倉庫噴淋設計研究

沈靜銘

(福建省建筑設計研究院有限公司 福建福州 350001)

0 引言

倉庫建筑具有可燃物多、火災危險性高、初期火災不易被人察覺、火勢蔓延迅速及財產損失大等特點，一旦發生火災，室內外消火栓及消防車難以對初期火勢進行有效控制；而自動噴水滅火系統由于具有自動噴水等特點，因此成為撲救及控制倉庫初期火勢的主要滅火設施。國內外應用實踐證明，該系統具有安全可靠、經濟適用、滅火成功率高等優點。在合理、正確的設置系統前提下，自動噴水滅火系統成為當今世界上公認的最有效的自動滅火設施之一，是應用最廣泛、用量最大的自動滅火系統。

1 倉庫自動噴水滅火系統噴頭選型及性能

根據國家標準《自動噴水滅火系統設計規范》GB50084-2017(以下簡稱“噴規”)，用于倉庫建筑消防滅火的噴頭有標準覆蓋面積灑水噴頭、倉庫型特殊應用噴頭及早期抑制快速響應噴頭3種類型。每種噴頭都有自身的特點和使用限制，因此在噴頭的選用上，應根據噴頭保護場所的不同以及火災類型等確定[1]。

1.1 標準覆蓋面積灑水噴頭

標準覆蓋面積灑水噴頭根據自身構造及其布水曲線確定，其設計參數以噴水強度/作用面積為基本要求，主要通過預濕初始著火區域周圍的可燃物進行冷卻，從而將火勢限制在一個相對較小的區域內，因此，主要用于火災危險等級相對不高的場所，場所凈空高度不大于9m。

1.2 倉庫型特殊應用噴頭

特殊應用噴頭，指在通過試驗驗證的情況下，能夠對一些特殊場所或部位進行有效保護的灑水噴頭。考核指標主要有：特定的滅火試驗、噴頭的灑水分布性能試驗以及噴頭的熱敏感性能試驗。流量系數K≥161，具有較大水滴粒徑，可用于民用建筑和廠房高大空間場所及倉庫的標準覆蓋面積灑水噴頭，主要用于高堆垛或高貨架倉庫的大流量灑水。與早期抑制快速響應型噴頭相比，其以控制火災蔓延為目的，不僅可用于濕式系統，還可用于干式及預作用系統，但其最大保護高度、最大儲物高度以及保護的儲物范圍等較早期抑制型快速響應噴頭小。所以，目前倉庫型噴頭尚未得到有效應用。

1.3 早期抑制型快速響應噴頭

早期抑制型快速響應噴頭是專為倉庫開發的一種倉庫專用型噴頭，其水滴大、沖量高可以穿透貨架之間的間隔和層板的縫隙，對保護高堆垛和高貨架倉庫具有特殊優勢。因此，適用于通透性層板的貨架，不適宜用于帶實層隔板的貨架。對于帶有實層隔板的貨架倉庫，應綜合考慮實層隔板的面積確定是否需要增設貨架內噴頭。早期抑制型快速響應噴頭在其允許的最大凈空高度內，可不設置貨架內噴頭；當最大凈空高度或最大儲物高度超過“噴規”表5.0.5的規定時，應按照“噴規”5.0.4條和5.0.8條的規定布置。

同時，因為噴頭不同的安裝方式對系統滅火效果影響很大。基此，2017版“噴規”還增加了對噴頭安裝方式的要求，明確了直立型、下垂型噴頭的適用范圍。國外某研究機構在一次實驗中，一個直立安裝于50mm支管上的噴頭，由于受管道的障礙而未能有效控制下方的火勢，造成滅火失敗[2]。

通過上述對3種噴頭的作用和滅火方式的對比得知，早期抑制型快速響應噴頭與標準流量型灑水噴頭相比，該噴頭在火災初期能快速反應，且水滴產生的沖量能穿透上升的火羽流，直至燃燒物表面。雖然在其允許的最大安裝高度范圍內無需設置貨架內噴頭，且滅火效果較一般標準覆蓋面積灑水噴頭好等優勢，但早期抑制型快速響應噴頭在灑水范圍內受障礙物的影響較大，所以設計上應重視其更為嚴格的安裝要求。

綜上，通過對比，3種系統相互并行且獨立使用，首選抑制型系統(早期抑制型快速響應噴頭)。

2 倉庫自動噴水滅火系統噴頭布置

噴頭應設在頂板或吊頂下易于接觸到火勢熱煙氣流并有利于均勻布水的位置，以保證噴頭的熱敏元件能夠及時完成受熱動作，同時應防止障礙物屏障熱煙氣流對噴頭動作的影響和削弱噴淋系統的滅火能力。

“噴規”第7.1.2條制定了標準覆蓋面積灑水噴頭在不同的火災危險等級中噴頭的布置要求。第7.1.7條對早期抑制型快速響應噴頭濺水盤與頂板的距離也做了相應規定。對于倉庫型特殊應用噴頭，雖然該噴頭在我國的應用尚不成熟，但規定也給出了基本參數。

工程設計中，噴頭的布置方式除了正方形布置外還有長方形、菱形等，具體采用何種布置形式，應根據噴頭的實際工作壓力，并結合建筑平面、結構柱網、空間形態、燈具、風口型式等確定，做到既能滿足規范要求的噴水強度，又能靈活適應建筑樓板、吊頂等型式的變化。

3 倉庫通風天窗部位對噴頭布置影響

噴頭形式、對應的參數及布置原則確定后，在布置過程中，往往會遇到倉庫中設置的通風天窗(氣樓)，這給自動噴淋系統的噴頭和設置造成一些難度。

通風天窗作為一種自然通風裝置，廣泛應用于工業鋼結構廠房、倉庫、商業建筑、機場車站等大型公共建筑，十分普遍。其工作原理是依靠空氣自然流動達到通風和排煙的效果，因而也被稱之為自流式通風器，其功能作用首先就是實現通風換氣，改善室內環境，同時兼有自然采光作用，如圖1所示。然而，倉庫通風天窗部位會對噴頭布置帶來一定影響。

圖1 通風天窗工作原理示意圖

圖2 通風天窗構造示意圖

例如：某倉庫通風天窗洞口寬度為：1500mm、2000mm、2500mm等多種尺寸，通風天窗的構造如圖2所示。根據國家標準《建筑防煙排煙系統技術標準》(GB51251-2017)第4.6.14條文說明的解析:如果從一個排煙口排出太多的煙氣,則會在煙層底部撕開一個”洞”,使新鮮的冷空氣卷吸進去,隨煙氣被排出,如圖3所示。

圖3 排煙口的最高臨界排煙量示意圖

此時,著火點產生的大量煙氣會沿著吊頂或頂板呈輻射形擴散至氣樓,使氣樓兩側的噴頭產生受熱動作。從圖3可見，氣樓正下方形成一個煙氣的空白點，考慮到氣樓此處集熱效果較差，提出如下解決方案供參考：要求建筑把氣樓寬度做小(控制在1.5m內)，早期抑制型噴頭布置在氣樓兩側，調整兩側噴頭距離，使氣樓下方的空間處于兩側噴頭的保護范圍內。

4 工程實例

福建寧德某廠房，由1幢廠房、1幢倉庫、1幢辦公樓及1幢門衛室組成。其中，倉庫的建筑高度h=8.3m (檐口高度)，h=8.68m(算至1/2屋脊高度)，占地面積為9545.64m2(含生產部分面積8927.36m2，輔房面積618.28m2)，地上總建筑面積為12 013.32m2,為單層鋼結構工業倉庫。倉庫主要存放汽車零部件，儲存物品的火災危險性為丙類2項，耐火等級為二級。根據噴規中對于倉庫及類似場所采用早期抑制型快速響應噴頭，該系統設計基本參數如下：

倉庫按最大凈空高度9m，最大儲物高度小于7.5m，噴頭流量系數242，最不利點工作壓力0.25MPa,作用面積內開放12只噴頭數計。平面如圖4所示，橫向每跨間距7500mm,豎向每跨間距7000mm,梁高450mm～1000mm。

圖4 某廠房局部建筑平面圖

根據《自動噴水滅火系統設計規范》(GB50084-2017)第4.2.7條，該工程選用早期抑制型快速響應噴頭。噴頭布置的3種形式中，正方形和長方形布置均滿足不了使用要求，因此該工程考慮采用菱形布置。

根據建筑平面以及“噴規”表7.1.7(表1)及表7.2.1(表2)，噴頭布局若按橫向每跨布置3個噴頭，則靠近梁位的噴頭距離梁邊最長距離為1350mm。對應的早期抑制型快速響應噴頭濺水盤與梁的底面垂直距離b≤380mm。同時，根據早期抑制型快速響應下垂型噴頭濺水盤與頂板的距離要求150≤ SL ≤360mm,可得出對應的梁位高度不應>740mm。顯然不符合該工程跨梁保護的要求。

表1 噴頭濺水盤與頂板的距離 m

mm

噴頭布局若按橫向每跨布置2個噴頭，噴頭間距按最大取3700mm,則每兩跨之間的噴頭會超出3700mm，也不滿足規范要求。

考慮補強措施，每跨之間布置2個噴頭，間距按3800mm取值，豎向按規范取3700mm間距，兩行噴頭的正中間考慮一個補強噴頭，則靠近梁位的噴頭與梁邊最長距離為1730mm，對應的早期抑制型快速響應噴頭濺水盤與梁的底面垂直距離b≤550mm。

同時，根據早期抑制型快速響應下垂型噴頭濺水盤與頂板的距離要求150≤ Sl≤ 360mm,可得出對應的梁位高度不應>910mm。因該工程梁高是逐漸變化的，設置噴頭處的梁高均在900mm以下，滿足規范要求。平面布置圖如圖5所示。

圖5 某廠房局部噴淋平面布置圖

5 結語

倉庫消防的合理化設置對撲滅前期火災焰勢起到至關重要的作用，尤其是設有通風天窗部位的噴頭設置，其合理有效直接關系到火勢能否被撲滅。本文結合工程實例，僅對倉庫消防設計中的一小部分提出一些思考，希冀與同仁共同探討，以在今后類似設計中不斷完善。