿作用。在國外，安裝了自動噴水滅火系統的建筑物可以在保險費方面取得一定的折扣。如美國，每100美元資產平均保險費為0.3美元，在設置自動噴水滅火系統等技術措施后，可降為0.03美元。保險費的降低，可在一段時間后抵消自動噴水滅火系統安裝的支出。保險業在自動噴水滅火系統中的作用還在于促進系統技術的研究、加強系統技術的應用、強化自動噴水滅火系統的檢測與日常維護，深人系統的經濟性研究，以降低消防風險，達到降低保險公司的理賠風險的目的。引入保險業參與消防，可形成政府、業主和保險互相促進、互惠互利、相互制約的新型消防發展模式。

二、自動噴水滅火系統的分類、原理及結構

（一）噴水滅火系統分類

自動噴水滅火系統，按噴頭的開閉形式，分為閉式自動噴水滅火系統和開式自動噴水滅火系統兩大類。前者包括濕式、干式、干濕式、預作用系統、重復啟閉預作用系統等，后者包括雨淋噴水滅火系統、水幕系統、水噴霧滅火系統、細水霧滅火技術等。目前我國普遍使用濕式系統、干式系統、預作用系統以及雨淋系統和水幕系統。

1.閉式自動噴水滅火系統。

（1）濕式自動噴水滅火系統。該滅火系統由閉式灑水噴頭、水流指示器、濕式報警閥組以及管道和供水設施等組成，其管道內始終充滿水并保持一定的壓力，是世界上使用時間最長、應用最廣泛、控火滅火率最高的一種閉式自動噴水滅火系統。與其他自動噴水滅火系統相比較，結構相對簡單，處于警戒狀態時，由消防水箱或穩壓泵、氣壓給水設備等穩壓設施維持管道內充水的壓力。發生火災時，由閉式噴頭探測火災，水流指示器報告起火區域，報警閥組或穩壓泵的壓力開關輸出啟動供水泵信號，完成系統的啟動。系統啟動后，由供水泵向開放的噴頭供水，開放的噴頭將供水按不低于設計規定的噴水強度均勻噴灑，實施滅火。由于經常低于4℃的場所有使管內充水冰凍的危險，而高于70℃的場所管內充水汽化的加劇有破壞管道的危險，所以濕式系統適合在溫度不低于4℃，不高于70℃的環境中使用 （不能用水撲救的場所除外）。

（2）干式、干濕式自動噴水滅火系統。干式滅火系統是除濕式系統以外使用歷史最長的一種閉式自動噴水滅火系統，干濕式自動噴水滅火系統是在干式系統的基礎上，為了克服干式系統控火滅火率較低的缺點而產生的。在冬季，系統管網中充以有壓氣體，系統為干式系統。在溫暖季節，管網中充以壓力水，系統為濕式系統。為便于在濕式系統改為干式系統時放空管道積水，干濕式系統應采用直立型噴頭或干式下垂型噴頭。管道也應以一定坡度敷設，并應采取可能的放空管道積水的措施。

（3）預作用自動噴水滅火系統。該滅火系統克服了干式噴水滅火系統控火滅火率低、濕式系統易產生水漬損失的缺陷，可以代替干式系統提高滅火速度，也可代替濕式系統用于管道和噴頭易于損壞而產生漏水、以致造成嚴重水漬的場所，還可用于對自動噴水滅火系統安全要求較高的建筑物中。

（4）重復啟閉預作用系統。該滅火系統的特征可以概括為如下幾點：①當非火災時噴頭意外破裂，系統不會噴水。②發生火災時專用探測器可以控制系統排氣充水，必要時噴頭破裂及時滅火。③當火災撲滅環境溫度下降后專用探測器可以自動控制系統關閉，停止噴水，以減少火災損失。④當火災死灰復燃時，系統可以再次啟動滅火。其適用場所為必須在滅火后及時停止噴水的場所。

（5）自動噴水—泡沫聯用滅火系統。該滅火系統中配置可供給泡沫混合液的設備組成，既可噴水又可噴泡沫的固定滅火系統。

2.開式自動噴水滅火系統。

（1）雨淋系統。該滅火系統所使用的噴頭為開式噴頭，火災發生時，系統保護區上方的所有噴頭一起噴水滅火，形似下雨降水。雨淋系統通常由三部分組成：①火災探測傳動控制系統；②自動控制雨淋報警閥系統；③具有開式噴頭的自動噴水滅火系統。由于采用火災探測傳動裝置來控制系統的開啟，從火災發生到火災探測裝置動作開啟雨淋系統滅火的時間比閉式系統噴頭開啟的時間短。如果采用充水式雨淋系統，其反應速度更快，更有利于快速出水滅火。雨淋系統滅火控制面積大，用水量大。由于開式噴頭向系統保護區域上同時噴水，能有效地控制住火災，防止火災蔓延。

（2）水幕系統。該滅火系統由水幕噴頭、管網、雨淋閥 (或者手動快開閥)、供水設備和探測報警裝置等組成。水幕系統不能直接用來撲滅火災，只用作防火隔斷或進行局部降溫。在高層建筑中一般用于保護門、窗或其他孔洞等。

（3）水噴霧滅火系統。該滅火系統在組成上與雨淋系統相似，所不同的是該系統使用的是一種噴霧噴頭，這種噴頭有螺旋狀葉片，當有一定壓力的水通過噴頭時，葉片旋轉，在離心力作用下，同時產生機械撞擊作用和機械強化作用，使水形成霧狀噴向被保護部位。

此外，在自動噴水滅火系統中還運用到細水霧滅火技術，是利用水霧噴頭在一定水壓下將水流分解成細小水霧滴進行滅火或防護冷卻的一種固定式滅火技術，該技術是在自動噴水滅火技術的基礎上發展起來的，具有無環境污染 (不會損耗臭氧層或產生溫室效應)、滅火迅速、耗水量低、對防護對象破壞性小的特點，在噴水滅火系統中占有重要的地位，已被看作是鹵代烷系列滅火劑的主要替代品。

（二）自動噴水控制原理

在報警閥的上下管道內經常充滿壓力水，在火災發生時，由于火場環境溫度的升高，閉式噴頭玻璃球內液體膨脹，玻璃球炸裂，噴頭打開噴水，即開始滅火 （見圖1）。管網中的水由靜止變為流動，水流指示器被流動的水感應后動作把水流信號轉變為開關量報警信號，送入控制器，在報警控制器上指示某一區域已在噴水。噴頭持續噴水造成報警閥上部水壓低于下部水壓，這種壓力差達到一定值時，原來處于關閉狀態的閥片自動開啟，壓力水通過報警閥流向噴水系統的干管和配水管，同時通過專用細管進入延時器，經延時確認，進入水力警鈴和壓力開關，發出聲音報警信號，同時壓力開關動作，將壓力下降的信號變為開關量報警信號，送入報警控制器。每個樓層有一個水流指示器，每個水流指示器有一個輸入模塊，當輸入模塊接收到水流指示器的動作信號后，通過總線信號輸送到報警控制器；壓力開關的動作信號也通過輸入模塊輸送到報警控制器。兩路信號通過主機邏輯編程，指令相應輸出模塊啟動噴淋泵加壓，使管網持續保持一定的壓力，啟泵電信號通過輸入模塊回饋到報警控制器并有顯示。

圖1 自動噴水滅火系統的工作原理流程圖

（三）系統主要組件及作用

由聯動型火災報警控制器、手動緊急啟停控制盤、水流指示器、壓力開關、報警閥、延時器、噴頭、管路、供水設施等組成。

1.聯動型火災報警控制器。聯動型火災報警控制器是一種能為探測器供電、接收、顯示和傳遞火災報警信號，并能對自動消防裝置發出控制信號的裝置。本文所述系統選用陸和公司的LH-160控制器，它是由地址編碼兩總線火災探測報警與智能消防聯動控制系統構成的控制器，包括主控板、驅動板、通信板和多功能板。采用多CPU工作，最大限度地保障了控制器的穩定運行，并加快了控制器的處理速度。設置在一層警衛室。

2.手動緊急啟停控制盤。用于手動控制重要聯動設備的啟動或停止。當火災事故發生后，根據實際需要，手動操作控制盤上的按鈕，將現場的噴淋泵、消防泵啟動或停止，并能顯示其啟動以及停止狀態。設置在一層警衛室，緊靠報警控制器。

3.噴頭。自動噴水滅火系統的噴頭擔負著探測火災、啟動系統和噴水滅火的任務，是系統的關鍵組件之一。根據結構和用途的不同有多種形式，常用的為玻璃球灑水噴頭，由噴水口、玻璃球、框架、濺水盤、密封墊組成。

玻璃球是一個內裝定量紅色膨脹液體的熱敏感組件，也稱噴頭釋放機構，球內有一個小的氣泡，正常狀態下玻璃球頂住噴頭的密封墊，當發生火災時，球內的液體受熱膨脹、壓力升高，當壓力達到規定值時，玻璃球爆裂，密封墊失去支撐，壓力水噴出滅火。

4.報警閥。報警閥也是自動噴水滅火系統中的重要組件，平時始終處于關閉狀態，只有火災時才打開。主要作用是接通和切斷水源、啟動系統、啟動水力警鈴和壓力開關報警。該裝置設置在展示廳地下室的消防泵房。

5.噴淋水泵及水泵接合器。噴淋水泵是自動噴水滅火系統主要的供水設備，由主泵和備用泵兩組組成，采用的是自灌式離心泵，以滿足自動啟動的要求。消防水泵接合器是自動噴水滅火系統的臨時供水設備，共兩個，每個水泵接合器的流量為10 L／s～15 L／s，設置在展示廳方便消防車連接的位置。

6.報警控制裝置。報警控制裝置在自動噴水滅火系統中擔負著探測火情、發出警報、啟動系統和對系統工作狀態監控的作用，主要由水流指示器、壓力開關、水力警鈴、延時器和火警按鈕組成。其中水流指示器安裝在展示廳每層的配水干管上，共3個。壓力開關、水力警鈴、延時器均在地下室的消防泵房。火警按鈕安裝在每層東西兩側樓梯旁、一層大廳顯著位置及地下室。

（1）水流指示器。水流指示器是一種可將水流動的信號轉換為電信號的裝置。其作用是當發生火災噴頭開啟噴水或者管道發生泄漏故障時，水流就會流過裝有水流指示器的管道，水流指示器即將水流信號轉換為電信號送至報警控制器，顯示噴頭噴水的區域，起輔助電動報警的作用。

（2）壓力開關。壓力開關是自動噴水滅火系統中重要的水壓傳感繼電器，與水力警鈴統稱為水力報警器。壓力開關安裝在延時器的上部。當系統開啟噴水滅火時，在5 s～90 s內，管網內水壓下降到一定值時，壓力開關動作可將管內水壓的變化轉化為電信號，并配合水流指示器一起實現對噴淋水泵的自動控制。

（3）水力警鈴。水力警鈴是利用水流的沖擊力發出聲響的報警裝置，安裝在延時器之后。當管網內的水不斷流動，延時器充滿水后，水流就會向水力警鈴和壓力開關流動，這時在水流的沖擊下，水力警鈴就發出報警。

（4）延時器。延時器的作用是防止誤報警。當報警閥因壓力波動瞬間開啟時，水首先進入延時器，此時由于進入延時器的水量很少，會很快通過延時器底部的泄水孔排出，不會進入水力警鈴，從而起到防止誤報警的作用。當發生火災，噴頭不間斷噴水，報警閥會完全開啟，水流就會連續不斷地通過報警閥進入延時器，并在30 s～60 s充滿延時器，一方面流向水力警鈴沖擊水力警鈴，發出響亮鈴聲報警。同時，啟動壓力開關，發出開關電信號，向控制中心報警。

三、自動噴水滅火系統的優勢

（一）技術可行性

1.自動噴水，及時滅火。自動噴水滅火系統靠噴頭噴水滅火。噴頭集火情探測和噴水滅火于一身，著火點產生的熱量使其上方的噴頭感溫元件 (玻璃球或易熔金屬)啟動，噴頭立即噴水滅火。其控火保證率可達95%以上。

2.同步報警，及時疏散。系統噴頭噴水滅火的同時，水流指示器向消防控制中心報警，并顯示著火地點。報警閥的壓力開關也向消防控制中心報警并啟動消防水泵，水力瞥鈴同時發出報警聲音，可使消防控制中心通過喇叭及時疏散人員。因此自動噴水滅火系統兼有報警和滅火的雙重功能。

3.有效分割，有效控火。只要自動噴水滅火系統 （含火災自動報警）還能正常運轉，噴頭的自動動作也會將火災控制在一定區域內，至少起到了建筑防火分割的作用。

4.自動滅火，保證安全。自動噴水滅火系統的自動化滅火方式，可把大量人工從這個危險的行業中解放出來，并且自動跟蹤火勢，形成對火勢的包圍分隔，充分利用消防原理中的時間因素，快速反應實施滅火，把火災消滅在萌芽狀態，這是其他系統無法比擬的。

（二）滅火的有效性

1.滅火有效率。消火栓是我國目前最基本的滅火設施，原理是人工開啟水槍，通過噴水而達到滅火的目的。在多數情況下，人們看到起火后常以報警為主要措施。從接到火警到消防隊到現場 （含準備）至少需要10 min，往往失去了滅火的最佳時機。外加滅火過程的人工化，極易造成對消防隊員的傷害。其控火保證率最高為86%。

自動噴水滅火系統則具有相當的優越性；噴水滅火自動化，不需要人工滅火；噴水滅火的時間早，火災損失小；控火保證率高達95%以上。

2.防火有效性。自動噴水滅火系統阻隔火勢蔓延的效率大大高于建筑防火分區系統。一旦火災發生，著火點上方及其周圍的溫度就會上升，當噴頭處的感應溫度達到標準設定值時，便會自動噴水滅火。由于傳熱速度比燃燒速度快，故啟動噴頭的服務面積遠遠高于燃燒面積。由于噴水范圍比燃燒面積大，故能有效地將火災控制在一個遠小于正常設置的防火分區內。

綜上所述，從自動噴水滅火系統的造價和滅火性能方面看，這種系統確是一種經濟合理、安全可行的固定式滅火系統，它具有很高的實用價值，因而必將擁有美好的發展前景。

四、自動噴水滅火系統將來的發展方向

自動噴水滅火系統具有很高的滅火、控火率，且不污染環境，與氣體滅火系統相比較為經濟，廣泛應用于各類建筑的消防保護，其設置已成為建筑等級的重要標志之一。建筑火災隱患和危險性也將不斷增大，國家也越來越重視消防安全。這些對自動噴水滅火系統提出了新的要求，必將促使其更加發展、完善，并開辟廣闊的應用前景，使其向綜合性多方向發展，不斷擴展其應用范圍。

（一）向住宅發展

關于這方面的研究，一些國家做了大量的工作，目前在發達國家已實現住宅用自動噴水滅火系統保護。住宅的自動噴水滅火系統就體現出了系統可靠實用且簡單經濟的綜合性能：啟動要快速，性能要可靠，水量要小，系統要簡單經濟。

（二）適于地下建筑的需要

由于地下建筑的特殊性，自動噴水滅火系統的設置更為重要。目前的問題是設置的自動噴水滅火系統如何適應地下建筑的特殊性。我國已專門立項進行地下建筑自動噴水滅火系統的高新技術研究。

（三）滿足大空間建筑的滅火需要

這些建筑的自動噴水滅火系統設置較困難，需開發專用的自動噴水滅火系統。大水滴噴頭的出現主要就是針對大空間火災，目前還有大量的基礎性工作需要做。

（四）噴頭技術的應用與發展

隨著經濟的發展和技術的不斷進步，為了適應現實的需要，對應于自動噴水滅火系統的發展，噴頭也要跟上步伐。現已出現了快速響應噴頭、大水滴噴頭等多種形式的噴頭。噴頭是自動噴水滅火系統的關鍵組件，噴頭的每一革新，都帶動了自動噴水滅火系統的發展。