超大體量建筑自動消防設計探討

1、超大體量建筑自動消防設計探討潘振欽提要：以單層廠房、貨運中心、飛機維修中心為例，說明應根據(jù)建筑物（或構筑物）的使用功能，火災危險性、建筑物體型高度等具體情況綜合考慮超大體量建筑防火設計方案和消防技術措施。關鍵詞：超大體量建筑自動消防設計 集熱板噴頭0概述隨著我國經(jīng)濟建設的發(fā)展，超大體量公共建筑、工業(yè)廠房、儲存?zhèn)}庫等不斷涌現(xiàn)。這些建筑物在體型大小、空間高度、使用功能、裝修標準等方面均較50至70年代修建的同類型 建筑更具現(xiàn)代化、大型化、非標準化。高大空間的民用建筑如：大型劇場、會展中心、大會堂、博物館等；生產(chǎn)性建筑如：各種生產(chǎn)類別的工業(yè)廠房、飛機維修庫、儲存?zhèn)}庫、飛機發(fā)動機車間等。這些建筑不僅體

2、型大，高度高，除普通生產(chǎn)廠房和儲存?zhèn)}庫外大都有較高的裝修標準，同時也是使用功能復雜、人員密集、火災隱患大的建筑。自動噴水滅火系統(tǒng)設計規(guī)范第 4.3.2條規(guī)定："室內(nèi)凈空高度超過8.0m的大空間建 筑，在其頂板或吊頂下可 不設噴頭"。本條是參照日本消防法規(guī)關于大型劇場觀眾廳的噴頭布置而提出來的，主要考慮到噴頭安裝高度太高熱敏元件將達不到預期效果。作者認為此條規(guī)定適用于某些建筑的中庭或是共享空間等場所，不適用于各種高、大空間建筑。無疑，在高大型建筑內(nèi)采用普通型噴頭的自動噴水滅火系統(tǒng)無法達到控火、滅火的目的，但亦不能套 用規(guī)范第4.3.2條的規(guī)定不設噴頭，不加保護。應該根據(jù)建筑物

3、（或構筑物）的使 用功能、火災危險性、建筑物體型高度等具體情況綜合考慮建筑防火設計方案和消防技術措施。建筑物的防火安全設計是一門綜合性科學，是由多專業(yè)（建筑、結構、空調(diào)、電氣、給排水專業(yè)）共同采取防范措施的綜合體現(xiàn)，而直接參與撲滅火災的當屬各種自動消防滅火系統(tǒng)。鑒于國情和經(jīng)濟體制的關系，我國目前對于上述高大空間建筑在消防設計技術、產(chǎn)品開發(fā)和研制、火災報警和聯(lián)動控制、規(guī)范管理等各方面與國外相比尚存在一定差距。以水為滅火劑的自動噴水滅火系統(tǒng)在各種類型建筑中（除不能用水撲救的建筑或部位外 ）都 是有效，也是最經(jīng)濟的。高大空間建筑自動噴水滅火系統(tǒng)應用技術的研究中，關鍵是噴頭構造和性能的技術研究。因為噴

4、頭起著探測火災、噴水滅火的作用，滅火效果在很大程度上 取決于噴頭的選擇和布置的合理性。因此,目前許多國家均在大力研制和開發(fā)各種性能的噴頭，如快速響應大水力噴頭、大水滴噴頭、自動啟閉噴頭、大覆蓋面?zhèn)葔π蛧婎^等。有了具有各種特性的噴頭問世，才能使自動噴水滅火系統(tǒng)應用范圍更廣，滅火更 安全可靠。例如：目 前被美國消防協(xié)會 NFPA 231認可的ESFR噴頭的應用，使得大型高架倉庫以及空間 高度不超 過12.0m的大型建筑的自動噴水滅火系統(tǒng)的功能更完善，滅火更安全可靠。列舉以下數(shù)例，意在說明高度超過 8.0m的大型空間如何應用自動噴水滅火系統(tǒng)加以保護的設計技術措施。另則呼吁有關科研、設計、生產(chǎn)部門更多

5、地投入研制、開發(fā)我國自己的特種性能噴頭，以完善和提高自動噴水滅火系統(tǒng)功能。1實例之一某工程單層廠房占地面積約 30000nt屬丙類生產(chǎn)類別，按建規(guī)規(guī)定該廠房除了應設置消火栓滅火系統(tǒng)外，還應設置自動噴水滅火系統(tǒng)。廠房平均高度8.30m,廠房內(nèi)有四處 采光天窗（兩處面積720nt兩處面積540品）。由于采用豎式天窗，故采光天窗處屋面比其他地方高出3.0m。該處噴頭若吊在屋面板下，則噴頭距地面高度8.0m,噴頭熱敏元件 的動作會受到影響；若選用其他大水力噴頭或是快速響應大 水滴噴頭的話，一方面國內(nèi)此類產(chǎn)品匱乏；另一方面一個車間內(nèi)不宜搞二個不同壓力的噴淋系統(tǒng)（非采光天窗處仍為普通自動噴水滅火系統(tǒng)），經(jīng)

6、多次研究比較決定采用加集熱板的輔助技術措施方案予以解決。集熱板系在高架倉庫內(nèi)分層布置噴頭時， 當分層板上有孔洞、縫隙時在該處噴頭上方設置。目的是當 發(fā)生火災時噴頭感溫元件能在其上方局部面積內(nèi)迅速聚熱而受到感應及時開放噴水。集熱板僅僅是一種輔助技術措施，最后確定方案如下：廠房內(nèi)按中危險級設防，滿鋪噴頭，噴頭安裝高度一律距地 7.68.1m,距屋面板內(nèi)底距離0 300mm俳 采光天窗處）；在采光天窗處下方噴頭則距采光天窗處屋面板內(nèi)底為03.3m ,噴頭的熱敏元件無法達到預期效果，為此該處噴頭（共約200多個）每個噴頭上方均加設集熱板。集熱板為鋁合金金屬板或白鐵皮板，每塊尺寸300mm： 400mm

7、規(guī)范規(guī)定集熱板面積不應小于1200cn2,最小一邊不應小于 200mm翻邊20mm例圖1）。板中鉆一小孔，孔徑略大于直徑25mm鍍鋅鋼管外徑，將板套在直徑25mm賁頭連接支管上，然后采用點焊，將板固定在噴頭連接支管上。噴頭距板內(nèi)底 距離為75150mm此時噴頭朝下安裝，而其它部位不加集熱板的噴頭均朝上安裝。因一圖1集熱板構造示意2實例之二某貨運中心原設計層高 8.1m,屋頂為金屬承重結構，按有關規(guī)定設置了自動噴水滅火系統(tǒng)。原設計噴頭安裝標高為距地 7.7m ,后因需要業(yè)主自行決定將鋼屋架連同自動噴水滅火系統(tǒng)管道一起往上提高2.3m。這樣噴頭安裝高度變成距地 10.0m,消防部門不予驗收。后經(jīng)多

8、方研究采用加層安裝自動噴水滅火系統(tǒng)方案，即原已安裝的自動噴水滅火系統(tǒng)管道及噴頭位置和高度不變，另在下方相同平面、不同高度再增設一層自動噴水滅火系統(tǒng)，其噴頭設在距地7.6m高度，吊在屋架下弦下面。 上面一層噴淋系統(tǒng)作為保護鋼屋架使用，噴頭朝上安裝，這樣鋼屋架可不再涂刷防火涂料等其他防火措施；下面新增的系統(tǒng)作為保護 地面上物資使用，但由于噴頭距上方屋面板距離達2.8m,超過了規(guī)范規(guī)定的不大于 150mmi巨離要求。因此,在下面一層每個噴頭上方均加設一個集熱板，集熱板做法同上。3實例之三某飛機維修中心，總建筑面積13868nt長152m,寬91.5m,屋頂為金屬承重構件，坡屋面頂最高高度為35.0m

9、,最低31.5m,平均屋面高度33.25m,屬I類機庫，可同時停放或維修兩架波音747飛機。由于屋面平均高度達33.25m,面積達13 868m：其保護對象又是價值連城的飛機，普通的自動噴水滅火系統(tǒng) 是無能為力的。按飛機庫設計防火規(guī)范(GB50284-98)(以下簡稱機規(guī))有關規(guī)定，針對I類機庫這樣高大空間建筑鋼屋架要保護，地面停放或維修的飛機要保護，以及機庫建筑、工作人員和消防救援人員 的安全均應得到 有效的保護。一般飛機進庫時其油箱內(nèi)載有燃油，在維修過程中可能發(fā)生燃油火災，其火災危險性大，蔓延速度快， 火災損失大，屬嚴重危險級，按機規(guī)要求設置了以下自動消防系統(tǒng)(1)泡沫水雨淋滅火系統(tǒng)。該系

10、統(tǒng)的任務是冷卻屋頂承重金屬構件保護鋼屋架和撲滅機庫地面油火, 同時保護工作人員疏散和消防救援人員的安全。對飛機庫的滅火設計要求應是快速反應、快速滅火。美國消防協(xié)會NFPA 409飛機庫防火標準要求30s內(nèi)控制火災，60s內(nèi)撲滅火災。要在短時間內(nèi)達到控火滅火的目的，唯有采用自動化程度高，滅火效果好 的泡沫水雨淋系統(tǒng)。采用泡沫水雨淋系統(tǒng)冷卻屋頂承重金屬構件可不再噴涂防火隔熱涂料，系一舉兩得的技術措施。由于飛機停放和維修區(qū)占地面積大，I類機庫一個防火分區(qū)允許建筑面積為5 00030000m,如此大面積的機庫內(nèi)泡沫水雨淋滅火系統(tǒng)若不采取分區(qū)限量供水，其消防系統(tǒng)的計算流量非?？捎^。按機規(guī)規(guī)定，I類機庫的

11、泡沫水雨淋系統(tǒng)的泡沫混合液供給強度為6.5L/(min m 2)(當采用水成膜泡沫液時)，滅火持續(xù)時間45min(泡沫混合液連續(xù)供給1 0min，隨后35min噴清水)。按上述規(guī)定系統(tǒng)計算流量相當可 觀，因此宜在平面上進行適當分區(qū)。按機規(guī)要求，一個分區(qū)的最大保護地面面積不應大于1400mt 每個分區(qū)應由 一套 雨淋閥組控制。同時還規(guī)定泡沫 水雨淋系統(tǒng)的用水量必須滿足以火源點為中心 30m半徑水平范圍內(nèi)所有分區(qū)系統(tǒng) 的雨淋閥組同時啟動的最大用水量。因此在機庫平面內(nèi)順長度方向每10m左右劃成一個區(qū)共計 15個區(qū)，每區(qū)面積927.2m2<1400mL兩個機塢頭各分一個區(qū)，總共17個區(qū)由17組雨

12、淋閥組控制。 按最不 利著火點為中 心30.0mJP水平半徑范圍內(nèi)所有泡沫雨淋噴頭同時灑水的要求，其雨淋系統(tǒng)的最大計算消防用水量為588L/S。(2)由于機翼面積大于280m2,按規(guī)定還應設置翼下泡沫炮和泡沫槍滅火系統(tǒng)。翼下泡 沫炮滅火系統(tǒng) 是泡沫水雨淋系統(tǒng)的輔助滅火設施，其功能是將泡沫直接噴射到機翼和中央機翼下部的地面，控制和撲滅泄漏燃油發(fā)生的流散火，同時對機身下部有冷卻作用。當采用 水成膜泡沫液時，泡沫混合液的設計供給強度不小于4.1L/(min -m2),連續(xù)供給時間不 小于10min。泡沫槍滅火系統(tǒng)可以與翼下泡沫炮滅火系統(tǒng)合 并設置，也可與普通消火栓滅火系統(tǒng)合并設置(此時應自備泡沫液)

13、。泡沫槍采用室內(nèi)消火栓接口，公稱直徑 DN 65mm消防水帶長度不宜小于40.0m,對于任一著火點必須有兩支泡沫槍同時到達。當采用水成膜泡沫液時，一支泡沫槍的泡沫混合液流量不小于4.0L/S ,連續(xù)供給時間不小于 20min。關于機庫各種滅火系統(tǒng)設計有關技術問題不再一一介紹。4小結上述實例僅為了說明在各種不同高大空間生產(chǎn)性建筑內(nèi)當建筑高度超過8.0m時，如何完善自動噴水滅火系統(tǒng)設計的有關技術措施。對于儲存?zhèn)}庫特別是高架倉庫等嚴重危險性建筑自動噴水滅火系統(tǒng)設計（不能用水保護的儲存?zhèn)}庫不在此列 ），更是當前設計中的焦點。 以儲存丙類物品為例，其儲存對象為閃點 ）60C的液體和可燃固體，一旦發(fā)生火災

14、不僅火災發(fā)展迅速，蔓延速度快，造成的火災損失也大。高架倉庫由于層高高，自動噴水滅火系統(tǒng)設計規(guī)范第 4.2.3條要求：（I）設置在屋 面板下的噴頭 間距不應大于2.0m； （U）貨架內(nèi)應分層布置噴頭；（W）分層板上如有孔洞、縫隙，應在該處噴頭上方設置集熱板。高架倉庫分層設置噴頭，從技術、經(jīng)濟、安裝、維護管理諸方面都比普通庫房采用自動噴水滅火系統(tǒng)投資大，要求嚴，維護管理工作量大。能否簡化系統(tǒng)設計，減少投資，又能確保滅火安全，是目前許多國家正在進行研究的一個課題。其核心是針對高危險火災且堆積很多貨物的大面積高空間的儲存?zhèn)}庫， 自動噴水滅火系統(tǒng)應采用什么噴頭的問題。我國目前在這方面的技術投入幾乎是空白

15、，而英、美等國在這方面作了大量的研究工作。目前有美國可靠公司（Reloable）的早期滅火快速反應（ESFR）噴頭；英國噴寶的LD型大水滴灑水頭和 ESFR 1型早期壓制快速動作灑水頭等專為對付高危險度的火災。ESFR噴頭有一個快速反應熱敏元件，此元件使該種噴頭比傳統(tǒng)普通噴頭反應快得多 （當庫房高度超過 8.0m時，熱敏元件的快速反應尤其重要 ）o這對于保證噴頭能及時開放噴水滅火至關重要，同時該噴頭在高壓下（噴頭處工作壓力不小于 0.35MPa）噴出大量的水（直彳至19mm賁嘴，在最小壓 力0.345MPa的作用下， ESFR噴頭出流量為6.3L/S） 有足夠的水流量抑制火災。ESFR噴頭的另

16、一特點是噴頭在撲滅貨架上部火的同時，噴頭中心有一股強大的水柱，可以穿過貨架撲滅在噴頭下方貨架底部的火災。因此，安裝了ESFR噴頭，就可以取消分層布置的噴頭，噴頭直接安裝在屋面板下，噴頭間距可達3.05mo這就大大簡化了系統(tǒng)設計，同時也提高了該系統(tǒng)控火、滅火的可靠性。 因為ESFR噴頭是以噴出水流的動量（高壓和大水滴）直接作用于火災物體的表面。ESFR噴頭為自動噴水滅火系統(tǒng)在高大空間建筑尤其是高架倉庫中的應用，提供了更完善、更可靠的保護。ESFR噴頭目前在中國（廈門）柯達工程，美國戴爾計算機（廈門）新工廠等工程中應用。據(jù)有關資料， 美國對安裝ESFR噴頭的自動噴水滅火系統(tǒng)的應用條件作了限制。對于高架倉庫而言：倉庫高度不大于12.2m（40英尺），貨架高度低于10.7m（35英尺）。同時對ESFR噴頭的安裝作了極嚴格規(guī)定，目的是保證系 統(tǒng)更好地發(fā)揮作用。ESFR噴頭滅火系統(tǒng)與我國儲存?zhèn)}庫等嚴重危險等級建筑自動噴水滅火系統(tǒng)設計參數(shù)比較見表1。表1系統(tǒng)設計參數(shù)比較系統(tǒng)類別ESFR噴頭系統(tǒng)嚴重危險級自動噴水滅火系統(tǒng)噴水強度(L/(min m2)40.8615.0作用面積（m2）111.6300噴頭工作壓力（MPa）0.350.10噴頭最大間距（m）3.052.30每個