鉑金廣場的自動噴水滅火系統設計研究

郭澤坤 李鈺

摘要：針對鉑金綜合樓建筑結構進行分析，依據《自動噴水滅火系統設計規范》《建筑給水排水設計規范》等，設計出較為合理的自動噴水滅火系統。消防系統包括對噴頭的選擇及布置、管網布置、消防水泵以及消防水箱選擇與配置等等。其中，最主要的是系統內的給水系統設計，包括系統流量計算、管網水力計算、水流檢驗以及消防水泵水箱計算與確定。最終把它們結合成為一個整體，從而有效降低火災發生的可能性，保障建筑物整體安全。

關鍵詞：高層綜合樓；給排水系統；自動噴水滅火系統；水力計算

目前，隨著社會的不斷發展，對大型商場、寫字樓以及娛樂設施的需求日益增多，建筑物場所人流量增大，加上商場內部含有很多易燃物，火災事故發生可能性增大。對于高層建筑來說，既要確保豪華和裝飾美觀，又要具有較為廣泛的功能^[1]。針對消防滅火系統來講，自動噴水滅火系統是目前世界上使用最為廣泛的一種滅火系統，主要是通過加壓設施，將水通過布置好的管網送至每個噴頭處，在發生火災的高溫空間內噴頭破裂灑水滅火。其優點是不受環境內的黑煙和火焰影響，隨時檢測所在區域的情況。發生火災時，能夠快速發出報警信號，降低火災發生可能性，阻止火災蔓延。因此，自動噴水滅火系統較為安全、可靠^[2]。

一、工程概況

本設計對象是一棟高級商業和辦公兩用的大廈，共11層。第一層層高為5.4m，建筑面積為6567.24m²；第二層層高為4.5m，建筑面積為6567.24m²；第三層層高為5.1m，建筑面積為2258.80m²；第四層到第十一層每層層高為3.5m，建筑面積為1725.40m²。用地面積為9462.64m²，總建筑面積為27471.08m²，辦公12077.8m²，建筑高度為43m。

二、建筑等級劃分

（一）建筑分類

根據《建筑設計防火規范》，本次設計的綜合樓高度為43m，并且每個樓層的建筑面積都已經超過了1000m²。因此，綜合大樓屬于一類高層民用建筑^[3]。

（二）火災危險等級劃分

對于這個綜合樓來說，一二層是大型商場，其內部物品數量較多，庫房里面堆放大量貨物，人流量較大，人員過于密集，容易導致火災發生，人員傷亡概率較高，財產損失嚴重。綜上所述，按照GB50084-2017《自動噴水滅火系統設計規范》^[4]的內容可將此綜合樓歸為中級危險Ⅱ級。

三、自動噴水滅火給水系統

（一）自動噴水滅火系統類別與選型

自動噴水滅火系統可以分為濕式系統、干式系統、預作用系統^[5]等。對上述三類系統的優缺點進行分析，見表3-1。此綜合樓地處北方城市，全年溫差較為緩和，溫度最高的月份是七月，溫度最低的季節是冬季，北方絕大多數建筑都設置有暖氣設施來保障室內溫度。本設計應該選用濕式自動噴水滅火系統，見表3-1。

（二）噴頭的選型與布置

1.噴頭的選型

玻璃灑水噴頭是目前最為常見的一款噴頭。當發生火災時，玻璃球內的液體受熱膨脹，達到公稱動作溫度時，玻璃球裂開，密封墊脫落，噴頭開啟，壓力水噴出滅火。根據噴頭安裝的位置，使用較為廣泛的是下垂型灑水噴頭，對普通公共建筑選用標準響應等級較為合適。因此，本建筑的噴頭規格樣式選擇閉式、下垂型、標準玻璃球灑水噴頭。

2.噴頭的布置

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，保證對任意一個發生火災的位置噴水。本設計采用正方形布置^[6]，正方形布置：A=B=2Rcos45°

噴頭的布置，包括同一根配水支管上噴頭的間距及相鄰配水支管的間距，應根據系統的噴水強度、噴水的流量系數和工作壓力確定，不應大于表3-2中的規定。

（三）管網布置

對于環狀管網來說，其管道均勻圓滑，不會產生過多的水頭損失，更有利于系統滅火。環狀管網、枝狀管網所要投入的資金相對較少。

此次設計的綜合樓，在一層到二層的報警閥組后面應該采取枝狀管網的中央中心型給水方式；在三層至十層的報警閥組后面應該采取側邊中心型給水方式。

（四）垂直分區

根據《自動噴水滅火系統設計規范》，本文所采用的濕式報警閥組，每個報警閥組所控制的噴頭數量應控制在800只以內。每層的噴頭個數，見表3-3。

四、系統水力計算

（一）設計技術參數

根據綜合樓的建筑危險等級（中度危險級Ⅱ級），其設計參數見表4-1。^[7]

（二）水力計算公式

1.噴頭流量計算^[8-11]

2.系統設計流量

3.管道水力計算

選定自動噴水滅火系統中最不利作用面積（以F表示）的位置，在計算噴水量時，僅包括作用面積內的噴頭。

4.流速

管內允許流速一般不大于5m/s。計算方式：

5.管道水頭損失

（1）沿程水頭損失

（2）局部水頭損失

可按沿程水頭損失的20%計算。

6.水泵揚程或系統入口的供水壓力

最不利點噴頭出口處要求的最小揚程：

消防水泵的揚程：

（三）垂直分區水力計算

1.垂直分區水力計算一

在第一層的最不利點處劃定作用面積，該建筑物屬于中危險級Ⅱ級，根據表4-1中危險級作用面積取160m²，噴水強度取8L/min，采用3×3形式布置。根據本建筑的自動噴水滅火系統設計要求，畫出自動噴淋管網最不利管段布置圖：

從最不利點到水泵之間每段管段的流速都小于5m/s，總沿程損失為0.137MPa，垂直二分區和垂直一分區一樣。

2.垂直分區水力計算二

根據本建筑的自動噴水滅火系統設計要求，畫出自動噴淋管網最不利管段布置圖：

從最不利點到水泵之間每段管段的流速都小于5m/s，總沿程損失為0.165MPa，垂直四分區和垂直三分區一樣。

五、自動噴水滅火系統其他裝置

（一）消防水池和高位消防水箱的計算

高位水箱的計算：

根據規范，此次設計屬于一類高層建筑，水箱容積不應小于36m³，為了保證火災時水量足夠，高位水箱容積設計為54m³，高位消防水箱尺寸為：長6m*寬3m*高3m。

消防水池的計算：

為了保證在發生火災時，設置的系統用水量充足，消防水池的容積選用485m³。消防水池尺寸為：長12m*寬8.5m*高5m。

（二）消防水泵

消防水泵的揚程^[12]：

垂直分區一消防水泵的揚程：H₁=1.2H_b1=0.371MPa

垂直分區二消防水泵的揚程：H₂=1.2H_b2=0.382MPa

垂直分區三消防水泵的揚程：H₃=1.2H_b3=0.526MPa

垂直分區四消防水泵的揚程：H₄=1.2H_b4=0.545MPa

結語

本文通過對高層建筑的建筑類型進行分析，設計出適合的自動噴淋滅火系統，能夠讓整個建筑物更加安全可靠，使系統處于穩定的運行狀態，能夠在很大程度上提高高層建筑的安全系數，全力保障人們的生產生活。高層建筑的消防系統設計需要不斷創新，要充分考慮建筑結構的變化，結合高層建筑的實際情況應用先進的消防技術手段，確保給排水消防系統的功能能夠充分發揮出來，推動我國建筑行業更加規范發展。

參考文獻

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