大型地下汽車庫閉式泡沫-水噴淋滅火系統設計優化研究

朱飛建

(福州市建筑設計院有限責任公司 福建福州 350011)

0 引言

隨著私家車數量的迅猛增長，目前許多工程地下汽車庫規模龐大，火災危險性高，大型地下汽車庫消防滅火系統設計也變得尤為重要。根據《汽車庫、修車庫、停車場設計防火規范》(GB 50067-2014)第7.2.3條的規定，I類地下汽車庫宜設置泡沫-水噴淋滅火系統以提高滅火效力[1]。2017年5月27日，《自動噴水滅火系統設計規范》(GB 50084-2017)實行，刪除了自動噴水-泡沫聯用系統的設計基本參數等有關內容，泡沫-水噴淋滅火系統的設計可按照現行國家標準《泡沫滅火系統設計規范》(GB 50151-2010)的有關規定執行。現行國家建筑標準設計圖集《自動噴水滅火設施安裝》20S206(以下簡稱圖集20S206)等相關文獻介紹的閉式泡沫-水噴淋滅火系統，大部分為一個泡沫罐僅供應一個報警閥的系統，該系統與實際工程應用相差較大。實際工程中大型地下車庫面積較大，防火分區多，設計一般采用一個泡沫罐服務多個報警閥的系統，但目前缺乏專用于民用建筑的泡沫-水噴淋滅火系統，系統技術不夠成熟，設計深度不足，部分預留廠家二次深化設計，廠家后期二次深化設計及施工安裝與系統設計要求仍有一定差距。各個工程設計項目因選擇的廠家產品不同，往往系統控制方式也不盡相同[2]。在比例混合器設置、泡沫液供水管路選擇、泡沫液供給管路控制等3個方面的設計差別較大。本文結合工程實踐，從系統工作原理上，就實際工程中這3個方面設計存在的問題進行剖析，并提出優化設計思路。

1 比例混合器設置位置調整

考慮到系統啟動至泡沫噴放過程之間的切換時間不得超過2 min的要求，比例混合器和水流指示器應放置在盡可能靠近每個防火分區中心的位置，比例混合器至噴淋末端噴頭控制在一定的距離之內。若防火分區面積大、管路多，常見做法是將一個防火分區拆成幾部分，拆開的每部分管路均設信號閥、比例混合器和水流指示器，將比例混合器設在信號閥和水流指示器之間。但每部分管網信號閥、水流指示器、比例混合器配套布置，數量較多，往往增加造價。

經過設計優化后，將比例混合器設在水流指示器之后，一個防火分區僅設一個信號閥和水流指示器，并分設比例混合器于次干管上，節省了信號閥、水流指示器的數量，如圖1所示。在水流指示器后將比例混合器分散布置，在同樣滿足系統轉換時間的情況下，節省了水流指示器和信號閥的數量。比例混合器工作壓力一般大于0.60 MPa，設在水流指示器后面，比例混合器本身有5 m～15 m的水損，甚至不設減壓孔板也能保持水流指示器之后工作壓力不超過0.40 MPa，并不影響原來管路的供水壓力。需要注意的是，防火分區管路拆分后比例混合器前移，泡沫罐至比例混合器之間的管路變長，管路損失增大，應復核調整泡沫管管徑和泡沫供水壓力，以保證水與泡沫液的混合效果。

圖1 比例混合器分設系統圖

2 泡沫罐供水管路的重新設計

原國家建筑標準設計圖集《自動噴水與水噴霧滅火設施安裝》04S206(以下簡稱“圖集04S206”)中，泡沫罐的進水管有從報警閥前管路引入，也有從報警閥后管路接入，圖集04S206介紹的均為一個泡沫罐服務一個報警閥的系統，第39頁采用的是從報警閥前接管，第43頁則是從報警閥后接管。圖集20S206采用的是從報警閥后接管。大型地下汽車庫一般采用比例混合器和泡沫罐分開設置，多個防火分區共用-套泡沫-水噴淋滅火系統，一個泡沫罐服務多個防火分區及多個報警閥：

(1)泡沫罐供水管路從報警閥前接。優點是系統動作時，不同報警閥間不易互相干擾誤動作，一個泡沫罐可服務多個報警閥，易保證比例混合器處泡沫供給壓力大于供水管路壓力。缺點是供水管路和泡沫液管路接入位置未同源，壓力不易平衡。當各個報警閥前工作壓力一致，則可從報警閥前接，并在供水管上設減壓閥，維持壓力平衡。但大型地下室汽車庫面積較大，難于做到各報警閥前壓力一致。需要通過詳細的水力計算分析，并在各防火分區泡沫液供水管設減壓孔板，以滿足水和泡沫的壓力均衡。

(2)泡沫罐供水管路從報警閥后接。優點是系統供水管路和供泡沫管路同源，便于系統控制。泡沫-水噴淋滅火系統最核心的是泡沫和水完全混合，關鍵是比例混合器處泡沫液入口壓力與水入口壓力的平衡。因系統的主要水損集中在報警閥、減壓孔板、比例混合器處，泡沫罐的進水管接自報警閥后管路，有利于泡沫管路和水管路的壓力平衡，并保證泡沫液與水的充分混合，也便于系統控制。缺點是接管在報警閥后，各報警閥后管路匯總接入泡沫罐進水口，火災時擠壓泡沫罐橡膠囊，其它報警閥容易誤動作，目前一般用于一個泡沫罐服務一個報警閥系統。

(3)使用具備平衡壓力比、可用于遠程控制的平衡壓力式比例混合器。當供水管路和泡沫管路的壓力在比例混合器附近接近，且泡沫液入口壓力大于水入口壓力，壓差小于0.20 MPa，則泡沫與水混合時，壓力可保持均衡。若各個報警閥閥前壓力接近，泡沫罐的進水管可接自報警閥前。但平衡壓力式比例混合器造價較高，目前在地下汽車庫應用較少。

綜合比較，泡沫罐進水管從報警閥后接，有利于壓力的平衡，但其它報警閥容易誤動作。為避免干擾，兩者結合，在報警閥后供水管路增設電動閥，采用報警閥前設穩壓管與報警閥后設供水管，并聯管路供水的形式。由報警閥前接出一條管路穩壓，穩壓管上設減壓閥，平時保證泡沫罐內水壓0.20 MPa左右，將泡沫液充滿不銹鋼泡沫管，系統處于備用狀態[3]。各個報警閥后各接一條管路(管路上設電動閥)匯總，與泡沫罐穩壓管并聯接入泡沫罐進水口，平時電動閥關閉，由穩壓管路穩壓，火災時打開電動閥供水，如圖2所示。需要注意的是，該系統設置仍較為繁瑣復雜，仍有優化的空間。泡沫罐供水管路增設電動閥，對系統控制的影響有待進一步探究。

圖2 泡沫罐供水管路圖(報警閥前管路穩壓，報警閥后管路供水)

3 泡沫液供給管路控制優化

泡沫-水噴淋滅火系統設計時選用的產品不同，泡沫液出流控制方式也存在差異。泡沫液出流控制方式，大致有通過泡沫液供給管路控制和泡沫罐進水管路控制兩種。

3.1 控制閥設在泡沫管路

控制閥設在泡沫管路上，分為在泡沫液出管上設電磁閥和水力控制閥兩種。由于電磁閥長時間與泡沫液接觸，容易不靈敏且難以打開[4]。目前主要采用水力控制閥做泡沫液控制閥，其打開方式有兩種。

(1)水力打開

從報警閥延遲器之后，水力警鈴之前，管路接出一條DN20出水管路，報警閥動作后，通過水流水力控制壓力泄放閥泄壓放空，繼而打開泡沫液控制閥，泡沫罐內的泡沫液流出并進入比例混合器。水力控制管路配有手動泄壓閥，可手動控制泡沫液控制閥的開啟。水力控制打開泡沫液控制閥管路比較復雜，有壓力泄放閥的泄壓管路、泡沫液控制閥控制管路，詳見圖集04S206第43～44頁，當多個防火分區報警閥共用一個泡沫罐，連接管路密集，不便于安裝和控制。為保證比例混合器的壓力要求，水力打開控制方式對泡沫罐、報警閥和泡沫液控制閥的間距有嚴格的要求(詳圖集04S206第43頁)。另外壓力泄放閥主要通過水壓打開，打開壓力需大于0.05 MPa，若一個泡沫罐服務多個報警閥，報警閥與泡沫罐距離較遠，將影響壓力泄放閥的開啟[4]。這些都限制了水力打開控制方式在大型地下汽車庫中，一個泡沫罐服務多個報警閥系統上的應用。

(2)電磁閥打開

圖集04S206第39頁、41頁為電磁閥控制打開泡沫液控制閥。出現火情時，噴頭爆破，報警閥打開，壓力開關聯動開啟電磁閥，由于隔膜控制閥內隔膜室壓力泄放，隔膜泄壓控制閥(泡沫液控制閥)打開并釋放泡沫罐內受壓狀態的泡沫滅火劑。電磁閥控制打開方式還配有應急啟動閥(手動快開閥)。如果電磁閥有故障，可用應急閥打開泄壓控制閥，從而釋放泡沫滅火劑。該打開方式對泡沫罐、濕式報警閥與泡沫液控制閥的間距沒有嚴格限制，服務半徑大。但目前僅用于一個泡沫罐服務一個報警閥系統，若報警閥個數較多，泡沫罐需要配置數量較多。該控制方式泡沫罐供水管路和泡沫液控制閥控制管路接自同一管路，圖集04S206第39頁從報警閥前接，也有一些設計從報警閥后管路接。

圖集20S206采用的是控制閥設在泡沫管路上，具體打開方式未詳細注明。

3.2 控制閥設在泡沫罐供水管路

該控制方式分為采用兩用控制閥組和水控閥兩種。

(1)兩用控制閥組控制

永安某地下汽車庫采用兩用控制閥組控制，管路系統如圖3所示，具體參數可參廠家資料。當濕式報警閥處于供應狀態時，由于定比減壓閥的作用，從泡沫液罐供應的泡沫液的壓力低于主管道的壓力，整個系統在水工作壓力的作用下充滿水。同時，泡沫液可以充滿整個泡沫管道，泡沫管將泡沫液輸送到泡沫比例混合器的入口。當噴頭爆破后，報警閥打開，閥后一部分水流通過控制管路打開加壓開啟閥(泡沫液控制閥)，減壓閥發生短路，泡沫液罐中的壓力隨主管內壓力的增加而增加，泡沫液的壓力隨泡沫罐內壓力的增加亦增加，貯存于泡沫罐中的受壓泡沫滅火劑即釋放出去，泡沫滅火劑在比例混合器內形成一定比例的泡沫混合液，流向開始動作滅火的噴頭。該控制方式泡沫罐供水管路有從報警閥前接，也有從報警閥后接，缺點是各報警閥需要按統一壓力供水，否則定比減壓閥無法共用減壓。由于大型地下汽車庫較大，難以做到各報警閥入口壓力一致。

圖3 泡沫噴淋控制管路圖一(兩用控制閥)

(2)水控閥控制

火災發生時，噴頭動作噴水，水流指示器動作，打開濕式報警閥，壓力開關聯動控制器打開泡沫罐進水管路上電動閥，泄壓啟動水控閥打開，泡沫罐膠囊內泡沫液在壓力水的擠壓下進入比例混合器。該系統類似兩用控制閥組的簡化版，但泡沫罐未設穩壓管路，泡沫罐及泡沫液管路未進入準工作狀態。為保證系統2 min轉換時間要求，系統安裝調試完畢后，需打開泡沫罐水控閥，壓力水進入擠壓泡沫罐保持罐內水壓，并使泡沫管充滿泡沫液，系統進入準工作狀態，再關閉泡沫罐水控閥。該系統比例混合器和泡沫罐為一體成套設備，泡沫罐供水管路從報警閥后接，一般僅適用于一個泡沫罐服務一個報警閥的系統。

對比分析上文4種控制方式后，在平潭某地下汽車庫采用水力控制閥設在泡沫管路上，用電動閥替代水力控制管路。除了設手動泄壓閥，另外增設一組自動泄壓閥(電動閥)，當報警閥壓力開關動作后，通過控制器聯動打開電動閥，將壓力泄放閥壓力泄掉，打開泡沫液控制閥，如圖4所示。該控制方式不受距離限制，簡化了復雜的水力控制管路，采用電動閥控制替代，管路簡單，服務半徑大，適用范圍廣，可用于一個泡沫罐供應多個報警閥的系統。另設有穩壓管路，系統平時處于準工作狀態，較為安全可靠。

圖4 泡沫噴淋控制管路系統圖二(水力控制閥+電磁閥)

4 結語

大型地下汽車庫閉式泡沫-水噴淋滅火系統設計繁瑣，系統管路復雜，一個泡沫罐服務多個報警閥的系統，缺乏系統的理論研究和滅火試驗研究。本文對比研究實際工程中各種設計方式后，總結歸納利弊，提出以下設計優化措施：

(1)大型地下汽車庫防火分區面積大，管路多，可在水流指示器之后將管路分開成幾部分，將比例混合器設于水流指示器之后，一個防火分區僅設一個水流指示器，并分設比例混合器于次干管上，既節省造價，又能滿足系統轉換時間的要求。

(2)報警閥前接泡沫罐穩壓管，報警閥后接泡沫罐供水管，通過電動閥打開泡沫供水管路的形式，有利于泡沫和水壓力的平衡，也有利于系統的及時動作，并可避免報警閥間相互影響導致誤動作的風險。

(3)泡沫液控制閥設在泡沫管路上，電動閥打開壓力泄放閥泄放壓力并打開泡沫液控制閥的方式，服務半徑大，管路簡單，適用范圍廣。

泡沫-水噴淋滅火系統具備水和泡沫滅火劑的優點，是具有滅火和冷卻的雙重功能，能有效防止滅火后，在保護區內由高溫物體引起的易燃液體的重燃，并有效控制火勢的流淌和蔓延，比普通噴淋滅火系統滅火性能更好，適用于大型地下汽車庫強化滅火。目前由于產品造價、泡沫液維護以及專用規范缺乏等原因，在地下汽車庫應用并不普遍，相關方面的研究也比較缺乏。相信隨著國民經濟的發展需求，工藝技術的突破，特別是在系統控制管路優化，高性能比例混合器、經濟效益好的泡沫液、低水損耐腐性能優的泡沫液供應管道等方面的研發上取得進展，泡沫-水噴淋滅火系統將得到更廣泛的應用。