李少華, 張冰洋

(成都基準(zhǔn)方中建筑設(shè)計(jì)有限公司， 四川成都 610011)

1 國(guó)家規(guī)范要求

首先要明確影響噴水管管徑的幾個(gè)因素：

(1)管內(nèi)流速不能超過(guò)規(guī)范許可，根據(jù)GB 50084-2017《自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《噴規(guī)》)中9.2.1 條，管道內(nèi)的水流速度宜采用經(jīng)濟(jì)流速，必要時(shí)可超過(guò)5 m/s，但不應(yīng)大于10 m/s。但GB 50974-2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《消規(guī)》)中8.1.8 又規(guī)定，消防給水管道的設(shè)計(jì)流速不宜大于 2.5 m/s ，自動(dòng)水滅火系統(tǒng)管道設(shè)計(jì)流速，應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《噴規(guī)》、GB 50151-2010《泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《泡規(guī)》) 、GB 50219-2014《水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB 50338-2003《固定消防炮滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定，但任何消防管道的給水流速不應(yīng)大于 7 m/s。兩本現(xiàn)行規(guī)范有矛盾的時(shí)候，原則上應(yīng)該以低限執(zhí)行。那么，原則上，要保證管內(nèi)流速不超過(guò)7 m/s。

(2)管徑要滿(mǎn)足流量的需求，而流量又受?chē)娝畯?qiáng)度的影響。關(guān)于噴水強(qiáng)度的規(guī)定，在《噴規(guī)》第5章表5.0.1里有詳細(xì)規(guī)定。

(a)噴頭布置

(b)噴頭與墻的距離

2 設(shè)計(jì)計(jì)算

在設(shè)計(jì)中采用“矩形面積-逐點(diǎn)法”來(lái)進(jìn)行水力計(jì)算，因?yàn)閷?shí)際火災(zāi)發(fā)生時(shí)，一般都是火源點(diǎn)呈輻射狀向四周擴(kuò)大蔓延，而只有失火區(qū)上方的噴頭才會(huì)開(kāi)啟噴水。因此采用作用面積保護(hù)方法，即僅在作用面積內(nèi)的噴頭才計(jì)算噴水量是合理的。同時(shí)，由于火災(zāi)時(shí)空氣對(duì)流及風(fēng)的影響，作用面積的形狀以呈矩型更為合理，且矩形面積在管道水力計(jì)算時(shí)也是最不利的。因而這種“矩形面積-逐點(diǎn)法”符合火場(chǎng)實(shí)際，是合理的、安全的，也是《噴規(guī)》的推薦作法。

在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，建設(shè)方經(jīng)常要求設(shè)計(jì)師按照《噴規(guī)》表8.0.9(見(jiàn)表1)為依據(jù)來(lái)設(shè)計(jì)噴水管徑，因?yàn)橐?guī)范條文解釋說(shuō)這一條適用于標(biāo)準(zhǔn)流量灑水噴頭。那么下面就來(lái)分析一下按這種管徑配管是否可行。根據(jù)現(xiàn)行GB 50067-2014《汽車(chē)庫(kù)、修車(chē)庫(kù)、停車(chē)場(chǎng)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》中7.2.3 的規(guī)定，Ⅰ類(lèi)地下、半地下汽車(chē)庫(kù)、修車(chē)庫(kù)以及停車(chē)數(shù)大于100輛的室內(nèi)無(wú)車(chē)道且無(wú)人員停留的機(jī)械式汽車(chē)庫(kù)宜采用泡沫-水噴淋系統(tǒng)，泡沫-水噴淋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《泡規(guī)》的有關(guān)規(guī)定。在《噴規(guī)》這條條文里提到的《泡規(guī)》的規(guī)定，其實(shí)就是指《泡規(guī)》的7.3.4.1系統(tǒng)的作用面積應(yīng)為465 m2的規(guī)定，而不采用泡沫-水噴淋系統(tǒng)，用噴水系統(tǒng)的話，作用面積為160 m2。即車(chē)庫(kù)泡沫-水噴淋系統(tǒng)的作用面積是噴水系統(tǒng)作用面積的近3倍?，F(xiàn)在按照規(guī)范規(guī)定的車(chē)庫(kù)中危險(xiǎn)II級(jí)的最大間距3.4 m來(lái)布置噴頭，然后對(duì)465 m2和160 m2兩個(gè)不同大小的作用面積分別進(jìn)行水力計(jì)算，看理論上最小設(shè)計(jì)流量的噴頭布置方式會(huì)得到怎樣的結(jié)果。首先計(jì)算作用面積為465 m2的情況，通過(guò)天正軟件的計(jì)算我們可以得出(由于篇幅原因，計(jì)算結(jié)果都不羅列)，無(wú)論是最不利還是最有利面積都有管道流速超過(guò)7 m/s的情況出現(xiàn)，且系統(tǒng)工作壓力已經(jīng)達(dá)到1.14 MPa，遠(yuǎn)高于《噴規(guī)》8.0.7條，輕危險(xiǎn)級(jí)、中危險(xiǎn)級(jí)場(chǎng)所中各配水管入口的壓力均不宜大于0.40 MPa的規(guī)定；然后又計(jì)算作用面積為160 m2的情況，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)管道內(nèi)的流速都在規(guī)范許可范圍內(nèi)，系統(tǒng)流量為29.12 L/s，作用面積入口壓力0.37 MPa，證明《噴規(guī)》表8.0.9推薦管徑是可行的。因此，在噴淋管徑的設(shè)計(jì)中不能簡(jiǎn)單的按照規(guī)范規(guī)定的下限值進(jìn)行設(shè)計(jì)，還是要根據(jù)具體情況，在水力計(jì)算的基礎(chǔ)上確定噴淋管徑。

既然《噴規(guī)》推薦的配管方式不能滿(mǎn)足系統(tǒng)作用面積為465 m2的情況，那么當(dāng)作用面積為465 m2的時(shí)候，泡沫-水噴淋系統(tǒng)的又該怎么配管呢？下面根據(jù)實(shí)際項(xiàng)目(圖2)來(lái)進(jìn)行計(jì)算，整個(gè)計(jì)算方法如下，根據(jù)管網(wǎng)布置，首先確定最不利面積和最有利面積，因?yàn)樽畈焕娣e離水流指示器最遠(yuǎn)，水頭損失最大，因此以最不利處噴頭工作壓力來(lái)計(jì)算系統(tǒng)工作壓力；而最有利面積離水流指示器最近，此處噴頭工作壓力最大，噴頭流量最大，因此以最有利面積來(lái)計(jì)算系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量。通過(guò)天正軟件對(duì)兩塊面積的噴淋系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，需要滿(mǎn)足最不利點(diǎn)四個(gè)噴頭圍合面積內(nèi)噴水強(qiáng)度和整個(gè)保護(hù)面積內(nèi)的噴水強(qiáng)度要求，同時(shí)，管內(nèi)流速不能超過(guò)規(guī)范上限，筆者通過(guò)大量計(jì)算(對(duì)于各計(jì)算結(jié)果此處不再羅列)，得出一個(gè)優(yōu)化的管徑和噴頭數(shù)的對(duì)照表(表2)。

表1 《噴規(guī)》表8.0.9輕、中危險(xiǎn)級(jí)場(chǎng)所中配水支管、配水管控制的標(biāo)準(zhǔn)流量灑水噴頭數(shù)量

圖2 系統(tǒng)作用面積

表2 自噴系統(tǒng)管徑選用

以此對(duì)系統(tǒng)管徑的優(yōu)化，防火分區(qū)內(nèi)無(wú)論是最不利面積還是最有利面積內(nèi)的噴水管內(nèi)流速都在經(jīng)濟(jì)流速內(nèi)，系統(tǒng)壓力均衡，系統(tǒng)噴水強(qiáng)度和流量也在正常的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。但筆者也注意到，作用面積內(nèi)干管入口壓力偏低(0.193 MPa)。那么調(diào)整一下最有利面積的噴水管管徑，使配水管入口壓力滿(mǎn)足《噴規(guī)》8.0.7條“輕危險(xiǎn)級(jí)、中危險(xiǎn)級(jí)場(chǎng)所中各配水管入口的壓力均不宜大于0.40 MPa”的規(guī)定，然后看看情況又如何？通過(guò)計(jì)算可以看到，當(dāng)保護(hù)面積入口壓力接近0.4 MPa時(shí)，系統(tǒng)流量為119.34 L/s,噴水強(qiáng)度達(dá)到15.3 L/(min·m2)，這是接近嚴(yán)重危險(xiǎn)II級(jí)的一個(gè)噴水強(qiáng)度，雖然沒(méi)有規(guī)范條文界定噴水強(qiáng)度的合理區(qū)間，但筆者個(gè)人認(rèn)為這是過(guò)度保護(hù)，影響到工程的建安成本。

3 結(jié)論

在筆者的圖審工作中，發(fā)現(xiàn)絕大部分設(shè)計(jì)人員所設(shè)計(jì)的噴水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量都是一個(gè)定值，雖說(shuō)可以通過(guò)系統(tǒng)管徑和壓力的控制來(lái)達(dá)成這個(gè)定值，但是設(shè)計(jì)管徑、系統(tǒng)壓力和流量之間必須匹配。如果系統(tǒng)工作壓力和工作流量不匹配的話，隨著火災(zāi)蔓延，動(dòng)作的噴頭數(shù)越來(lái)越多，在最不利面積處很可能發(fā)生系統(tǒng)壓力不足，噴水強(qiáng)度不足的問(wèn)題，而最有利面積又會(huì)發(fā)生噴水強(qiáng)度過(guò)大，噴水系統(tǒng)儲(chǔ)水提前耗盡的問(wèn)題，這些情況都會(huì)影響噴水系統(tǒng)對(duì)火勢(shì)的控制和撲滅。而筆者通過(guò)這些計(jì)算得出的針對(duì)泡沫-水噴淋系統(tǒng)管徑選用表，也僅供設(shè)計(jì)人員參考，設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)各項(xiàng)目的具體情況，如危險(xiǎn)等級(jí)、噴頭的K值系數(shù)、布置的疏密，以及建設(shè)方的要求進(jìn)行調(diào)整，但設(shè)計(jì)思路大致如此。需要注意的是，防火分區(qū)面積越大，越需要注意沿程水頭損失對(duì)設(shè)計(jì)流量的影響，因?yàn)檠爻痰乃^損失會(huì)疊加到最有利面積處的工作壓力上，造成最有利面積處噴頭工作壓力的增大。因此，噴水支管應(yīng)盡量按規(guī)范要求沿長(zhǎng)邊布置，以減少干管長(zhǎng)度，從而減少沿程水頭損失；而且，按“矩形面積-逐點(diǎn)法”反推計(jì)算出的防火分區(qū)入口壓力不宜超過(guò)0.4 MPa，否則需通過(guò)放大管徑，或減少?lài)婎^數(shù)量來(lái)減少沿程水頭損失。在這里需要強(qiáng)調(diào)的是，噴水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量、揚(yáng)程一定要通過(guò)計(jì)算得出，這個(gè)數(shù)據(jù)是噴水泵選型的依據(jù)。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，不能僅僅算一個(gè)系統(tǒng)工作壓力，而流量取個(gè)經(jīng)驗(yàn)值。

4 對(duì)車(chē)庫(kù)噴淋設(shè)計(jì)的一些思考

首先，對(duì)有關(guān)文獻(xiàn)[1]自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)奏效率進(jìn)行分析(表3),可以看出一個(gè)噴頭所撲滅的火災(zāi)次數(shù)，占總奏效次數(shù)的百分比為53.16%/95.81%=55.5%，意味著一半以上的火災(zāi)是靠一個(gè)噴頭解決問(wèn)題的；當(dāng)噴頭動(dòng)作數(shù)為6個(gè)時(shí)，奏效率為86.28%/95.81%=90%；當(dāng)噴頭動(dòng)作數(shù)為10個(gè)時(shí)，奏效率為89.46%/95.81%=93.4%；當(dāng)噴頭動(dòng)作數(shù)上升至20個(gè)時(shí)，其奏效率已達(dá)96 %(92.02 %/95.81 %)?？紤]加權(quán)平均未統(tǒng)計(jì)噴頭個(gè)數(shù)的107次奏效案例,20個(gè)噴頭時(shí)滅火成功率為(1+2.63%)×92.02/95.81=98.6%。再增加噴頭的動(dòng)作數(shù)量對(duì)提高火災(zāi)撲救率沒(méi)有多少作用，噴頭動(dòng)作數(shù)在30個(gè)以上的火災(zāi)案例不到0.5 %，所以工程設(shè)計(jì)中無(wú)需盲目加大設(shè)計(jì)流量。

表3 1969～1978年紐約8000座規(guī)范4061次火災(zāi)中自動(dòng)噴消防奏效率分析

再來(lái)看看未奏效原因分析表 (表4)，可以看到，超過(guò)半數(shù)的不成功案例是因?yàn)楣┧蹴敱魂P(guān)閉，這是現(xiàn)在自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)中必須采用信號(hào)閘閥的原因。如果能避免這些維管工作中的失誤，噴淋系統(tǒng)的奏效率會(huì)更高。

表4 1969～1978年紐約8000座高層建筑4061次火災(zāi)中自動(dòng)噴水系統(tǒng)未奏效原因分析

而且，90 %的成功撲救火災(zāi)案例只開(kāi)放了6個(gè)噴頭，系統(tǒng)流量不到10 L/s，就算選用流量為30 L/s的噴淋泵，流量都超出了2倍以上，泄壓閥非設(shè)置不可，而且要求泄壓閥具有良好的性能。所以，地下室泡沫—水噴淋系統(tǒng)作用面積465 m2的規(guī)定是否合理，值得商榷。規(guī)范解釋是油品等液體火災(zāi)，不但熱釋放速率大，而且會(huì)產(chǎn)生大量高溫?zé)煔?，高溫?zé)煔鈹U(kuò)散至距火源較遠(yuǎn)處時(shí)還可能啟動(dòng)噴頭；另外，液體火災(zāi)的蔓延速度很快，短時(shí)間內(nèi)可能會(huì)形成較大面積的火災(zāi)，這也需要系統(tǒng)具有較大的作用面積，以覆蓋著火區(qū)域。因此，開(kāi)放的噴頭數(shù)量可能較多，開(kāi)啟噴頭的總覆蓋面積比著火面積要大，甚至大很多。但有觀點(diǎn)認(rèn)為從汽車(chē)本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來(lái)看， 應(yīng)將汽車(chē)火災(zāi)危險(xiǎn)性劃為丁類(lèi)和中危險(xiǎn)級(jí)比較適宜。 汽車(chē)自燃，油箱一般不會(huì)爆炸，燃燒也不是從油箱引起燃燒的，列入B類(lèi)火災(zāi)是不合理的。而且規(guī)范 上也是說(shuō)地下車(chē)庫(kù)宜設(shè)置泡沫-水噴淋滅火系統(tǒng)，所以各地在規(guī)范的執(zhí)行上還存在差異。

其次，作用面積大，帶來(lái)一系列問(wèn)題。首先就是作用面積 內(nèi)噴頭數(shù)增加，設(shè)計(jì)流量增大，消防水池增大，系統(tǒng)配管管徑也增大。不但增加了項(xiàng)目造價(jià)，而且跟系統(tǒng)實(shí)際工作情況不符，造成系統(tǒng)總是在超壓狀態(tài)下工作，造成噴水強(qiáng)度過(guò)大，如果噴頭布置再較密的話，則容易出現(xiàn)“跳噴”現(xiàn)象，安全性降低，浪費(fèi)建設(shè)成本；但如果減小系統(tǒng)管徑，雖可以節(jié)約初期管網(wǎng)投資，但管網(wǎng)壓力偏高，最有利面積工作壓力太大，造成系統(tǒng)流量變大，因此要增大噴淋泵的型號(hào)、用電負(fù)荷和水池容積，常年為保證消防水質(zhì)，更換消防池水，也增加了成本。本文雖然是以車(chē)庫(kù)噴淋系統(tǒng)舉例來(lái)闡述噴淋設(shè)計(jì)思路的，但同樣適用于不同場(chǎng)所的噴淋設(shè)計(jì)。作為設(shè)計(jì)人員，應(yīng)在認(rèn)真計(jì)算基礎(chǔ)上，在規(guī)范條文的約束下，來(lái)找到安全性和經(jīng)濟(jì)性的最佳平衡點(diǎn)。