场所自动灭火系统设计对比分析

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0引言

对于高大空间场所的自动灭火系统设计,自2021年10月1日起实施《自动跟踪定位射流灭火系统技术标准》(GB41427-2021),在此之前大空间场所的设计所采用的依据以及所用的参考文件主要为“大空间规程”(CECS263∶2009)以及《给水排水设计手册》第2.5章节中关于高大空间的内容。以上两种标准下文简称“自动跟踪标准”及“大空间规程”,均为现行常用设计依据,所涉及的灭火系统均为常用灭火系统。本文以某建筑工程实例为条件,分别采用喷射型自动射流灭火系统,以及另外一种比较常用的大空间智能型主动喷水灭火系统进行设计,通过对比设计,更深入了解两者区别,供设计同仁参考。

1工程概况

某综合医院建筑,地上五层,建筑高度23.50m,设置自动喷水灭火系统。其中:采光中庭1的长度为32.00m,宽度为8.90m,中庭的高度为21.50m;中庭2的长度为15.80m,宽度为6.00m,中庭的高度为21.50m,上部为钢架及透光屋顶。中庭因高度超过18m,根据规范无法采用普通的自喷灭火系统,可选择自动跟踪定位射流灭火系统,或者另外一种比较常用的大空间智能型主动喷水灭火系统。本工程喷水灭火水泵参数为:Q=60L/s,H=1.30MPa,N=160kW;屋顶喷水灭火稳压设备参数为:Q=1L/s,H=25m,N=1.5kW,配置150L气压罐。

2采用喷射型自动射流灭火系统进行设计

本建筑中庭1的长度为32.00m,宽度为8.90m,场所的危险等级为中危险级。按照“自动跟踪标准”,若采用喷洒型自动射流灭火系统,其保护半径均小于自动消防炮系统及喷射型灭火系统,为了满足探测火灾及射流水柱能覆盖中庭1的所有保护区域内,其所需的灭火装置数量必然较大,且本中庭的屋顶为透光玻璃,不适宜安装喷射型,故不适用于本中庭。对于类似于候车厅、展厅等空间较大的中危险级场所,喷水装置需要40m或者更大的保护半径方能满足使用要求,可优先选用自动消防炮灭火系统。本建筑中庭1的宽度8.9m,中庭2的宽度为6.0m,适合选用喷射型自动射流灭火系统或消防炮系统,但是由于采用消防炮系统的额定流量比较大,灭火用水量也大,最终本建筑的中庭灭火选用自动射流灭火系统。选用额定流量为10L/s,额定工作压力0.8MPa,额定最大压力保护半径为28m的射流装置。

2.1喷射型自动射流灭火系统(下文简称“射流系统”)的选型及基本参数确定

根据规范规定,在中危险级火灾情况时,射流系统的单台灭火装置流量应大于等于10L/s。本建筑为中危险级,可根据“自动跟踪标准”中如表取装置参数。本建筑选择额定流量为10L/s,额定工作压力0.8MPa,额定最大压力保护半径为28m的射流装置。

2.2喷射型自动射流灭火系统最大保护半径的确定

当灭火装置的设计工作压力不同于其额定工作压力时,灭火装置的保护半径与其额定值相比会有相应变化。对于喷射型自动射流灭火装置,保护半径变化与压力变化的平方根成正比。对于喷洒型自动射流灭火装置,由于其喷洒射流过程中,存在驱动灭火装置旋转和水流撞击等能量损失,其保护半径变化与压力变化的平方根并不成正比,故应根据产品公布的性能参数确定。以下计算以采光中庭1为例计算灭火装置的最大保护半径。

2.3喷射型自动射流灭火系统的流量计算

根据“自动跟踪标准”4.6.1条,灭火装置的设计流量可按式(2)计算。以下计算以采光中庭1为例计算灭火装置的设计流量,本工程中灭火装置的额定流量q0=10L/s,P0=0.8MPa,水泵扬程1.30MPa,水泵至灭火装置高差为27m,损失约为10m,灭火装置处的设计工作压力为Pe=1.30-0.27-0.1=0.93(MPa)。计算得出q=10.78L/s。根据此方法可计算出实际火灾时开启的第二只灭火装置的流量q=10.89L/s。自动跟踪定位射流灭火系统的设计流量应为同时开启的所有灭火装置流量之和。喷射型自动射流灭火系统灭火装置的设计同时开启数量应按2台确定,火灾时具体着火点附近的哪两台同时启动,应由控制系统确定。本建筑工程的中庭1共布置3台灭火装置,中庭1着火时启动2台,系统的设计流量q总=21.67L/s。

2.4喷射型自动射流灭火系统的喷射时间要求

扫描定位装置检测到火灾,系统立即启动后,应能保持连续喷水。当火灾已被熄灭,系统探测不到火源时,喷射型装置应连续喷水不小于5min后方可停止。系统停止喷水后若火灾复燃或者其他原因再次探测到火源时,应能再次启动射流装置灭火。自动跟踪定位射流灭火系统的设计持续喷水时间应不小于1.0h[1]。

2.5喷射型自动射流灭火系统的系统控制要求

射流系统应同时具备3种开启射水装置的方法,分别是自动控制、消防控制室远程控制和现场手动控制。本工程中庭1布置3台喷射型射流装置,火灾时两台启动;中庭2布置2台喷射型射流装置,火灾时两台都启动。消防控制室控制和现场手动控制相对于自动控制应具有优先权。

3采用大空间智能型主动喷水灭火系统进行设计

3.1大空间系统的选型及基本参数确定

“大空间规程”中根据单个喷头标准分为[2]:(1)大空间智能灭火装置,喷水量5L/s,保护半径≤6m,可用于高度小于25m的顶部安装,或采用架空安装,架空安装时,所在场所的净空高度不限。但灭火装置的安装高度应满足6≤h≤25m。(2)自动扫描射水灭火装置,喷水量2L/s,保护半径≤6m,可用于高度小于6m的顶部安装,或采用架空安装,架空安装时,所在场所的净空高度不限,但灭火装置的安装高度应满足2.5≤h≤6m。也可采用边墙或者退层安装,边墙或者退层安装时,所在场所的净空高度不限,但灭火装置的安装高度应满足2.5≤h≤6m。(3)自动扫描射水高空水炮灭火装置。喷水量5L/s,保护半径≤20m,可用于高度小于20m的顶部安装,或采用架空安装,架空安装时,所在场所的净空高度不限,但灭火装置的安装高度应满足6≤h≤20m。也可采用边墙或者退层安装,边墙或者退层安装时,所在场所的净空高度不限,但灭火装置的安装高度应满足6≤h≤20m。本工程中庭高度为21.50m,顶部为玻璃,拟采用顶部边墙安装,根据以上适用条件,设计选用大空间智能型主动灭火装置,标准喷水强度2.5L/(min•m2),单个喷头保护半径6m,流量系数K=190,单个喷头标准喷水流量5L/s,标准工作压力0.25MPa。

3.2大空间智能型主动喷水系统配水管道压力

控制标准型大空间智能灭火装置,配水管道的布置应使配水管入口的压力接近均衡,喷头处的标准工作压力为0.25MPa,配水管入口处的压力上限值为0.6MPa。配水管水平管道入口处的压力超过0.6MPa,应设置减压装置。管道直径应根据水力计算确定。本工程在配水横干管设置减压阀后再设置减压孔板,孔板后压力剩余0.25MPa。

3.3大空间智能型主动喷水系统设计流量的确定

如果喷头布水均匀且设计工作压力接近额定工作压力,计算方法可以采用喷头个数与额定流量相乘。“大空间规程”5.0.2条各表格中,给出灭火装置在火灾情况下同时开启装置的个数(包含同时仅开启1台装置),由此来确定系统设计流量。“大空间规程”并没有要求被保护区域的任一部位需两股水柱保护,只要是在一个防火分区,单个灭火装置探测覆盖范围能包含所有位置,是可以采用一个标准灭火装置进行保护的[3]。大空间智能型主动喷水系统流量也可以采用流量系数和流量公式计算总流量。本工程因横干管压力远大于额定工作压力,采用此法计算总流量。根据“大空间规程”10.2.2条[2],单个喷头在设计工作压力下的流量公式为式(3):q=1/60K10P(3)式中P———喷头工作压力,MPa;K———喷头流量系数,大空间大流量喷头的流量系数查规范,K=190。本工程标准型大空间智能灭火装置的系统设计流量,按照“大空间规程”10.1.2条公式计算。本工程横干管减压设施后压力减为0.25Mpa，计算出总流量约为30L/s。3.4大空间智能型主动喷水系统控制大空间智能型主动喷水灭火系统应同时具备3种开启喷水装置,分别是自动控制、消防控制室远程强制控制和水泵房现场控制。大空间智能灭火装置的每个智能型探测组件可控制1~4个喷头。本工程采用两个探测组件,火灾时探测装置探测到火灾即开启所控制的4个喷头。

4结语

喷射型自动射流灭火系统属于扫描精准灭火,并无喷水强度的要求,以设计最大保护半径为主要依据布置灭火装置,以设计工作压力推算灭火装置的设计流量,至少开启两个灭火装置,两个灭火装置的总流量即为设计总流量。大空间智能型灭火系统的灭火方式类似于喷淋,喷头额定工作压力较小,火灾时探测器探测火灾,能探测到的装置全部同时喷水,火灾时应控制配水管压力,如果配水管工作压力远大于额定工作压力,用水量将会较大。喷射型自动射流灭火系统的单个装置喷水流量、额定工作压力、保护半径、安装高度上限值相比大空间智能型灭火系统都是更大的。

作者:张红涛 袁雅静 王黄金 单位:中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司 河南省朝阳建筑设计有限公司