大空間鋼結構廠房中自動跟蹤射流滅火系統的設計應用

摘要：自動跟蹤射流滅火系統在大空間鋼結構廠房中的防火運用越來越廣泛。結合實際的工程案例，闡述噴射型自動射流滅火系統的設計過程，并對自動跟蹤射流滅火系統在大空間鋼結構廠房中的實際應用問題進行分析，共同探討自動跟蹤射流滅火系統的設計，從而為行業同仁提供參考。

關鍵詞：自動跟蹤射流滅火系統；大空間鋼結構廠房；滅火系統設計

中圖分類號：X913.4" " " 文獻標識碼：A" " " "文章編號：2096-1227（2024）07-0001-03

隨著工業化進程的加快，為適應生產工藝的需要，廠房（倉庫）的跨度、高度和面積都在不斷增加。在這種需求背景下，常規的自動噴水滅火系統已不能滿足此類建筑的防火要求。自動跟蹤射流滅火系統（下稱“系統”）在高大空間廠房（倉庫）中的應用需求日益凸顯。

1 自動跟蹤射流滅火系統在大空間鋼結構廠房中的設計過程

1.1" 設計步驟與要求

根據項目建設類型、建筑結構、空間高度、功能布局、火災類別、火災危險性等級等信息，依據GB55037—2022《建筑防火通用規范》，綜合判斷該場所適用的噴水滅火系統。

依據GB51427—2021《自動跟蹤定位射流滅火系統技術標準》（下稱“標準”）中第3.2條款的規定選擇合適的系統類型。

根據防護區域的長徑比來確定系統主管道的布置走向，確定滅火裝置的設計范圍，繪制出簡圖。根據標準中第4.4.1條規定：系統每臺滅火裝置之前的供水管路應布置成環狀管網。環狀管網的管道管徑應按對應的設計流量確定。

管道要求：主管位置應根據場景布置，原則上能低掛而不高掛，能縮短而不冗長，橫平豎直，不歪斜。以不妨礙工藝生產需要為原則，盡量縮短主管與用水點之間的距離。

布點要求：應保證至少2臺滅火裝置的射流能到達被保護區域的任一部位。

根據標準中第4章的規定進行設計參數選擇、水力計算、水泵系統選型、優化草圖、繪制施工圖、編制設計計算書等。

對于場景處于不規則形狀的，可以通過靠近邊緣為圓心畫出保護半徑范圍，再確定第2臺裝置的布置間距。

根據標準中第4.2.11條款的規定，滅火裝置與端墻之間的距離不宜超過滅火裝置同向布置間距的一半。

1.2" 案例概況

某丙類單層鋼結構廠房設計，長度為75.20m，寬度為42.20m，總建筑面積3173.44m2，建筑高度11.00m；消防泵房位于地下，消防水池有效容積和高位消防水箱有效容積均滿足項目需求。現需對本廠房進行自動噴水滅火系統設計，其他條件均滿足消防規范及標準要求。

1.3" 設計計算

1.3.1" 系統選型

根據項目概況，本建筑單體火災危險等級為中危險Ⅱ級，建筑高度11.00m，選擇自動噴水滅火系統明顯不合適也不經濟，但可選擇噴射型自動射流滅火系統、噴灑型自動射流滅火系統或自動消防炮滅火系統[1]。本案例選擇ZDMS0.6/10S-JXP型噴射型自動射流滅火系統，單臺滅火裝置的流量不小于10L/s，噴水持續時間不小于1h，額定工作壓力上限為0.8MPa，額定工作壓力時的最大保護半徑28m，最小安裝高度8m，最大安裝高度25m。

1.3.2" 繪制簡圖

本案例中單體形狀為長方形，寬度為42.2m，系統的最大保護半徑為28m，對向設置存在重疊保護部分，故而滿足規范要求。實際上，市場上10L的消防水炮類產品經測試其保護半徑已達35m，但是標準中規定了10L噴射型自動射流滅火裝置的保護半徑為28m，因此，在設計時仍然按照保護半徑不大于28m的參數來計算。

當場景寬度大于28m時，可以采用“口”字形或“日”字形進行現場對稱布置，均衡水壓[2]。“日”字形布置相比較“口”字形布置而言，管道比較多，本文以“口”字形布置為例。無論采用何種布置形狀，均可以利用常用的直角三角形勾股定理來計算設計間距。

系統布點設計間距計算：

a2/4＋b2=c2 （1）

式中：a——滅火裝置的設計間距，m；

b——場景的區域保護寬度，m；

c——滅火裝置的保護半徑，m。

已知b=21.1m，c=28m，經計算a==36.58m

此間距數值為理論值，在設計過程中應根據場景實際情況進行調整，原則上所設計的間距不大于此值即可。如果在端墻或大型障礙物阻隔的情況下應增加系統布點的數量和位置，防止漏保。通常做法是在室內四角處分別增加滅火裝置。

主管道管徑計算：

（2）

式中：D——水管管徑，m；

Q——用水量，L/s，按2只水炮同時射流計量，取值20L/s；

v——管網中水流速度，m/s，取1.5～2.5m/s。

經計算，D=113mm

經圓整，取主管道管徑為DN150。

當場景寬度小于28m時，可以直接利用常用的直角三角形勾股定理來計算設計間距，過程同上。布點時既可以“口”字形或“日”字形布點也可以“一”字形布點，從經濟角度來看建議“一”字形布點。

1.3.3" 計算校核

本案例計劃選用的ZDMS0.6/10S-JXP型噴射型自動射流滅火系統，產品額定工作壓力pe=0.6MPa，額定流量qe=10L/s。系統設計工作壓力p0=0.6MPa。主管道為DN150的國標鍍鋅鋼管，沿廠房內室四周敷設，安裝高度為8m，支管均為DN50的國標鍍鋅管與滅火裝置系統配套。L主=242.8m，L支=30m，主截止閥（DN150）6只，正三通（DN150）6只。滅火裝置采用懸吊式安裝，炮頭可以水平360°旋轉和垂直90°～30°旋轉。

系統設計流量按下式計算：

Q=ΣNn=1 （3）

式中：Q——系統的設計流量，L/s；

N——滅火裝置的設計同時開啟數量；

管道總水頭損失按下式計算：

Σh=h1+h2 （4）

h1=iL （5）

h2=0.01Σ （6）

式中：Σh——水泵出口至最不利點滅火裝置進口的管道總水頭損失，MPa；

h1——沿程水頭損失，MPa；

h2——局部水頭損失，MPa；

i——單位長度管道的沿程水頭損失，MPa/m；

L——計算管道長度，m；

——局部阻力系數；

v——管道內的平均流速，m/s；

g——重力加速度，m/s2。

管道內的平均流速按下式計算：

（7）

式中：qg——管道設計流量，L/s；

π——圓周率；

dj——管道的計算內徑，m，取值按管道內徑減少1mm確定。

單位長度管道的水頭損失按下式計算：

（8）

式中：Ch——海澄威廉系數，鍍鋅管取值120。

消防水泵的設計壓力按下式計算：

P=0.01Z+Σh+Pe-hc （9）

式中：P——消防水泵或消防給水系統所需要的設計壓力，MPa；

Z——最不利點處滅火裝置進口與消防水池最低水位或系統供水入口管水平中心線之間的高程差，m；

Σh——水泵出口至最不利點處滅火裝置進口管道水頭總損失，MPa；

hc——消防水泵從城市市政管網直接抽水時城市管網的最低水壓，MPa。

根據公式（3）和（8），考慮到2只水炮同時射流，故qg=20L/s。

i MPa/m

根據公式（5），主管為DN150的國標鍍鋅管，L主＝242.8m。

h1=iL=1.105×10-4×242.8=0.0268MPa/m

根據公式（6）計算局部水頭損失比較復雜，可以采用當量長度法計算，管件的當量長度按照標準附錄A確定。

到達最不利點的局部損失h2=4.3+0.9×6+9.1=18.8m

根據公式（4），計算水泵出口至最不利點的管道總水頭損失。

Σh=h1+h2=18.8×0.01+0.0268=0.2148MPa

根據公式（9），因采用消防水池供水，故hc=0，Z=12m。

P=0.01Z+Σh+pe-hc=0.0112+0.2148+0.6-0=0.9348MPa

經圓整，本次消防水泵量程合適選型為95m。

2 自動跟蹤射流滅火系統在大空間鋼結構廠房中的實際應用問題分析

2.1" 裝置選型問題

市面上的自動跟蹤射流滅火系統裝置規格型號很多，大部分是水平360°旋轉、垂直90°～30°旋轉型的掃射或尋的式智能裝置。根據實際應用于大空間場景來看，在設計時建議選用多方位自動旋轉跟蹤定位功能的產品。在設計前要充分了解所選產品的噴射角度、噴射強度和噴射模式等參數，結合標準規范選擇適合設計場景的系統型號[3]。

2.2" 裝置布點問題

大空間廠房上空多為鋼結構，屋頂結構形狀復雜，且結構承壓有限。此時在布點時除了要充分考慮大空間內的其他機電設備布置、生產工藝和裝飾美觀要求外，還要重點考慮鋼結構廠房本體所要增加的荷載。首選是將裝置懸掛于梁架上，充分發揮裝置的噴射角度范圍[4]。在不具備增加鋼結構荷載的情況下，將裝置固定于柱或承重墻壁處，但此時的裝置噴射角度不能達到360°。

2.3" 障礙遮擋問題

在實際應用過程中，不可避免地出現大空間廠房內有部分柱子或其他障礙遮擋射流水柱問題。此類問題不影響系統的設置和使用，沒有必要增加系統裝置來達到無死角。原因一：根據標準中第4.8節的規定：系統在自動控制狀態下，至少有1臺且最多2臺滅火裝置自動開啟射流，且其射流應能到達火源進行滅火。說明在設計時已經考慮到了1臺被部分遮擋，另一臺依舊可以射流覆蓋。原因二：在設計時根據場景往往選擇的是對射方式，所有存在死角的范圍和概率極小，在實際運用中可以忽略不計。

3 結束語

自動跟蹤定位射流滅火系統技術在大空間鋼結構廠房中的運用越來越廣，其結合視頻聯動技術，配套智能型探測性能，實現了精準定位、掃射范圍廣和迅速啟動的功能，有效地解決了建筑荷載、火災探測、撲救困難、投資成本、運行維護等多方面的實際問題[5]。同時隨著科技的發展，自動跟蹤定位射流滅火系統會有更多的智能產品出現，以適應新形勢下特殊場景的滅火工作。

參考文獻

[1]龔麗虹.大空間消防水炮滅火系統設計分析[J].住宅與房地產，2021（14）：109-110.

[2]張希卿.自動消防水炮滅火系統設計初探[J].科技尚品，2022（7）：69-72.

[3]田雪圓.淺談大空間自動尋的消防水炮射流狀態的影響因素[J].今日消防，2022（6）：11-13.

[4]王衛紅.消防水炮在大空間建筑中的應用[J].居舍，2019（6）：32.

[5]卓西潔，狄育慧，蔣婧.基于紙品包裝廠房的消防水炮系統設置及關鍵技術分析[J].機電工程技術，2022（10）：192-195.