自動噴水滅火系統設計中幾個問題的探討

惠瑜

摘 要：為了加強在大型建筑中的消防滅火能力，自動噴水滅火系統得到了廣泛的應用。所謂的自動滅火系統，是由灑水噴頭、報警閥組、水流報警裝置等組件，以及管道、供水設施組成，并能在發生火災時噴水的自動滅火系統。本文就自動噴水滅火系統設計若干問題進行了探討，詳細研究了有關自動噴水滅火系統設計的若干問題，以期能為自動噴水滅火系統的設計提供參考。

關鍵詞：自動噴水；滅火系統；設置說明；要點

引言

自動噴水滅火系統在火災發生時，能自動打開噴水噴水并同時發出報警信號，能及時、有效地撲滅初期火災。所以，自動噴水滅火系統在超高層建筑中極為重要。據統計，自動噴水滅火系統撲滅初期火災的有效率在97%以上。查閱國內外的相關規定發現，在超高層建筑中，自動噴水滅火系統幾乎是全方位要求設置，足以看出其重要性。

一、不同自動噴水滅火系統設置說明

濕式自動噴水滅火系統使用時間最長、最廣泛，控火、滅火中使用頻率最高，目前國內已安裝系統中70%以上用的是此系統。系統組成包括：閉式噴頭、管道系統、濕式報警閥和供水設備，閉式噴頭是火災后高溫噴頭損壞，直接噴水。此系統在4℃至70℃的場所都可使用。

干式系統滅火效率不如濕式系統，造價較高，主要是為解決某些不適宜采用濕式系統的建筑物使用。干式系統由閉式噴頭、管網、干式報警閥、充氣設備、報警裝置和供水設備組成。火災發生時，溫度上升，火源上方噴頭開啟，排出管網中的壓縮空氣，報警閥后管網壓力下降，干式報警閥開啟，水流向配水管網，進行滅火。噴頭需要向上安裝或使用下垂型噴頭。干式自動噴水滅火系統適用于環境溫度低于4℃和高于70℃的場所，如不采暖的地下停車場、機房、冷庫。

預作用自動噴水滅火系統管網充滿低壓壓縮空氣、氮氣或空管，火災時，探測系統自動開啟預作用閥，使管道充水。要求火災探測器先于噴頭起作用，應保證閉式噴頭受熱開放時管道已充滿水。從火災探測器動作并開啟預作用閥開始充水，到水流流到最遠噴頭的時間，應不超過3min，水流在配水支管中的流速不應大于2m/s，以此來確定預作用系統管網最長的保護距離。預作用系統同時具備干式噴水滅火系統和濕式噴水滅火系統的特點，克服了干式系統控火滅火率低、濕式系統產生水漬的缺陷，所以預作用系統使用場所范圍更廣。

重復啟閉預作用自動噴水滅火系統的功能優于以前所有的自動噴水滅火系統，系統滅火后能自動關閉，省水，火災后可以在不關閉系統的狀態下替換噴頭。斷電時，能自動切換轉用備用電池操作，如果電池在恢復供電前用完，電磁閥開啟，系統轉為濕式系統形式工作。此系統成本較高，一般只用在特殊場合。

雨淋系統屬于開式自動噴水滅火系統，其使用開式噴頭，火災發生時，所有噴頭一起噴水滅火。其由火災探測傳動控制系統、自動控制成組作用閥門系統、帶開式噴頭的自動噴水滅火系統組成，適用于劇院舞臺、攝影棚、演播室等。系統能快速的響應，使用傳輸控制系統，打開系統的火災探測。由于對火災探測報警傳輸火控系統的時間比閉式噴頭開放時間較短，因而雨淋系統響應時間比關閉自動噴水滅火系統更快，反應速度更快，更有利于盡快滅火，滅火系統控制區能有大量的水。雨水系統采用開放式噴頭，起火時，自動噴水滅火系統一直在水源保護區，能有效地控制火勢，防止火災，水對火蔓延初期有很大幫助迅速撲滅了大火。

二、消防自動噴水滅火系統常見設計問題

1、設計基本參數選擇不準確

自動噴水滅火系統設計中的兩項基本參數分別是系統作用面積和噴水強度，基本參數由場所危險性等級決定。但在設計中存在參數選擇不準確的情況，比如將公共娛樂場所視為輕危險等級場所，由于危險等級不高，設計標準降低，系統迅速撲救初期火災的能力不強，導致初期火災進一步擴大和蔓延。

2、噴頭選型不當

噴頭的選型、布置會對噴頭的動作與布水效果造成直接影響。很多時候，設計人員在選擇噴頭時未考慮到建筑的結構特點，普遍采用普通型噴頭，這樣對自動噴水滅火系統的撲救效果影響很大。

3、系統給水量不足

給水量不足的情況主要有：①給水管網供水不足時未按要求設置消防水池；②采用臨時高壓給水系統時，未設置按10min室內消防用水量計算容量的消防水箱；③在發生火災時不能保證水源連續補水的情況下，未設置火災連續時間供水量等，這些都會使系統因缺水和供水中斷而影響滅火成功率。

4、水泵設置不當

水泵是自動噴水滅火系統的重要組成部分，只有合理設置水泵，才能保證整個系統的持續、穩定運行。目前，很多系統所設計、選擇的水泵在其揚程達到最大值后，流量卻無法同時滿足要求，或者是流量達到最大值后，其揚程無法同時滿足要求。一些設計人員沒有嚴格按照規范要求將穩壓泵和供水泵設計為自罐式水泵，只要出現火災，啟泵將延遲啟動，甚至不能啟動。

5、報警裝置與系統檢驗的問題

報警閥是自動噴水滅火系統中的重要組件之一，主要用于啟動系統、接通和切斷水源、啟動水力警鈴開關和壓力報警開關。當系統供水接自城市市政給水管道或其他給水管網時，由于管網壓力的波動，會造成誤噴和誤報警，這樣除了帶來不必要的麻煩和一些額外的損失外，還造成人們對系統的不信任感，妨礙系統的推廣應用。此外，系統是否保持準工作狀態，應能直觀和便于檢測。

三、自動噴水滅火系統設計中的要點

1、噴頭選型與合理布置

噴頭的合理選型和布置關系著自動噴水滅火系統能否正常發揮作用，根據建筑物的不同功能部位應選擇不同溫度級的噴頭。如：一般寫字樓、公共用房、地下停車庫等宜選用68℃溫度級的噴頭；廚房等高溫場所宜采用93℃溫度級的噴頭；鍋爐房等高溫操作場所宜采用102℃溫度級噴頭。噴頭溫度級系指噴頭實際的間距作了規定限值，有設計者誤把此規定值當作布置應采用間距，不管被保護對象及建設平面尺寸和構造要求如何，一律采用3.6m（中危險級）或4.2m（輕危險級）間距布置，結果出現噴頭貼梁、貼柱安裝，或者在不規則建筑平面上噴頭布置凌亂，配管縱橫交錯、雜亂無章等現象，影響建筑美觀及噴頭噴灑功能的發揮。例如高層建筑的地下車庫由于硬性采用3.6m的間距布置，造成不少噴頭無法按要求布置在停車位上方；再如大、中型商場的設計由于商場規模、銷售物品種類等時常變化，功能劃區時常變動，噴頭應該結合建筑物的開間布局一塊塊布置，今后無論商場如何分隔，噴頭的布置都能滿足規范要求。

2、水力計算

水力計算將決定水的量和分布系統使用的消防用水，是系統的可靠性，合理，經濟的重要設計內容之間的關系。根據一般理解及部分實例分析，水力計算應采用"矩形面積-逐點法"，火災發生時，一般火源點呈輻射狀向四周蔓延，失火區上方的噴頭才開啟噴水。按照經濟流速原則，配水干管和配水支管設計流速一般不宜超過3.5m/s，常用1.8-2.8m/s.這種做法能夠較好地滿足有關作用面積和噴水強度的規定，且配水管網水頭損失較小，消防水泵的揚程較小，噴頭出水不均勻性較小，消防貯水量可得到合理使用，是比較安全、經濟、合理的。按照最不利點處水壓原則，水壓一般為0.1MPa，最小不小于0.05MPa.說對于某種類型的自動噴水滅火系統，按現行規范，一般為0.05MPa，地下車庫噴頭布置危險Ⅱ級，應于停車位上方設置，受結構柱網限制和其它遮擋及其處理的影響，使其噴頭一般都得布置較密，宜取0.05MPa，滿足現行規范的要求。系統的設計流量，應按最不利點處作面積內噴頭同時噴水的總流量確定，水泵揚程或系統入口的供水壓力，規定濕式報警閥、水流指示器取值為0.02MPa。減壓的方法可以采用設置減壓閥、減壓孔板、節流管以及縮小有利工作面配水支管的管徑等方法增加沿途水頭員失達到減壓目的。

3、流量檢測措施的設置

濕式自動噴水滅火系統在動作滅火時，對系統的流量和壓力都有較嚴格的要求，一般在系統的設計計算時已做考慮。但常讓施工調試人員、公安消防部門監督人員和使用單位管理人員感到頭痛棘手的是，如何檢測系統工作滅火時的實際流量、壓力，以及系統投入使用一定時期后如何對系統流量和壓力進行檢測。在許多濕式自動噴水滅火系統的設計中，由于檢測手段僅用于平時系統的維護工作，到滅火時沒有太大的作用，而且，因為系統檢測流量的次數較少，同時專用流量計還帶來了系統阻力、工程造價和平時的維護管理工作量的增大等問題，所以往往不被設計者重視，忽略了安裝系統流量檢測裝置。但事實上，系統在滅火時是否能正常工作，平時的維護檢測工作是十分重要的。英國消防局委員會（FOC）在自動噴水滅火系統中所使用的方法是：編制出各種孔徑的孔板流量參數，由設計者根據其設計的系統滅火流量選擇孔板，并將其安裝在報警閥上的系統泄空試驗閥門的下端，孔板前后各裝一個壓力表，檢測時，打開系統泄空試驗閥門放水，觀察孔板前后二個壓力表的讀數。據此查表計算出報警閥后系統的流量和壓力值，再和設計值對比。

4、管網布置

配水支管及靠近末端的配水管，其管段的沿程損失一般會比較大，管徑值差一號，沿程損失值會大大增加。現行“規范”中8.0.7條及表8.0.7，本意是告訴設計人員這是各管徑管道所能接的噴頭數量的極限值，但這一點條文說明里也未加以明確，給設計人員一種錯覺：只要按這個表的管徑設置噴頭和管道就可以了。在實際工作中，由于設計市場競爭的嚴峻，設計周期普遍不足的情況下，部分設計人員走“捷徑”，直接按表選用管徑。筆者曾按該表管徑經過計算，結果表明，配水支管、配水管的沿程損失很大，往往到該層立管時，水壓已上升到0.4MPa左右。其主要負面影響有三個：一是在一個保護區域內各處噴頭處壓力差值較大，使得實際噴水量差距較大，噴水強度極不均勻；二是由于末端噴頭是按標準流量設計的，前端噴頭水量均大于該數值，且差距較大，消防水箱里貯存的一小時自動噴水系統用水量遠遠保證不了一小時系統出水要求，大約在30～40min鐘即使用完，這對系統滅火要求極為不利；三是由于沿程損失過大，系統水泵揚程需要增大，如果沒經過詳細計算，所選擇的水泵可能無法滿足系統壓力要求，使系統實際噴水量和水壓均達不到“規范”要求。故，筆者對“規范”中該條規定持保留態度，設計人員在實際設計工作中還是應該進行水力計算以確定合理的管徑值。

此外，應重視系統豎向壓力的均衡問題對噴水均勻性的影響。由于水泵提供的壓力是不變的，樓層自然高差形成豎向的系統壓力差，除頂層外其它各層均存在剩余壓力。這種剩余壓力造成建筑下部各層的噴頭流量過大，不利于噴水均勻性布置原則。可見，豎向壓力均衡是自動噴水滅火系統設計中必須解決問題。

解決這一問題可采用減壓閥、減壓孔板、節流管以及適當縮小下部各層配水支管的管徑等辦法，以增加沿程及局部損失等方法，達到減少壓力、調節平衡的目的。配水管設置減壓閥、減壓孔板或節流管的方法由于計算簡單、圖紙工作量小，比較常見。縮小配水支管的管徑的方法則更有利于減少管道投資、便于施工，不失為一種經濟適用的辦法，但需要設計人員進行精心計算，加大設計工作量。

5、過濾器的設置

銹渣及其它雜物除對噴頭噴水產生影響外，還可能產生兩種后果，一是堵塞濕式自動報警閥座圈環形槽接警鈴的管孔，使系統動作時，水不能經環形槽流向水力警鈴和壓力開關，造成水力警鈴無法發出鈴聲報警，壓力開關無法啟動發出電信號，進而無法啟動自噴泵、無法向消防控制中心報警；二是雜物卡在濕式自動報警閥座圈環形槽內，使閥瓣無法關閉，系統內的水不斷經報警環形槽流向水力警鈴和壓力開關，造成系統誤動作。所以，除了在管材、管件方面采取相應措施以減小銹渣對噴頭的影響外，還應在下列部位設置過濾器，以保證系統的正常運行。1）在屋頂消防水箱接至自動噴水滅火系統的出水管上設置過濾器，以防止消防水箱內的雜物進入系統。2）在自動噴水滅火系統主泵、穩壓泵吸水管上設置過濾器，以防止消防貯水池內的雜物進入系統。

6、安全閥的設置位置

由于一方面自動噴水滅火系統主泵流量大、揚程高；另一方面，根據資料顯示，系統開啟5個噴頭時滅火率達95%以上，可見在大多數情況下，噴頭開啟數量較少，系統出水量遠未達到系統設計最大供水量，從而造成系統壓力過大、系統破壞的現象。所以在一般設計時都采用一些防超壓的措施。在各類防超壓的措施中，設置安全閥是較簡單、宜行的一種。但一般安全閥的設置位置則不被設計人員重視，多設在報警閥前的供水總管上，其實這樣并不見得妥當。因為報警閥閥瓣具有止回功能，當系統超壓時，即使設在報警前的安全閥動作放水泄壓，也不能使報警閥后管道泄壓。這時如果系統是處于滅火狀態，報警閥后管道壓力在噴頭出水的情況下會逐漸減小；如果系統因為誤動作啟動主泵造成超壓，則有可能因泄壓不及時造成破壞。所以，安全閥的設置位置宜在每個報警閥后管道系統設置。

7、屋面消防水箱的設置

屋面消防水箱的作用有兩方面：一是利用位差為自動噴水滅火系統提供準工作狀態下所需要的水壓，使管道內的充水保持一定的壓力；二是儲備自動噴水滅火系統啟動初期用水，在自噴泵出現故障的緊急情況下應急供水，確保噴頭開放后立即噴水，控制初期火災和為外援滅火爭取時間。在輕危險級和中危險級場所，自動噴水滅火系統利用屋頂消防水箱的水量，一般情況下能有效撲滅或控制初期火災。

關于商住樓屋面消防水箱的儲水量，《自動噴水滅火系統設計規范》（GB50084-2001）第10.3.1條規定，儲水量應符合現行有關國家標準的規定。也就是說，當消火栓系統和自動噴水滅火系統合用屋面消防水箱時，只要按照《高層民用建筑設計防火規范》的相關規定確定屋面消防水箱的容積即可，不必另外增加自噴系統的初期用水量。

8、水錘等沖擊現象的消除

水錘等沖擊現象對管道將產生作用力，造成管道晃動，經常作用的結果往往可能造成系統損壞。消除這種影響可采用以下做法：

1）在報警閥后到立管之間的管道上適當設置可曲撓橡膠接頭或耐壓金屬軟管，以減少水錘等沖擊振動的傳播；

2）按《建筑給水排水設計手冊》和國標圖集“自動噴水與水噴霧滅火設施安裝”（04S206）、“室內管道支架及吊架”（03S402）中要求的部位和方式設置防晃動支架；

3）對于泵房主泵出水管等受水沖擊較大的部位，可適當設置專用固定支架。并在二個固定支架間的直管段上設置可曲撓像膠接頭或耐壓金屬軟管。做法可參照國標圖集“室內熱力管道支架圖”（R402）；

4）主泵出水總管上可設置緩閉式止回閥。如果建筑很高，還可以考慮采用水錘消除器等設施來緩解水錘等沖擊現象的影響。

結語

總之，隨著我國新的《建筑防護設計規范》的實施，消防自動噴水滅火系統得到了更加廣泛的運用，在減少火災危害、保護人們生命財產安全、維護社會和諧穩定等方面有著重要意義。因此，作為技術設計人員，要充分了解目前消防自動噴水滅火系統的缺陷，不斷改進設計思路，確保真正發揮消防自動噴水滅火系統的作用。

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