清潔能源自動化高架倉庫自動噴水滅火系統(tǒng)的設(shè)計探討

黃 慧 （安徽省建筑設(shè)計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 231603）

隨著工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大、倉庫需求量增大以及機(jī)械自動化的不斷普及，自動化高架倉庫由于其空間利用率高以及倉儲效率高等特點(diǎn)，被廣泛用于各行各業(yè)。自動化高架倉庫是一種利用高大凈空場所（通常大于12m，高度可達(dá)30m以上）設(shè)置立體貨架儲存物資、采用電子計算機(jī)管理和控制自動化存取作業(yè)的倉庫。通常可按雙排或多排貨架排列，貨架之間配以巷道，便于貨物的存取，也有貫通式倉儲系統(tǒng)取消巷道的設(shè)計。

一般而言，自動化高架倉庫的火災(zāi)有以下顯著特點(diǎn)：供氧充足、火災(zāi)荷載大、火源多；貨架間距小，難以進(jìn)行防火分隔，火災(zāi)蔓延速度快；鋼架耐火等級低，火災(zāi)時易坍塌等。

本文結(jié)合具體工程設(shè)計，從《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB50084-2017）（以下簡稱《噴規(guī)》）要求出發(fā)，對自動化高架倉庫的自動噴淋系統(tǒng)設(shè)計中設(shè)計參數(shù)選擇，特別是頂面噴淋系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)、噴頭選型、貨架內(nèi)噴頭布置等進(jìn)行分析和探討。

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目為某個經(jīng)開區(qū)的清潔能源應(yīng)用廠區(qū)，主要功能為太陽能光伏板的生產(chǎn)與倉儲。

總建筑面積為102378.03m2，其中1#倉庫建筑面積：10420.9m2，2#廠房建筑面積89192.06m2，3#倉庫建筑面積：2765.13m2。1#倉庫共劃分了五個防火分區(qū)，其中一個防火分區(qū)為附屬辦公區(qū)域，共四層，其余四個防火分區(qū)為倉庫，層數(shù)為一層，局部設(shè)置三層機(jī)械上料平臺。2#廠房和3#倉庫合建（各為獨(dú)立的防火分區(qū)）。其中2#廠房為丁類廠房，建筑高度為23.4m，共有三層，局部辦公區(qū)域五層。1#倉庫及3#倉庫，建筑高度為23.4m。項(xiàng)目平面布置詳見圖1。

圖1 項(xiàng)目平面布置圖

倉儲物品為成品太陽能光伏板，光伏板半成品。采用紙箱或者木箱包裝，根據(jù)業(yè)主提供的設(shè)計資料，倉儲物質(zhì)的火災(zāi)危險性為丙類。貨架布置：雙排、多排布置，每個防火分區(qū)內(nèi)設(shè)置8 排貨架，兩個巷道。3#倉庫設(shè)置兩個防火分區(qū)，層數(shù)為一層，局部三層為機(jī)械上料平臺。每個防火分區(qū)內(nèi)設(shè)置8 排貨架，兩個巷道。貨架平面布置示意圖詳見圖2。

圖2 貨架平面布置示意圖

2 規(guī)范依據(jù)

《噴規(guī)》5.0.4 條至5.0.9 條對倉庫及高大凈空場所的自噴設(shè)計參數(shù)做出了規(guī)定：

5.0.4 條適用于倉庫凈空高度小于9m 的倉庫，儲物高度大于7.5m 時應(yīng)設(shè)置貨架噴頭；

5.0.5 條適用于采用早期抑制快速響應(yīng)噴頭的倉庫及類似場所；

5.0.6 條適用于采用倉庫型特殊應(yīng)用噴頭的倉庫及類似場所。

5.0.5 及5.0.6 條對兩種噴頭應(yīng)用的最大凈空高度和最大儲物高度進(jìn)行了限制：

5.0.5 條，建筑高度不大于13.5m，儲物高度不大于12.0m的Ⅰ、Ⅱ級、瀝青制品、箱裝不發(fā)泡塑料；

5.0.6 條，凈高不大于12.0m，儲物高度不大于10.5m的箱裝不發(fā)泡塑料。

本項(xiàng)目的凈空高度與儲物高度均已超過5.0.4 條至5.0.6 條的規(guī)定。5.0.8條對這類場所進(jìn)行了補(bǔ)充。條文說明中明確不推薦采用頂板下布置ESFR 噴頭+貨架內(nèi)置噴頭的布置方式。當(dāng)最大凈空高度或最大儲物高度超過表5.0.5的規(guī)定時，應(yīng)按照《噴規(guī)》第5.0.4 條和5.0.8 條的規(guī)定布置。即應(yīng)按照5.0.4 條超過7.5m 儲物高度的要求，設(shè)置頂面噴頭和貨架間噴頭的方式。

3 設(shè)計參數(shù)的選取

本項(xiàng)目的丙類倉庫區(qū)域的凈高為23.40m，儲物高度為20m，倉儲物品為木箱、紙箱包裝的難燃物品，火災(zāi)危險等級為倉庫危險級Ⅰ級。按照5.0.4 條的規(guī)定，噴淋系統(tǒng)的用水量應(yīng)為頂面噴頭的流量和貨架間噴頭的流量兩部分組成。

①按照《噴規(guī)》5.0.4 條“注”的規(guī)定，頂板下灑水噴頭的噴水強(qiáng)度不應(yīng)低于18L/(min. m2)，作用面積不應(yīng)小于200m2，持續(xù)噴水時間不應(yīng)小于2h。按照噴水強(qiáng)度計算，頂板噴頭的設(shè)計流量為：Q頂=18×200/60=60L/s。

③自動噴水滅火系統(tǒng)的設(shè)計流量為頂板噴淋系統(tǒng)和貨架噴淋系統(tǒng)流量的疊加，系統(tǒng)的總流量為：Q總=Q頂+Q貨架=95.84L/s。

4 噴頭的選用與布置

根據(jù)頂板下噴頭的布置（見圖3），選取最不利點(diǎn)作用面積為200m2的噴頭按照公式2 進(jìn)行水力計算，作用面積內(nèi)噴頭數(shù)為36 個，頂板下布置的噴頭采用K=115，工作壓力為0.10MPa。計算結(jié)果Q頂= 69L/s ，按照《噴規(guī)》5.0.4 注1 的規(guī)定，復(fù)核噴水強(qiáng)度，滿足18L/(min.m2)的要求。

圖3 頂面最不利作用面積內(nèi)噴頭布置圖

4.1 頂板下噴頭的選擇與布置

頂板下設(shè)置的噴頭，主要用于保護(hù)屋面的鋼架和頂層貨物。根據(jù)《噴規(guī)》

7.1.2 條注2 的規(guī)定：嚴(yán)重危險級或倉庫危險級場所宜采用流量系數(shù)大于80 的灑水噴頭。在頂板下布置的噴頭采用標(biāo)準(zhǔn)覆蓋面積灑水噴頭，ZSTYZ-20 直立型噴頭，K=115，工作壓力為0.10MPa。《噴規(guī)》表7.1.2 中對直立型、下垂型標(biāo)準(zhǔn)覆蓋面積灑水噴頭的布置進(jìn)行了規(guī)定（見表2），正方形布置時，噴頭最大間距為3.0×3.0m。

噴頭的保護(hù)面積和布置間距 表2

根據(jù)《噴規(guī)》7.1.2 條文中四個噴頭圍合的正方形的驗(yàn)算方式，當(dāng)選定噴水強(qiáng)度為18L／(min·m2)，噴頭工作壓力為0.1MPa 時，每只K=115 噴頭的出水量為：

②按照《噴規(guī)》5.0.8 條的規(guī)定（詳表1），宜自地面起每3m 高度處設(shè)置一層貨架內(nèi)置噴頭。為控制系統(tǒng)工作壓力，貨架內(nèi)置噴頭采用K=115L·（MPa）1/2/min 的直立噴頭，最低工作壓力為0.10MPa。開放噴頭的數(shù)量為14個。

貨架內(nèi)開放灑水噴頭數(shù)量 表1

貨架內(nèi)置單個噴頭的流量按照公式2計算可得：q=1.917L/s。

同時動作噴頭14 個，貨架內(nèi)置噴淋系統(tǒng)流量為：Q= 14 ×q= 26.84L/s

結(jié)合表格數(shù)據(jù)和實(shí)際驗(yàn)算結(jié)果，噴頭布置時的間距應(yīng)控制在2.85×2.85m內(nèi)。通過系統(tǒng)水力優(yōu)化計算、水泵合理選型等方式保證最不利點(diǎn)噴頭處最低工作壓力0.10MPa，可在滿足規(guī)范要求噴水強(qiáng)度的條件下，同時滿足噴頭與障礙物的間距要求，以保證噴頭有效覆蓋范圍及噴頭灑水均勻分布。

4.2 貨架間噴頭的選擇與布置

4.2.1 規(guī)范中的相關(guān)要求

《噴規(guī)》5.0.8 條規(guī)定倉庫危險級Ⅰ級應(yīng)在自地面起每3.0m 設(shè)置一層貨架內(nèi)置灑水噴頭；設(shè)置2 層及以上貨架內(nèi)置灑水噴頭時，灑水噴頭應(yīng)交錯布置。貨架內(nèi)開放的灑水噴頭數(shù)量為14 個，上下兩層每層7個。

《噴規(guī)》5.0.7 條：設(shè)置自動噴水滅火系統(tǒng)的倉庫及類似場所，當(dāng)采用貨架儲存時應(yīng)采用鋼制貨架，并應(yīng)采用通透層板，且層板中通透部分的面積不應(yīng)小于層板總面積的50%。

《噴規(guī)》7.1.9 條中規(guī)定貨架內(nèi)置灑水噴頭宜與頂板下灑水噴頭交錯布置，噴頭濺水盤與上方層的距離滿足《噴規(guī)》

7.1.6 條規(guī)定，濺水盤與下部儲物頂面的垂直距離不應(yīng)小于150mm。

《噴規(guī)》7.1.1 0-1 條規(guī)定設(shè)置貨架內(nèi)置灑水噴頭的倉庫，當(dāng)貨架內(nèi)置灑水噴頭上方有孔洞、縫隙時，可在灑水噴頭的上方設(shè)置擋水板。

《噴規(guī)》5.0.8 條規(guī)定貨架內(nèi)置灑水噴頭上方的層間隔板應(yīng)為實(shí)層板。

4.2.2 貨架間噴頭的選擇

貨架內(nèi)的噴頭選用ZSTYX-20 下垂型噴頭，流量系數(shù)K=115，RTI≤50（m·s）0.5（快速響應(yīng)型），最不利工作壓力不小于0.10MPa。由于單排貨架的寬度為1m，貨架按雙排或四排排列，每排貨架之間的距離為300mm，因此設(shè)計考慮將噴頭設(shè)置在兩排貨架之間，設(shè)置平面面積不小于0.12m2的不銹鋼集熱罩，集熱罩同時起到擋水的作用，上下兩層噴頭交錯布置。貨架每層的高度為1.5m，因此每隔一層設(shè)置一排噴頭，同一排貨架內(nèi)噴頭的水平間距按照不大于3 m 設(shè)置。共設(shè)置了14 層噴頭。貨架立面布置示意圖見圖4。

圖4 貨架立面布置示意圖

同時向貨架廠家提出如下要求：在設(shè)置有噴頭的一層貨架上方增加鋼板，作為貨架實(shí)心板層，起到聚集煙氣，阻擋上方水流的作用。其余各層按規(guī)范要求為通透層，通透面積不小于層板總面積50%。

由于噴頭豎向分布，管道布置時應(yīng)兼顧噴頭布置以及貨架鋼架的承重。考慮將DN150 的管道布置在倉庫頂，沿鋼梁進(jìn)行布置，沿豎向鋼架固定DN100 的豎向管道，再每層接出DN50 的支管，橫向接至噴頭。同時將管道荷載傳遞至貨架結(jié)構(gòu)，確保貨架的使用安全。

5 結(jié)語

本項(xiàng)目以《噴規(guī)》的規(guī)定為主要依據(jù)，明確采用頂面噴頭+貨架噴頭的自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計方案。

由于本項(xiàng)目高架倉庫區(qū)域凈高23.4m，超出早期抑制快速響應(yīng)噴頭（ESFR）（規(guī)范應(yīng)用最大凈空高度13.5m）和倉庫型特殊應(yīng)用噴頭（CSMA)（規(guī)范應(yīng)用最大凈空高度18m）的應(yīng)用范圍，同時貨架噴頭所需的實(shí)板層不利于大水滴水流穿透，兩種新型噴頭的主要優(yōu)勢無法在實(shí)際場景下充分發(fā)揮。結(jié)合技術(shù)規(guī)范及工程實(shí)踐，綜合考慮可行性、經(jīng)濟(jì)性及必要性，本項(xiàng)目最終選用標(biāo)準(zhǔn)覆蓋面積灑水噴頭對自動化高架倉庫進(jìn)行保護(hù)。

目前，對于同等規(guī)模的自動高架庫相關(guān)研究成果較少，特別是對于凈高超出規(guī)范范圍的噴頭布置、選型、狹長形巷道的消防滅火設(shè)施選擇及布置方式等，缺乏相應(yīng)的理論依據(jù)及實(shí)踐檢驗(yàn)，在如今物流倉儲迅速發(fā)展的形勢下，針對此類自動高架庫火災(zāi)模擬研究及相關(guān)新型滅火技術(shù)設(shè)備等還有待進(jìn)一步深入及發(fā)展。