薛仲卿 王 宇

太原工業(yè)學院 （山西太原 030008）

自動噴水滅火系統(tǒng)是一種在火災發(fā)生時，能自動打開噴頭噴水滅火并同時發(fā)出火警信號的消防滅火系統(tǒng)[1-3]。該系統(tǒng)具有結構簡單、使用可靠，系統(tǒng)施工簡單，滅火速度快、控火效率高，系統(tǒng)投資省、經濟性高，適用范圍廣等特點[4]，是用于消防滅火的重要方式之一。

自動噴水滅火系統(tǒng)在近幾十年中得到了飛速的發(fā)展。國內，倪照鵬等[5]通過研究得出快速響應噴頭在反應動作時間、火場環(huán)境溫度控制和燃料的熱損量等方面優(yōu)于特殊響應噴頭的自動噴水滅火系統(tǒng)；楊琦[6]通過平均噴水強度和設計噴水半徑等相關要素的定性與定量分析，推出了噴頭的最大布置間距和最小布置間距的計算方式；洪宗欽等[7]提出可以通過使噴頭和噴水強度滿足要求、選取適當的自動噴水滅火系統(tǒng)、提高噴頭動作時間和選擇合適的水添加劑等方法減少水漬損失，節(jié)約水資源。國外，Futrel8]分析了和天氣有關的水損害對自動噴水滅火系統(tǒng)的影響；Thomas等[9]研究了自動噴水滅火系統(tǒng)因自身缺陷（比如部分噴頭保護不到位、系統(tǒng)凍結等原因）導致火災事故發(fā)生的案例。

針對某人員密集場所，設計一套滿足實際應用且符合國家規(guī)范的自動噴水滅火系統(tǒng)，來預防火災事故的發(fā)生，減少事故的損失，從而進一步提高場所安全性。

1 設計選型及計算

1.1 某超市簡單空間模型的建立

根據現場收集的圖片資料及數據資料（包括該超市平面的長、寬，每層的凈空高度，每層物料、庫房的布置），繪制每層的平面布置圖，建立簡單的空間模型。其中：該超市空間上長70.6 m，寬50 m；第一層的凈空高度為3 m，第二、三層的凈空高度皆為7 m。

1.2 場所火災危險等級設置

根據我國現行標準《自動噴水滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》[10]（GB 50084—2017）：總建筑面積在5 000 m2以上的商場，其火災危險等級為中危險級Ⅱ級。該模型的總建筑面積為10 590 m2，大于該規(guī)范規(guī)定的面積，因此其火災危險等級確定為中危險級Ⅱ級。

1.3 自動噴水滅火系統(tǒng)選型

根據《建筑設計防火規(guī)范》[11]（GB 50016—2014），每層建筑面積超過3000 m2或建筑面積超過9000 m2的百貨樓、展覽樓宜采用閉式自動噴水滅火系統(tǒng)。該模型的單層面積為3530 m2，總建筑面積為10590 m2，因此確定采用閉式系統(tǒng)。

閉式系統(tǒng)中濕式系統(tǒng)的室內工作溫度范圍為4～70℃，而該超市存在暖氣和空調這類供暖和制冷設備以調節(jié)室內溫度，滿足濕式系統(tǒng)的設計要求，且該系統(tǒng)具有結構簡單，施工、管理方便，建筑投資低，管理費用少、節(jié)約能源，滅火速度快、撲救效率高等優(yōu)點，因此確定采用濕式系統(tǒng)。

1.4 基本參數確定

根據《自動噴水滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》，對于中危險級為Ⅱ級的場所，其基本參數確定為：該自動噴水滅火系統(tǒng)的噴水強度為8 L/(min·m2)，作用面積為160 m2，噴頭工作壓力為0.10 MPa。

1.5 噴頭的選擇與管網布置

噴頭選擇玻璃球型噴頭。

噴頭選擇的一般原則：（1）不作吊頂的場所，當配水支管布置在梁下時，應采用直立型噴頭；（2）有吊頂的場所應采用下垂型或吊頂型噴頭；（3）閉式系統(tǒng)中的噴頭，其公稱動作溫度應比環(huán)境最高溫度高30℃。

該超市第一層存在吊頂，而第二、三層無吊頂，因此，第一層選用下垂型噴頭，第二、三層都采用直立型噴頭。室內環(huán)境最高溫度約為32℃，因此選擇動作溫度為62℃。

根據《自動噴水滅火系統(tǒng)設計規(guī)范》，對于噴水強度在8/(min·m2)的情況下，噴頭若采用正方形布置，邊長不能超過3.4 m。因此噴頭采用邊長為3 m的正方形布置，覆蓋整個平面區(qū)域。管網采用中央布置，支狀布置，從而滿足噴頭的布置要求。

1.6 管材與管道安裝

根據設計規(guī)范，管材適宜采用內外壁熱鍍鋅鋼管。管道安裝：在報警閥組前的鋼管采用焊接方式連接，系統(tǒng)其他管道采用溝槽式連接。

1.7 水力計算

1.7.1 矩形面積保護法

矩形面積保護法就是只以確定的矩形區(qū)域內包括的所有噴頭動作所產生的流量進行水力計算，而矩形區(qū)域以外噴頭的無需計算。

對于復雜的管路系統(tǒng)，適宜采用矩形面積保護法。矩形的長（L）、寬（B）分別由以下公式確定：

根據規(guī)范，矩形的長要平行于配水支管，寬要平行于配水管，由此確定最不利區(qū)域矩形范圍內的動作噴頭數為20個，其實際作用面積為180 m2，超過基本參數的作用面積（160 m2），因此要扣去矩形區(qū)域內最有利配水支管的2個噴頭，使得實際作用面積為162 m2，最接近基本參數。

1.7.2 水力計算

（1） 噴頭的流量

式中：q為噴頭出水量，L/s；H為噴頭出水壓力，MPa；k為噴頭流量系數，對于玻璃球噴頭，k值取1.33。

（2） 系統(tǒng)設計流量

式中：Q為自動噴水滅火系統(tǒng)設計流量，L/s；qi為最不利點作用面積各個噴頭的噴水流量，L/min；n為最不利點作用面積內的噴頭數。

（3） 管道流速

v=K0Q

式中：v為管道中的水流速度，m/s；K0為流速系數，m/s；Q為管道水流流量，L/s。其中K0值由所選管道管徑確定。

（4） 管道水頭損失

①沿程水頭損失hg

hg=iL

式中：hg為沿程水頭損失，MPa；i為每米管道水流水頭損失，MPa/m；L為管道計算長度，m。其中管道的計算長度由管段長度和管件當量長度之和確定。

根據設計經驗，每米管道水頭損失i可以由舍維列夫公式計算，即：

式中：v為水流速度，m/s；dj為管道計算內徑，m。

②報警閥產生的壓力損失Hk

Hk=SkQ2

式中：Hk為報警閥產生的壓力損失，MPa；Sk為報警閥阻力系數（對于公稱直徑為100 mm的濕式報警閥，Sk=0.000 030 2；對于公稱直徑為150 mm的濕式報警閥，Sk=0.000 008 69）；Q為通過報警閥的流量，L/s。

（5）水泵揚程

H=p0+0.01Z+Σh+Hk

式中：H為水泵揚程，MPa；p0為最不利點噴頭壓力，MPa；Z為最不利點噴頭與消防水池高度差，m；Σh為系統(tǒng)沿程水頭損失與所有局部水頭損失之和，MPa；Hk為報警閥壓力損失，MPa。

（6）配水支管流量

依照相關經驗公式，可以參照下式進行計算。

式中：Qi為所計算的配水支管流量，L/s；Q1為最不利點所在配水支管流量，L/s；Hi為所要計算配水支管和配水管之間連接點的節(jié)點水壓，MPa；H1為最不利點配水支管和配水管連接點的節(jié)點水壓，MPa。

1.7.3 水力計算結果

根據以上設計方案，存在兩個最不利區(qū)域，需要對這兩個區(qū)域的線路分別進行水力計算，根據上述水力計算公式得出計算結果如表1～4所示。

表1 管線1管網水力計算-節(jié)點

表2 管線1管網水力計算-管段

2 校核

2.1 流速校核

v=K0Q

式中：v為管道中水流速度，m/s；K0為流速系數，m/s；Q為管道水流流量，L/s。其中K0值由所選管道管徑確定。

根據規(guī)范，管段中水流的流速應當滿足小于5 m/s的要求。對管線1和管線2的流速計算結果表明，各個管段流速皆滿足要求，該方案設計合理。

2.2 噴水強度校核

2.2.1 作用面積內平均噴水強度校核

式中，Q為系統(tǒng)的設計流量，L/min；A為實際作用面積，m2；為平均噴水強度，L/(min·m2)。

計算出兩個管線的平均噴水強度大于基本參數規(guī)定的8 L/(min·m2)，滿足設計要求。

2.2.2 最不利作用面積內任意相鄰4只噴頭的噴水強度校核

經過計算，4只噴頭的流量近似于1.33 m/s，作用面積為46.255 m2。由4只噴頭的流量和除以該作用面積得出其噴水強度為6.918 L/(min·m2)，大于基本參數噴水強度8 L/(min·m2)的85%，符合規(guī)范，表明該方案設計合理。

2.3 其他構件的選擇

2.3.1 水泵的選擇

根據水力計算得出的流量和揚程，選用型號為ISG80-200(I)和ISG80-100(I)A的兩種泵，由于揚程不足，因此兩泵需要進行串聯以滿足揚程設計要求。

表4 管線2管網水力計算-管段

2.3.2 氣壓罐選擇

根據設計規(guī)范，適宜采用SQL 800×0.6氣壓罐用于給水。

2.3.3 水泵接合器

水泵接合器型號選用SQB 150。該型號的水泵結合器流量為15 L/s，而設計流量約為30 L/s，因此需要2個水泵接合器。

3 結論

對所設計某超市簡單空間模型進行分析，在該模型的基礎上進行自動噴水滅火系統(tǒng)的設計。根據前面所述設計方案，可以得出以下結論。

（1）自動噴水滅火系統(tǒng)選型為閉式自動噴水滅火系統(tǒng)中的濕式系統(tǒng)。

（2）對于系統(tǒng)設置：噴頭第一層選擇下垂型噴頭，第二層和第三層選擇直立型噴頭，均為玻璃球型噴頭，動作溫度為62℃；噴頭布置為正方形布置，正方形邊長為3 m，管網布置為枝狀管網；管道采用內外壁熱鍍鋅鋼管，管道安裝采用溝槽式連接和法蘭連接；經一系列水力計算，可得該自動噴水滅火系統(tǒng)的設計流量為31.49 L/s，揚程為0.57 MPa；經過選擇，采用ISG管道離心泵，型號為80-200(I)和80-100(I)A，連接方式為串聯；在水箱和最不利噴頭之間安裝SQL 800×0.6氣壓罐用于加壓；該系統(tǒng)需要設置2個水泵接合器，型號為SQB 150。

（3）管道水流速度和噴水強度校核結果符合規(guī)范要求，表明方案設置合理可行。