基于NFPA的高堆倉庫自動噴淋消防系統設計

張靜，張平

基于NFPA的高堆倉庫自動噴淋消防系統設計

Design of Automatic Sprinkler Fire Protection System for High Heap Warehouse Based on NFPA

張靜1，張平2

基于美國消防標準（NFPA），在設計高堆倉庫的自動噴淋消防系統時，需要根據儲存物品的種類進行分類，按照保護面積和最大間距的要求布置噴頭，通過一組設計曲線選取系統參數，這些步驟構成了NFPA的一套完整的系統設計方法。

NFPA；高堆倉庫；自動噴淋；噴水強度

美國消防標準（NFPA）中自動噴淋消防系統的設計體系，與中國消防標準（GB）相比，方法獨特。而對于高堆倉庫的自動噴淋系統，NFPA也有特殊的設計方法和要求，所以應對NFPA13（噴淋系統設計）進行深入的解讀和研究，以便在工程實踐中順利獲得國外業主和咨詢公司的認可。

1 概念定義

在NFPA中，高堆倉庫是指貨物堆積高度＞3.7m的倉庫。根據物品的種類，貨物分成了四類，具體分類標準如下：

ClassⅠ——不燃物品直接放置于木架上；不燃物品放在單層瓦楞紙箱里，有或沒有單層硬紙板分隔，有或沒有貨盤；不燃物品是用收縮塑料膜或紙包裝的單元貨載，有或沒有貨盤。

ClassⅡ——不燃物品放在板條木箱里、實木盒子、多層瓦楞紙箱或相似的可燃包裝材料里，有或沒有貨盤。

ClassⅢ——包括木材、紙、天然橡膠或C類塑料，有或沒有紙箱、木箱或板條箱包裝，有或沒有貨盤；也允許包含一定量（按照重量或體積的5%）的A類或B類塑料。

ClassⅣ——有部分或全部的B類塑料構造；包括散粒狀的A類塑料；包含本體或包裝物有一定量（按照重量的5%～15%，或按照體積的5%～25%）的A類塑料。

對于上述提到的塑料分類，其中A類塑料包括ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）、乙縮醛、腈綸、異丁橡膠、三元乙丙橡膠、纖維增強塑料、天然橡膠（延展性）、丁腈橡膠、聚對苯二甲酸乙二醇酯、順丁橡膠、聚碳酸酯、聚酯彈性體、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、PVC（增塑的聚氯乙烯-塑化劑含量＞20%，很少見）、苯乙烯、丁苯橡膠；B類塑料包括纖維素酯類塑料、氯丁二烯橡膠、氟塑料（乙烯-三氟氯乙烯共聚物；四氟乙烯；氟化乙丙烯）、天然橡膠（非延展性）、尼龍、硅橡膠；C類塑料包括氟塑料（聚氯代三氟乙烯；聚四氟乙烯）、三聚氰胺、酚醛樹脂、PVC（彈性的聚氯乙烯-塑化劑含量多達20%）、聚偏二氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯、脲醛樹脂。

2 噴頭的選擇與布置

根據NFPA，標準直立型和下垂型噴頭允許用于所有危險等級和結構類型的建筑物。由于每種噴頭都有各自的參數要求，甚至設計方法也有不同，這里僅介紹通用性最強的這兩種噴頭。

2.1 噴頭參數

根據建筑物天花板的最高溫度，NFPA規定了噴頭的溫度等級、分類和顏色代碼，見表1。其中，在倉儲建筑中，常溫、中溫和高溫噴頭可以應用濕式系統，而僅有高溫噴頭可以應用干式系統。另外，規范還特別規定了在普通倉庫、堆垛倉庫、橡膠輪胎倉庫、卷紙倉庫和棉包倉庫的屋頂噴頭的最小溫度等級是66℃。

對于高堆倉庫，噴頭的最小K值應為80。任何噴頭的最小工作壓力為0.05MPa（0.5bar，7psi），最大工作壓力為1.21MPa（12.1bar，175psi）。這些參數與中國國家標準的要求基本一致。

2.2 保護面積的定義

在NFPA中，沿支管水流方向的噴頭間距定義為S，可以選用相鄰噴頭的最大間距，也可以選用噴頭與墻間距的2倍；相鄰平行支管上的噴頭間距定義為L，可以選用相鄰噴頭的最大間距，也可以選用噴頭與墻或障礙物間距的2倍。噴頭的保護面積As應由S與L的乘積來確定。

2.3 布置要求

在布置噴頭時，噴頭的保護面積和最大間距見表2，而距墻的最大距離不應超過噴頭允許間距的一半。另外，噴頭距墻的最小距離為102mm，噴頭最小中心間距在非特殊情況下不應＜1.8m，在貨架間布置的噴頭允許間距＜1.8m。

表1 溫度等級、分類和顏色代碼

表2 用于高堆倉庫的標準下垂型和直立型噴頭的保護面積和最大間距*

噴頭的濺水盤與天花板的最小間距為25.4mm，最大間距為305mm，但這一規定不適用于天花板型噴頭。對于尖屋頂，在屋脊下面或附近布置的噴頭，距離屋脊的垂直距離不應＞914mm，見圖1。從圖1還可以看出，在斜屋頂下布置噴頭，間距的測量應沿著屋頂的斜度進行。需要說明的是，中國國家標準明確規定在尖屋頂的屋脊處應設一排噴頭，而NFPA則規定可設也可不設。

圖1 人字形屋頂下的噴頭布置

3 系統參數的確定

噴水強度和作用面積是自動噴淋系統設計過程中非常重要的設計參數，中國國家標準通過表格形式直接給出了各類倉庫的噴水強度和作用面積，而NFPA對這兩個參數則有獨特的選取方法。當選用常溫等級的噴頭時，按照貨物屬于ClassⅠ～ClassⅣ的具體類別，從圖2中的曲線選點，以確定噴水強度和作用面積；按照NFPA規定，中溫等級的噴頭也從圖2選取參數；當選用高溫等級的噴頭時，按照適合的貨物類別，從圖3中選點，以確定噴水強度和作用面積。需要注意的是，如果常溫和中溫等級噴頭的K值為161（11.2）或更大時，應被允許使用高溫等級噴頭的噴水強度，即可從圖3中選取參數。從圖2和圖3中可以看出，對于相同的貨物種類，高溫等級噴頭的噴水強度相對較小，而當K值＞161（11.2）時，單個噴頭的噴水流量較大，所以相應降低了噴水強度的要求。

由于圖2和圖3僅是貨物堆積高度為6.1m時的參數曲線，所以還需根據實際堆積高度進行噴水強度的校核（校核曲線見圖4）。最后，將之前選取的噴水強度與校正系數相乘，得出設計強度。

圖2 噴淋系統設計曲線-堆積高度為6.1m（20ft）-常溫噴頭

圖3 噴淋系統設計曲線-堆積高度為6.1m（20ft）-高溫噴頭

圖4 屋頂噴頭強度-堆積高度

通過上述步驟得出噴水設計強度后，還應滿足以下的強制要求：

（1）對于高堆倉庫，設計強度不應＜6.1mm/min（0.15gpm/ft2），作用面積對于濕式系統不應＜186m2(2 000ft2），對于干式系統不應＜242m2（2 600ft2）。

（2）當設計強度≤8.2mm/min（0.20gpm/ft2）時，允許使用K為80（5.6）或更大的標準響應噴頭。

（3）當設計強度為8.2～13.9mm/min（0.20～0.34gpm/ft2）時，允許使用K為115（8.0）或更大的標準響應噴頭。

（4）當設計強度＞13.9mm/min（0.34gpm/ft2）時，允許使用K為161（11.2）或更大的標準響應噴頭。

4 計算案例

某小型紙袋倉庫，堆積高度為4.5m，按照NFPA要求進行計算，選擇參數，布置噴頭。具體步驟如下：

首先，確定該倉庫的貨物種類為ClassⅢ，屋頂噴頭可選溫度等級為79℃的中溫噴頭。

其次，從圖2中的ClassⅢ曲線任意選點，可選擇作用面積為200m2，噴水強度為11mm/min。

然后，根據堆積高度，從圖4中可知校正系數為70%，得出設計強度為7.7mm/min，噴頭K值為80。

最后，得出噴頭的保護面積為12.1m2，噴頭最大中心間距為4.6m，最小中心間距為1.8m，距墻最大距離為2.3m，距墻最小距離為102mm。

[1]American National Standard.NFPA 13 Standard for the Installation of Sprinkler sy Stems[S].2010．

[2]GB50084-2001,自動噴水滅火系統設計規范[S].■

TU892

A

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2016-05-22；編輯：呂光