淺析如何設計自噴滅火系統中的噴頭和管道網絡結構

摘 要：自動噴水滅火系統中的噴頭和管網是保障整個系統正常運行的重要因素。文章通過分析噴頭的布置原則、布置形式、選型和管網中干管、報警閥的設置，強調必須依據科學、合理的原則進行設計。

關鍵詞： 自動噴水滅火系統；噴頭；管道網絡結構；設計

報警閥自動噴水滅火系統已廣泛應用于工程建設中，由于技術的發展， 其對火災的反應愈加迅速， 可靠性得到了很大提高。通過大量的工程實踐， 對其應用有了更深入的了解。為保證系統的可靠性， 使整個系統更經濟合理， 本文從設計的角度結合部分工程實踐對自動噴水滅火系統噴頭和管網的設置對整個系統的影響進行分析和探討。

1 噴頭的布置噴頭的布置

可根據建筑的實際構造， 靈活多樣，但須在滿足《自動噴水滅火系統設計規范（ GB50084-2001） 》 （以下簡稱《噴規》 ）的基礎上。而不同方式的噴頭布置， 對整個自噴系統的設計流量、管徑、供水壓力、感觀、造價都產生不同的影響。

1. 1 噴頭的布置原則

《噴規》第7.1.1 條： 噴頭應布置在頂板或吊頂下易于接觸到火災熱氣流并有利于均勻布水的位置。當噴頭附近有障礙物時， 應符合本規范7.2節的規定或增設補償噴水強度的噴頭[ 1 ] 。

以上規定了布置噴頭應遵循的原則， 尚應遵循：不出現未被覆蓋的或過多的重復覆蓋面積；噴頭間不互相影響； 滿足作用面積內的噴水強度、噴水的均勻性及噴頭的適時開放； 滿足其它規范對噴頭布置的影響， 并應結合實際， 綜合考慮。

1.2 噴頭的布置形式

噴頭最常用的布置形式有正方形、矩形或平行四邊形。在實際工程中， 一般多采用正方形或矩形的布置方式。《噴規》7.1.2表中， 按噴水強度的要求， 根據噴頭不同布置形式， 對邊長、噴頭與端墻的最大距離和一只噴頭的最大保護面積作出了規定。

由于噴頭的布置受其他因素的影響較大， 實際設計中常出現噴頭不能按某固定距離來布置。不能簡單地把規定值當作間距，不管被保護對象及建筑平面尺寸和構造要求如何，一律采用3.6m （中危險級）或4.4m（輕危險級）間距布置， 結果出現噴頭貼梁、貼柱安裝， 使該處噴頭噴水受阻， 并在梁柱周圍形成不被噴水覆蓋的空白，對滅火十分不利。或者在不規則建筑平面噴頭布置凌亂，配管縱橫交錯、雜亂無章， 影響建筑美觀及噴灑功能的發揮。故須根據工程實際情況， 選定噴水強度、噴頭的流量系數、工作壓力，按規范規定的噴頭間距限值，結合建筑分隔、結構柱網和各種障礙物靈活布置，以期系統安全、實用與經濟。

例如辦公樓、賓館等的走廊，成行噴頭的布置位置與走廊中線相距甚遠， 很不美觀；又如地下車庫由于硬套3.4m 的間距布置，造成不少噴頭不能按結構梁協調設置， 或無法按要求布置在停車位上方；再如大中型商場由于規模、銷售物品種類等時常變化，功能劃區也經常變動，噴頭應結合建筑的開間及布局一塊塊布置，既能滿足規范要求的噴水強度又能靈活適應建筑分隔的變化。

對于不設吊頂的場所，首先要根據所需要的噴水強度考慮噴頭間距，與結構專業緊密協商，按不同柱網尺寸情況將次梁布置成十字、雙十字、井字、一字、二字或無次梁的形式；將噴頭布置在主次梁分格中，提高建筑的使用空間。但在部分位置無法按結構梁格布置噴頭時，可局部增設集熱板。

1. 3 噴頭的間距與系統工作壓力的關系

《噴規》第9. 1. 1條給出噴頭的流量公式：

式中： q—— 噴頭流量（ L /m in） ；

K —— 噴頭流量系數；

P —— 噴頭工作壓力（MPa）。

當噴水量確定以后據規范給出的設計噴水強度例如中危險級I級6 L / （ m in﹒m2 ） ， 即可算出一個噴頭的保護面積為： F = Q /6。

由上兩式可知， 噴頭工作壓力越大， 噴水量越大， 保護面積越大， 噴水半徑亦大， 噴頭的布置間距隨之加大。因此， 在滿足規范噴水強度要求下， 可以根據實際工作壓力適當調整噴頭布置間距， 既安全又經濟。

1. 4 噴頭選型

《噴規》第6.1.1 條規定： 閉式系統的噴頭， 其公稱動作溫度宜高于環境最高溫度30 ℃ 。某賓館不管何使用功能均采用公稱動作溫度為68 ℃ 的噴頭， 造成系統投入使用后廚房及其烘房里的噴頭均爆裂噴水同時報警， 引起不必要的慌亂， 后將這些場所的噴頭改成93 ℃ 溫級后才未誤動作。另外常見的悶頂或有機玻璃頂， 在炎熱的季節， 其頂部溫度會很高， 其噴頭的溫級也宜采用93 ℃ 。不同功能部位應選用不同熱敏性能的噴頭， 在采暖通風管道、加熱器、不保溫的蒸汽管道、天窗等部位應采用中高溫度的噴頭， 以防止因采用68 ℃ 普通噴頭而常爆破， 造成不必要的水漬損失。設計中對于開水房、蒸飯間、工業廠房的蒸汽點等特殊部位應特別注意

《噴規》規定了噴頭的選型和無吊頂處噴頭濺水盤距頂板的安裝距離。有的施工隊在無吊頂場所安裝時， 將直立型和下垂型噴頭混裝， 使熱氣流不能盡早接觸加熱噴頭的熱敏元件， 顯然火災時噴頭將不能正常發揮優勢。

1. 5 工程實例

（ 1）類別一， 地下汽車庫。地下汽車庫噴頭布置： 一是要按《噴規》中危險Π級； 二是應設在停車位上方； 三是受結構柱網限制。

圖1是某小區IV 類地下汽車庫局部圖， 車位開間尺寸為8. 1m×5 . 3m， 車行道開間尺寸為8. 1 m ×7. 3m， 按照中危險II級所要求的噴頭間距， 與結構專業協商后定為： 車位內布置一字梁， 車行道內布置雙十字梁， 管道均貼梁底安裝， 噴頭均勻按梁格布置并采用直立型； 東側局部無法按結構梁格布置噴頭， 增設集熱板， 下設下垂型噴頭。即8. 1m 開間布置三排噴頭， 噴頭間距2. 7m， 滿足規范中危險II級正方形3. 4m長方形3. 6m 間距的要求。

圖1 Ⅳ類地下汽車庫局部平面圖計算其系統流量

按《噴規》第9.1.2條： 水力計算選定的最不利點處作用面積宜為矩形， 其長度應平行于配水支管， 其長度不宜小于作用面積平方根的1.2倍。本例系統作用面積160m2， 水力計算長度應不小于15.18m， 圖1中虛線段圍合區域即為其計算作用面積， 長度為15.19m。按最不利噴頭出水5m計算系統設計流量為24.62 L /S。

圖2 為某高層地下室汽車庫局部圖， 開間尺寸為8.1m × 8.1m， 結構在方案階段定的是十字型的寬扁梁， 梁寬為400mm，見圖2左圖。為滿足規范間距， 要求各有一排噴頭位置在寬扁梁下。按規要求， 集熱板平面面積不小于0.12m2， 即寬度不小于0.35m， 這樣可考慮利用該寬扁梁代替集熱板。但梁兩側不能擋煙， 故考慮在梁兩側設置高7～10 cm的圍合熱氣流的鐵皮擋板。

施工圖時結構方案變動， 次梁寬改為普通梁，同意按水專業要求布置了井字梁， 見圖2 右圖。即噴頭間距為2.65m， 均勻布置在梁格中間， 采用直立型。這是最常用的地下室汽車庫噴頭布置方法。少量地下室采用無梁樓蓋， 噴頭布置就較隨意了。

圖2 某高層地下室汽車庫局部平面圖

2 管網的布置

管網布置是在噴頭布置的基礎上進行的， 隨意性較大， 其造價約占整個系統造價的50% ～ 60%，系統規模愈大， 這個比值愈高， 因此， 管網的布置直接影響系統的造價。同時管網擔負著向噴頭送水的作用， 有安全供水的要求。

2. 1 干管布置

采用居中進水（即配水支干管與成組噴頭支管居中連接）還是采用邊側進水， 何種方案最經濟， 應經管網水力計算比較。

2.2 報警閥的設置

報警閥控制管網和噴頭， 是管網重要組成。按《噴規》要求： 一個報警閥組控制的噴頭數， 濕式系統不宜超過800只。配水管道的工作壓力不應大于1.2MPa； 每個報警閥組供水的最高與最低位置噴頭， 其高程差不宜大于50m； 輕中危險場所各配水管入口壓力不宜大于0.40MPa。這幾條是進行管網分區和劃片的要點。高度100m左右高層自噴系統最大工作壓力可能超過1.6MPa， 超過濕式報警閥的最大工作壓力要求， 此時則應結合豎向分區情況， 把報警閥往樓層上方移位， 將報警閥出口工作壓力控制在1.2MPa內， 利于系統安全運行。

某商貿中心， 有三幢二類高度未超50m的商業單身公寓樓， 設計時28層酒店待后。主體2～ 10層為單身公寓， 裙房1～ 3層為商鋪。因面積不大， 噴頭不多， 共731個噴頭， 地下室噴頭已剛夠設一組報警閥， 而建筑高度也不高， 故先考慮1～ 10層設置一組報警閥。因后期有28層酒店， 故該報警閥接自自噴泵后減壓閥， 閥后壓力0. 8MPa。單身公寓僅走道設置噴頭， 各層支管管徑為DN100和DN 70， 商鋪各層支管管徑為DN 150。按《噴規》： 減壓孔板孔口直徑不應小于設置管段直徑的30% 。公寓各層孔板均滿足要求。而商鋪1層配水管處壓力為68m，考慮減到30 m， 需減壓38 m， 孔板需孔口直徑39mm， 小于管段直徑的30% ， 不合規范要求。若采用30% 管段直徑， 即45mm， 則減壓21.5m， 減后壓力為46.5m， 又超過規范配水管入口壓力不宜大于0.40MPa的要求。這說明該系統采用同一組報警閥是不合理的， 應將商鋪和公寓分設報警閥。

該例說明自噴水系統中報警閥應按建筑功能區域設置， 而不應以噴頭數目設置。每層應按不同部位劃分區域， 各層相同部位由同一報警閥控制， 即豎向控制。筆者認為豎向控制優于水平控制， 在水平控制系統中， 由于各報警閥前所需工作壓力不同和同一層噴頭距立管位置不同， 易導致噴灑的不均勻性，以致影響滅火效果。因此， 報警閥后控制噴頭是分層水平控制還是豎向控制是需按實際情況確定的。

3 結 語

自噴系統的噴頭和管網合理布置至關重要， 設計人員首先要熟練掌握有關規范， 并應通過詳細水力計算來比較定奪更可行的實施方案， 結合實際情況進行靈活、合理、科學的設計， 保證整個系統的正常運行。

參考文獻

[1] 中華人民共和國公安部. GB 50084-2001 自動噴水滅火系統設計規范（ 2005年版） [S] . 北京： 中國計劃出版社， 2005， 9.

[2] 中國建筑科學研究院. 04S206自動噴水與水噴霧滅火設施安裝[S] . 北京： 中國建筑標準設計研究院出版社， 2004， 2.