鋼化玻璃防護冷卻噴淋系統(tǒng)設計的幾點探討

鄭景彬

(福建嘉博聯(lián)合設計股份有限公司　福建福州　350011)

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鋼化玻璃防護冷卻噴淋系統(tǒng)設計的幾點探討

鄭景彬

(福建嘉博聯(lián)合設計股份有限公司福建福州350011)

自動噴水冷卻系統(tǒng)保護下的鋼化玻璃作為防火分隔物，在商業(yè)綜合體項目性能化設計中屢有應用。文章以福州某商業(yè)綜合體項目為例,根據(jù)國家規(guī)范標準，結合消防性能化設計要求，從系統(tǒng)參數(shù)、噴頭選型、噴頭間距、噴頭布置等方面對鋼化玻璃防護冷卻噴淋系統(tǒng)的設計進行分析探討。

玻璃防護冷卻噴淋；性能化設計；噴頭選型布置

0　引言

隨著城市建設的快速發(fā)展，我國涌現(xiàn)了許多集購物、休閑娛樂、餐飲等多功能于一身的大空間商業(yè)綜合體。這類建筑內部設置有室內步行街，通常由大小不一的中庭、公共走道及兩側商業(yè)店鋪組成，平時僅作為顧客流通和休息使用，禁止擺設商品和固定可燃物；火災時提供人員暫時避難，作為人員二次疏散的路徑。此區(qū)域通過對沿街商鋪內部可燃物的控制及周圍臨近區(qū)域防火分隔，介于室外安全場所和室內火災隱患場所之間，可視為亞安全區(qū)。由于室內步行街貫通多層，為了實現(xiàn)特定的使用功能、建筑空間通透效果，亞安全區(qū)與商鋪間采用了設有防護冷卻噴淋的鋼化玻璃作為防火分隔[1]，避免因大量采用大跨度、大面積的防火卷簾，增加設施的不可靠性，防護冷卻噴淋是改善鋼化玻璃耐火完整性和熱輻射照度等方面性能的重要措施。深入探討相應的技術措施，對于完善系統(tǒng)設計很有必要。

1　工程概況

福州某商業(yè)綜合體地塊內含一棟3層的購物中心，2棟20層寫字樓，2棟23層公寓，1棟32層酒店及3層酒店裙房，地下二層。其中裙樓部分的購物中心地上3層，地下二層，屋面高度23.70m。綜合體地塊用地面積為61 749.74m2，占地面積為31 197.23m2；總建筑面積為315 366.38m2，其中購物中心地上3層建筑面積為49 987.78m2，主要由步行街和主力店(三層為影院)組成。主力店位于購物中心南面為獨立防火分區(qū)，北面及東面為步行街，步行街兩側為商鋪。按照性能化設計要求，將中庭兩側的商鋪設置為獨立的防火單元，在此基礎上將室內步行街設置為亞安全區(qū)，步行街兩側非餐飲類商鋪，建筑面積不應大于300m2，餐飲類商鋪，建筑面積不應大于500m2；兩側相鄰的商鋪之間分隔墻體的耐火極限不應小于2.00h；步行街公共區(qū)商鋪與室內步行街公共區(qū)之間應采用耐火極限不小于1.00h的分隔物進行分隔。當采用鋼化玻璃或防火玻璃替代墻體進行分隔時，應設置獨立的自動噴水系統(tǒng)對玻璃分隔構件進行冷卻保護。

2　系統(tǒng)設計

鋼化玻璃加防護冷卻噴淋系統(tǒng)的做法，在新版《建筑設計防火規(guī)范》(GB50016-2014)[2]第5.3.6條第4款中做了相關規(guī)定：步行街兩側建筑的商鋪，其面向步行街一側的圍護構件的耐火極限不應低于1.00h，并宜采用實體墻，當采用耐火完整性不低于1.00h的非隔熱性防火玻璃墻(包括門、窗)時，應設置閉式自動噴水滅火系統(tǒng)進行保護。國外NFPA13-2010《自動噴水滅火系統(tǒng)安裝標準》也有類似規(guī)定：“中庭建筑當采用防火玻璃的兩側布置噴頭，并應確保噴頭動作后能淋濕所有防火玻璃的表面。并且整個建筑內均應設置自動噴水滅火系統(tǒng)，中庭內只能防止不燃或普通可燃物，且中庭內應設置防排煙系統(tǒng)，其啟動應與自動噴水滅火系統(tǒng)聯(lián)動”。結合國內一些實驗研究成果，鋼化玻璃加防護冷卻噴淋系統(tǒng)局部替代防火墻是符合規(guī)范要求的，是一種安全可靠的方案。

防護冷卻噴淋系統(tǒng)須采用閉式系統(tǒng)。開式系統(tǒng)需要配置火災報警聯(lián)動系統(tǒng)，管道充水存在一定的噴水延時，且用水量較大；與之相比，閉式系統(tǒng)噴頭可在溫度達到預定標準后及時啟動對玻璃進行冷卻保護，控制玻璃溫度升高，保證玻璃完整性，故宜優(yōu)先選用閉式系統(tǒng)。

為提高系統(tǒng)可靠性，防護冷卻噴淋系統(tǒng)單獨設置，設置專門的加壓設備及管網(wǎng)系統(tǒng)，其供水管網(wǎng)成宜成環(huán)狀布置。對于需與商業(yè)自動噴水滅火系統(tǒng)合用供水設施的，在性能化設計允許的情況下，應在濕式報警閥前分開設置，并按兩者同時工作時最大水量之和確定系統(tǒng)用水量。

2.1系統(tǒng)基本參數(shù)

系統(tǒng)設計用水量與噴水強度、保護長度和設計噴水時間密切相關。噴水強度根據(jù)性能化設計的要求，參照《自動噴水滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》[3](以下簡稱“《噴規(guī)》”)表5.0.10選取：“防護冷卻水幕噴水點高度≤4m時，噴水強度0.5L/(s·m)，噴水點高度每增加lm，噴水強度0.1L/(s·m)，但超過9m時噴水強度仍采用1.0 L/(s·m)”。有實驗研究表明[4]，當噴頭工作壓力為 0.10MPa 時，可達到較好的布水效果，水簾穩(wěn)定且可覆蓋整塊玻璃，當水壓繼續(xù)增大時水量增多，但水簾分布效果改善不明顯。結合《噴規(guī)》的規(guī)定，噴頭工作壓力應不小于0.1MPa。

室內步行街為亞安全區(qū)，防護冷卻噴淋系統(tǒng)需在商鋪側設置，防止商鋪內火災向外部公共空間蔓延。中庭兩側的商鋪為獨立的防火單元，系統(tǒng)計算長度不應小于單個商鋪防火玻璃的最大長度。由于商鋪窗間墻處存在火災相互影響的隱患，系統(tǒng)保護長度應適當加大留有余地，一般按玻璃隔斷最長一間商鋪保護長度的1.5倍并不小于30m確定。

參照《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術規(guī)范》[5]第3.6.4條條文說明，替代原則是消防性能化設計的基本原則，因此當采用防火分隔水幕和防護冷卻水幕保護時，應采用等效替代原則，與防火墻或分隔墻的時間一致。因此設計噴水時間采用1.00h(同防火分隔物耐火極限)。

2.2噴頭選擇

為了達到對玻璃具有較好的保護效果，提高玻璃構件的耐火時間和性能，該選用的噴頭應能保證良好的布水效果。通常可采用普通邊墻型噴頭或窗式噴頭。

窗式噴頭是一種經(jīng)認證的用來保護熱增強型和鋼化玻璃的新型產(chǎn)品。其水流在一定范圍內形成直線后順玻璃均勻流下，整塊玻璃基本上能完全被保護到不存在盲區(qū)，水簾穩(wěn)定且覆蓋面積最大，布水效果較為理想，設計中可優(yōu)先考慮采用。建筑布局中的轉角區(qū)域采用多塊玻璃折線拼接分隔時，拼接玻璃之間在店鋪內側應按不小于90°的夾角形式，為保證系統(tǒng)的布水效果，每塊鋼化玻璃均應采用窗式噴頭對其冷卻保護(噴頭宜居中布置), 且噴頭間直線距離不小于1.3m。

與窗式噴頭相比，普通邊墻型噴頭的優(yōu)點是在保護玻璃的同時對其下方一定范圍內火源兼具滅火功能，缺點是其水流呈一定角度的傘狀，所保護玻璃上邊緣左右兩側存在盲區(qū)，不能對玻璃進行完全保護。因此，當采用邊墻型噴頭時，設計應考慮適當增大噴頭安裝密度或工作壓力來減小死角范圍。

玻璃受熱作用產(chǎn)生局部高溫達到200℃以上時會產(chǎn)生一定的變形，一旦自動噴水冷卻系統(tǒng)未及時啟動，并造成玻璃表面與冷卻水之間溫差較大(兩者溫差在 150℃以上)時，玻璃會發(fā)生冷脆炸裂現(xiàn)象，從而失去完整性。因此，自動噴水冷卻系統(tǒng)應采用快速響應噴頭(響應時間指數(shù)RTI≤50(m·s)0.5)以確保其及時啟動對玻璃進行保護。

噴頭流量系數(shù)可按K=80選用，動作溫度按高于環(huán)境最高溫度30℃選用。

2.3噴頭布置

根據(jù)消防性能化設計要求：商鋪店招宜布置在玻璃外側，且采用不燃燒材料；玻璃的上檐至樓板處應采用不燃材料進行封堵(吊頂至樓板處封堵構件耐火極限不應小于1.00h)，其封堵材料在店鋪內側應與玻璃平齊，除可開啟的鋼化玻璃門外，其他部位鋼化玻璃之間的縫隙應采用防火膠進行封堵，安裝如圖1所示。

噴頭應設在頂板或吊頂下易于接觸到火災熱煙氣流，并有利于均勻噴灑水量的位置，應防止障礙物屏障熱煙氣流和破壞噴頭灑水分布。這是噴頭布置的基本要求。因此，噴頭和玻璃之間不能有任何遮擋物。為使噴頭及時感溫動作，噴頭應安裝在店鋪內側吊頂下方，噴頭上方必須采用實板吊頂，不能采用格柵等吊頂以免影響煙氣及熱量的聚集。

噴頭的高度布置必須保證其出水能噴濕所有玻璃面，結合《噴規(guī)》4.2.10條中規(guī)定，噴頭噴水方向應正對被保護對象；根據(jù)性能化設計要求，噴頭與玻璃的水平距離不應大于0.3m。眾所周知，邊墻型噴頭噴水曲線為拋物線形，若噴頭與玻璃頂?shù)雀撸瑒荼卦诓Ａ喜繀^(qū)域出現(xiàn)噴水空白點，因此噴頭的安裝高度應高于玻璃上沿，具體高度需結合噴頭工作壓力、布置間距及噴頭產(chǎn)品噴水曲線確定。根據(jù)《噴規(guī)》7.1.14條要求，水平邊墻型噴頭濺水盤與頂板(吊頂)的距離不應小于150 mm，且不應大于300 mm。

噴頭的間距布置除滿足噴水強度以外，還要考慮噴頭出水后對周邊噴頭的影響，主要考慮2個方面：第一，結合邊墻型噴頭的布水特點，其出水有部分水量噴向背墻面。因此，用于冷卻玻璃的噴頭與商鋪內自動噴水滅火系統(tǒng)噴頭之間應保持一定的水平間距(性能化設計要求應大于0.9m)，以避免冷卻用噴頭啟動降低周圍煙氣溫度延遲滅火系統(tǒng)灑水噴頭的啟動時間。另外店鋪內用于滅火的噴頭還需滿足規(guī)范中與端墻最大距離(對于中危險II級場所為1.7m)要求。第二，冷卻噴頭之間需要考慮不能噴濕相鄰噴頭，不能因噴水阻礙煙氣上升而影響相鄰噴頭感熱并動作。

2.4噴頭間距

根據(jù)《噴規(guī)》7.1.12條文說明：“邊墻型噴頭的前噴水量占流量的70%～80%，噴向背墻的水量占20%～30%流量。”計算噴水強度時，需扣除背向無效噴水量。噴頭的流量應按下式計算：

q=K(10P)0.5

式中：q——噴頭流量， L/min；

P——噴頭工作壓力， MPa；

K——噴頭工作壓力。

間距計算參見表1：

表1　噴頭間距計算表

注:按高度≤4 m計算，噴頭間距未考慮各節(jié)點噴頭出水量不均衡性。

為了保證被保護對象各點的噴淋強度，結合系統(tǒng)最小工作壓力要求，噴頭間距不宜小于1.8m(采用K=80噴頭時)。

實際工程應用中，噴頭間距需按照噴頭出水能噴濕所有玻璃面的要求，參照表1需結合噴頭工作壓力、布置高度及噴頭產(chǎn)品噴水曲線確定。

3　結語

玻璃防護冷卻噴淋是“亞安全區(qū)”性能化設計中采用的重要加強措施，設計中應把握好系統(tǒng)各參數(shù)間的關聯(lián)關系，合理選用參數(shù)，優(yōu)化噴頭布置，優(yōu)化系統(tǒng)設置，從而使系統(tǒng)安全可靠，經(jīng)濟合理，達到減少火災損失的目的。

[1]倪照鵬,路世昌,賴建燕,等. 自動噴水冷卻系統(tǒng)保護下鋼化玻璃作為防火分隔物可行性試驗研究[J].火災科學,2011,03:125-132.

[2]GB 50016-2014 建筑設計防火規(guī)范[S].

[3]GB 50084-2001 自動噴水滅火系統(tǒng)設計規(guī)范[S].

[4]路世昌,倪照鵬,賴建燕,等. 不同類型灑水噴頭對鋼化玻璃保護效果試驗研究[C].中國消防協(xié)會科學技術年會論文集.中國消防協(xié)會、山東省公安消防總隊,2011:9.

[5]GB 50974-2014 消防給水及消火栓系統(tǒng)技術規(guī)范[S].

[6]自動噴水滅火系統(tǒng)手冊編委會.自動噴水滅火系統(tǒng)手冊[S]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社,2002.

Some discussion on the design of protective cooling sprinkler system for toughened glass

ZHENGJingbin

(Fujian Jiadesign CO.,LTD, Fuzhou 350011)

Toughened glass protected by cooling sprinkler system used as fire barrier, is frequently used in commercial complex project performance-based design. According to the national standards and combined with the fire performance-based design requirements, this paper takes a commercial complex project in Fuzhou as an example, analyzes and discusses the design of the protective cooling sprinkler system of toughened glass from the system parameters、the selection of nozzle、the distance between the nozzles and the arrangement of the nozzles and so on, and provides reference for the similar projects.

Protective cooling sprinkler;Performance-based design;The selection and arrangement of nozzle

鄭景彬(1983.05-)，男，工程師。

E-mail:38813561@qq.com

2016-05-16

TU998.1

A

1004-6135(2016)07-0134-03