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高、大型建筑自動消防設(shè)計探討廈門中建東北設(shè)計院
高、大型公共建筑、工業(yè)廠房、儲存?zhèn)}庫等隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展不斷涌現(xiàn)，這些建筑物無論在體型大小、空間高度使用功能、裝修標準等方面均較過去50－70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、火災隱患大的大型空間建筑。
自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)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(shè)噴頭“本條主要參照日本消防法規(guī)關(guān)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。
作者計為此條規(guī)定適用于某些建筑的中庭或是共享空間等，而不適用于各種高、大空間建筑。
無凝在高大型建筑內(nèi)采用普遍型噴頭的自動噴水滅火系統(tǒng)是無法達到控火、滅火的目的，更不能套用《自噴》規(guī)范第4、3、2條的規(guī)定不設(shè)噴頭，不加保護。應(yīng)該根據(jù)建筑物（或構(gòu)筑物）的使用功能、火災危險性、建筑物體型高度等督促檢查情況綜合考慮建筑防火設(shè)計方案和消防技術(shù)措施。
建筑物的防火安全設(shè)計是一門綜合性科學，是由多專業(yè)（建筑、結(jié)構(gòu)、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)。
鑒于我國國情和經(jīng)濟體制的關(guān)系我國目前對于上述高大空間建筑無論在消防設(shè)計技術(shù)、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(yīng)用技術(shù)的研究中關(guān)鍵是噴頭構(gòu)造和性能的技術(shù)研究。因為噴頭起著探測火災、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)各種性能噴頭，如：快速響應(yīng)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(yīng)用范圍更廣，滅火更安全、可靠。例如：目前被美國消防協(xié)會NF－PA－231認可的ESFR噴頭的應(yīng)用對于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。
例舉以下數(shù)例，意在說明高度超過8．0m的大型空間如何應(yīng)用自動噴水滅火系統(tǒng)加以保護的設(shè)計技術(shù)措施；另一方面意在呼吁有關(guān)科研、設(shè)計、生產(chǎn)部門更多地投入研制、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。
實例之一：
某工程單層廠房占地面積30000多平方米，屬丙類生產(chǎn)類別，按《建規(guī)》規(guī)定該廠房除了應(yīng)設(shè)置消火栓滅火系統(tǒng)外，還應(yīng)設(shè)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720m2，兩處面積540m2）由于采用豎式天窗，故采光天窗處屋面比其他地方高于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(yīng)大水滴噴頭的話，一方面國內(nèi)此類產(chǎn)品缺少，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)多次研究比較決定采用加集熱板的輔助技術(shù)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、縫隙時應(yīng)在該處噴頭上方設(shè)置集熱板，目的是當發(fā)生火災時為使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(yīng)及時開放噴水、集熱板僅僅是一種輔助技術(shù)措施，最后確定方案如下：
廠房內(nèi)按中危險級設(shè)防，滿鋪噴頭，噴頭安裝高度一律距地7．6－8．1m，距屋面板內(nèi)底距離≤300mm（非采光天窗處）；在采光天窗處下方噴頭則距采光天窗處屋面板內(nèi)底為≤3．3m，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(shè)集熱板。
集熱板為鋁合金金屬板或白鐵皮板，每塊尺寸300×400mm（規(guī)范規(guī)定集熱板面積不應(yīng)小于1200mm2，最小一邊不應(yīng)小于200mm翻邊20mm）（見下面示意圖），板中鉆一小孔，孔徑略大于?25mm鍍鋅鋼管外徑，將板套在?25mm噴頭連接支管上，然后采用點焊，將板固定在噴頭連接地支管上，噴頭距板內(nèi)底距離為75－150mm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。
實例之二：
某貨運中心原設(shè)計層高8．1m，屋頂為金屬承重結(jié)構(gòu)，按有關(guān)規(guī)定設(shè)置了自動噴水滅火系統(tǒng)，原設(shè)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)管道一起往上抬高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(shè)一層自動噴水滅火系統(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(shè)一層自動噴水滅火系統(tǒng)，其噴頭設(shè)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150mm距離要求。因此，在下面一層每個噴頭上方均加設(shè)一個集熱板，集熱板做法同上。
實例之三：
某飛機維修中心，總建筑面積13，868m2，長152m，寬91．5m，屋頂為金屬承重構(gòu)件，坡屋面頂最高高度為35．0m，最低31．5m平均屋面高度33．25m，屬I類機庫，可同時停放或維修二架波音747飛機，由于屋面平均高度達33．25m，面積達13868m2，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(shè)計防火規(guī)范的GB50284－98》（以下簡稱機規(guī)）有關(guān)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(yīng)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(shè)置了以下自動消防系統(tǒng)：
1、泡沫一水雨淋滅火系統(tǒng)，該系統(tǒng)的任務(wù)是冷卻屋頂承重金屬構(gòu)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(shè)計要求應(yīng)是快速反應(yīng)、快速滅火，美國消防協(xié)會NFPA－409飛機庫防火標準要求30秒內(nèi)控制火災，60秒內(nèi)撲滅火災，要在短時間內(nèi)達到控火滅火的，唯有采用自動化程度高，滅火效果好的泡沫一水雨淋系統(tǒng)。采用泡沫一水雨淋系統(tǒng)冷卻屋頂承重金屬構(gòu)件可不再噴涂防火隔熱涂料，系一舉雙得的技術(shù)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
0000－30000m2，如此大面積的機庫內(nèi)泡沫一水雨淋滅火系統(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類機庫的泡沫一水雨淋系統(tǒng)的泡沫混合液供給強度為6．5L／分／m2，（當采用水成膜泡沫液時）滅火持續(xù)時間45分鐘，（泡沫混合液連續(xù)供給10分鐘，隨后35分鐘噴清水），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(yīng)大于1400m2，每個分區(qū)應(yīng)由一套雨淋閥組控制。同時還規(guī)定泡沫一水雨淋系統(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＜1400m2，兩個機塢頭各分一個區(qū)，總共17個區(qū)由十七組雨淋閥組控制，按最不利著火點為中心30．0m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(yīng)設(shè)置翼下泡沫槍和泡沫槍滅火系統(tǒng)，翼下泡沫槍滅火系統(tǒng)是泡沫一水雨淋系統(tǒng)的輔助滅火設(shè)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)生的流散水，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(shè)計供給強度不小于4．1L／min/m2，連續(xù)供給時間不小于10．0分鐘。泡沫滅火系統(tǒng)可以與翼下泡沫槍滅火系統(tǒng)合并設(shè)置，也可與普通消火栓滅火系統(tǒng)合并設(shè)置（此時應(yīng)自備泡沫液）。泡沫采用室內(nèi)消火栓接口，公稱直徑D65mm，消防水帶長度不宜小于40．0m，對于任一著火點必須有二支泡沫槍同時到達。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20．0分鐘，善于機庫各種滅火系統(tǒng)設(shè)計有關(guān)技術(shù)問題不再一一介紹。
上述實例僅為了說明在種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(shè)計的有關(guān)技術(shù)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(shè)計（不能用水保護的儲存?zhèn)}庫不在此列），更是當前設(shè)計中的焦點。以儲存丙類物品為例，其儲存對象為閃點≥60℃的液體和可燃固體，一旦發(fā)生火災不僅火災發(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，《自噴》規(guī)范第4、2、3條要求：（i）設(shè)置在屋面板下的噴頭間距不應(yīng)大于2．0m；（ii）貨架內(nèi)應(yīng)分層布置噴頭．．．．．．；（iii）分層板上如有孔洞、縫隙，應(yīng)在該處噴頭上方設(shè)置集熱板。
高架倉庫分層設(shè)置噴頭，無論從技術(shù)、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(shè)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(yīng)采用什么樣噴頭的問題。
我國目前在這方面的技術(shù)投入幾乎是空白，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(yīng)（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(yīng)熱敏元件，此元件使該種噴頭比傳統(tǒng)普通噴頭反應(yīng)快得多（當庫房高度超過8．0時，熱敏元件的快速反應(yīng)尤其重要）這對保證噴頭能及時開放噴水滅火致關(guān)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（?19mm噴咀，在最小壓力0．345MPa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3．05m。這就大大簡化了系統(tǒng)設(shè)計，同時也提高了該系統(tǒng)在控火、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噴頭的研制和應(yīng)用為自動噴水滅火系統(tǒng)在高大空間建筑尤其是高架倉庫提供更完善、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(yīng)用。據(jù)有關(guān)資料提供，美國對安裝ESFR噴頭的自動噴火滅火系統(tǒng)的應(yīng)用條件作了限制，對于高架倉庫而言：倉庫高度不大于12．20m（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(shè)計參數(shù)比較如下：
設(shè)計參數(shù) 噴水強度（L／min.m²） 作用面積（m²） 噴頭工作壓力（MPa） 噴頭最大間距（m） 每個噴頭最大保護面積（m²） 噴頭性能K
系統(tǒng)類別 ESFR噴頭系統(tǒng) 40．86 111．6 0．35 3．05 9．30 204．8
嚴重危險級自動噴水滅火系統(tǒng) 15．0 300 0．10 2．30 5．40 80．0
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