高層公共建筑噴淋系統設計探討

宋超 楊曦

[摘要]高層公共建筑中的噴淋系統是撲滅建筑內初期火災的重要措施。本文首先概要介紹了高層建筑中消防系統的組成及動作原理，然后分析了作者主持設計的一項山東省魯西南地區菜縣城的地標性高層公共建筑噴淋系統中出現的主要問題及解決方案，并對消防設計優化進行了探討。

[關鍵詞]高層建筑；公共；噴淋系統；設計

文章編號：2095 - 4085（ 2018） 03 - 0024 - 02

隨著我國建筑事業的不斷發展，各地的高層建筑層出不窮。限制于國內消防車及消防水龍的噴射高度，我國高層建筑的消防設計一直堅持“預防為主，防消結合”的工作方針。噴淋系統作為一種撲滅建筑內初期火災的重要措施，長期以來由于影響建筑吊頂美觀以及業主的僥幸心理，一直得不到應有的重視。事實上，根據歷史上各國的火災撲救案例記載，發達國家的自動噴水滅火系統（以下簡稱為自噴系統）的火災滅控率均在95%以上，自噴系統是一種歷史悠久且極為有效的初期火災控制系統。1723年，英國誕生了世界上第一個自噴系統，該系統由水、槍藥和易融元件組成，但是具體原理目前已無從考證。發展到1881年，美國出現了第一只現代灑水噴頭，由此拉開了自噴系統保護人類各種建筑物的序幕。截至目前，自噴系統是世界上公認的最為有效的自救滅火措施，是應用最廣泛、用量最大的自動噴水滅火系統。

1 自動噴淋系統的分類及原理

自噴系統依照采用的噴頭分為兩類，采用閉式灑水噴頭的為閉式系統；采用開式灑水噴頭的為開式系統。其中閉式系統又分為濕式、干式、預作用及重復啟閉預作用系統等，其中應用最廣泛的是濕式系統。在已安裝的自動噴水滅火系統中，有70%以上為濕式系統。本文主要探討濕式系統。濕式系統由濕式報警閥組、閉式噴頭、水流指示器、控制閥門、末端試水裝置、管道和供水設施等組成。系統的管道內充滿有壓水，一旦發生火災，噴頭內的易融合金融化，噴頭爆開，動作后立即噴水。同時水流指示器內的水流動輸出電信號，指示火災區域，引導大樓內的消防人員迅速趕往出事地點撲救。在環境溫度不低于4℃不高于70℃的建筑物和場所（不能用水撲救的建筑物和場所除外）都可以采用濕式系統。

2 自動噴淋系統在工程設計中的實際應用

2.1 工程概況

作者主持設計的一項山東省魯西南地區某縣城的地標性高層公共建筑，總建筑面積72817m2，地上面積為65397m2，地下建筑面積為7420m2；建筑占地面積為3980. OOm2。主樓為二十七層，地下一層為汽車庫，建筑層高為5.4m，一至三層為商業，一二層層高為5. Im，三層層高為5.Im，四層至二十七層為辦公及酒店式公寓，四層建筑層高為3. 6m，五至二十七層層高為3.5m，室內外高差為0.45m，建筑高度為99.350m。建筑內部主要功能為商業、酒店式公寓、辦公。由于本建筑地下空間充足，經與業主溝通，可將消防水泵房設置于車庫內，方便進出設備及檢修。根據國家標準《自動噴水滅火系統設計規范》（ GB50084 - 2001）（以下簡稱《噴規》），本建筑為綜合類建筑，根據各區域使用性質不同分為兩個不同的噴淋危險等級區域，1-3層商業部分和地下車庫按中危險II級設計，4- 27層部分按中危險I級設計。

2.2 噴頭布置計算

（1）作用面積。根據《噴規》要求，商業部分和地下車庫的設計噴水強度不應低于8U（ min.m12），保護面積不應低于160rr12，系統最不利點處噴頭工作壓力不應小于0.05 MPa。當D=8L/（ nun.m2）時，單個噴頭的最大保護面積為11.5 m2。最不利點噴頭采用0. lMPa時出流量：q（min） =K（10P）1/2= 80×（10×0.05） 1/2= 56. 57 Umin，則噴頭保護面積為A=g（ min）/D= 56. 57/8=7.07m2。每個噴頭的實際保護面積為As=2.85×3.00=8.55m2，滿足11.5～7.07的區間要求。根據下圖所示本工程實際情況，選取計算面積內的噴頭數量為19個，則最不利作用面積內噴頭的最大作用面積為19×8. 55= 162. 45m2，大于160 m2保護面積，滿足設計要求。同理可計算得到4～27層部分中危險I級區域的作用面積。

（2）校核最不利點處噴頭的流量qi和P1。qi= As×D=8.55×8=68. 4L/min，Pi=（68. 4/80） 2/10=0.073 MPa，大于0.05 MPa，滿足設計要求。同理可校核得到4—27層部分中危險I級區域的最不利點處噴頭的流量q1和P1均滿足要求。

（3）平均噴水強度。作用面積內平均噴水強度：q= 80×19/160=9.SL/（ min.m），大于規范要求的8L/（ min.m），符合要求。

（4）其他。在設計過程中，應充分考慮房間的不規則屬性，在確保滿足規范推薦的最大間距內盡可能優化布置，以免因噴頭數量過多或布置散亂導致影響后期裝修時的房間效果。

2.3 屋頂消防水箱及定壓措施

在屋面水箱間內設置l8m3消防水箱（工程竣工于2014年初，《消防給水及消火栓系統技術規范》尚未實施），由于魯西南地處寒冷地區，為防止水箱凍結，水箱及管道均設置輔助自限溫電伴熱帶保溫，經建筑物使用兩年后與業主溝通，自限溫電伴熱帶保溫效果良好，但由于本地區冬季低于4℃實際時間并不長，故利用率較低。水箱間內設加壓設備以同時滿足消火栓系統和噴淋系統的定壓要求。

2.4 消防水泵房

消防泵型號選擇。（1）設計流量。由于本工程同時存在中危險I級區域和中危險Ⅱ級區域，應根據系統用水量大的區域選擇流量，以中危險Ⅱ級區域計算：每個噴頭設計流量Q= KPl/2= 80L/min=1. 33L/s，為保守起見，此處取噴頭平均綜合壓力P以0.lMPa計。設計秒流量Q=19×1.33=25.27 L/s，理論秒流量Qi=160×8/60= 21.33L/s。設計秒流量小于理論秒流量，符合要求。由于市面廠家量產消防泵以SUs為一個量級，故本工程噴淋系統設計秒流量定為30L/s。（2）設計揚程。Hb=H+ Hz+三∑h+ Hk。其中H-最不利點噴頭工作壓力，此處取0.lMPa。Hz -最不利點處噴頭與消防水池的最低水位，99. 35 -1 -（-6.9）=105. 25m=1.0525MPa。∑h -取最高層的最不利噴頭為計算路徑，經過天正給排水軟件系統計算結果（天正給排水2014單機版），計算結果：所選作用面積160.2m2；總流量：24. 48 Us；平均噴水強度：10.55 I/min.m2。人口壓力33. 53m水柱，消防水泵房至27樓噴淋主干管道總水頭損失0. 82MPa，取∑h=0.35MPa。Hk -報警閥壓力損失；濕式報警閥組壓力損失值取0.04MPa，水流指示器的壓力損失值取0.02MPa。水泵揚程=0.1+1.0525+0.35+0.04+0.02=1.5625MPa，取1.6MPa。（3）水泵選型。本工程采用兩臺XBD16.5/30 -100L型消防專用供水泵提供噴淋系統所需的水量，一用一備。低區噴淋系統采用減壓孔板減至工作壓力供水。（4）其他。根據作者收集的各工程反饋情況，在水泵房空間足夠的情況下，消防泵應選擇性能曲線平滑的臥式消防泵。本工程竣工于《消防給水及消火栓系統技術規范》GB50974 - 2014實施之前，根據現行《消防給水及消火栓系統技術規范》的規定：臥式消防水泵，消防水池滿足自灌式啟泵的最低水位應高于泵殼頂部的放氣孔。對于立式消防水泵，消防水池應滿足自灌式啟泵的最低水位應高于水泵出水管中心線。在相同的工程條件中，由于臥式消防泵的放氣孔一般都低于立式消防水泵的出水管中心線，故采用臥式消防泵可使消防水池最低有效水位降低，提高消防水池庫容利用率，方便水泵檢修等優點。

3 結語

自動噴淋滅火系統作為一個有效的火災控制利器，應得到業主及設計人員的足夠重視。我國近年來各種高層及異型建筑層出不窮，內部結構復雜，如何在滿足規范的前提下，使用數量較少的噴頭，達到保護效果，這對給排水專業設計人員的噴頭優化布置提出了更高的要求。除此之外，消防水池及水泵房位置的選擇等，均應根據工程實際情況做出最優選擇，盡量利用建筑死角空間及異型空間，少占用車位等優質空間。設計者應不斷探索，認真總結分析，尋找出一個安全可靠，經濟合理的方案，做到美觀與經濟相結合，有利于促進國家的消防工程的良性發展。

參考文獻：

[1]姜利，吳衛平，淺談閉式自動噴水滅火系統的應用[J].科技信息，2013，（ 06）：501 - 502.[ 2017 - 09 - 22].

[2]中國建筑設計研究院主編，建筑給水排水設計手冊.第二版.北京：中國建筑工業出版社出版，2012.

[3] GB50084 - 2001（2005年版），自動噴水滅火系統設計規范[S].

[4] GB50974 - 2014，消防給水及消火栓系統技術規范[S].