民用建筑高大空間場所自動噴水滅火系統與自動掃描射水高空水炮滅火裝置比選探討

周維屹 譚春 李波 黃文鐘

通過民用建筑高大空間場所的工程實例，對比GB 50084-2017《自動噴水滅火系統設計規范》中8～18 m民用建筑高大空間場所的濕式系統設計與CECS 263： 2009《大空間智能型主動噴水滅火系統技術規程》 中自動掃描射水高空水炮滅火裝置設計，對民用建筑設計中高大空間場所采用不同自動噴水滅火系統的選型提供設計參考。

非倉庫型特殊應用噴頭; 高大空間場所; 自動噴水滅火系統; 自動掃描射水高空水炮滅火裝置

TU998.13 A

［定稿日期］2022-01-05

［作者簡介］周維屹（1992—），男，本科，工程師，從事給排水設計、研究工作。

GB 50084-2017《自動噴水滅火系統設計規范》（以下簡稱“新噴規”）對高大空間場所采用濕式系統的設計基本參數有較大修改，對比于2005年版“噴規”民用建筑高大空間場所布置噴頭的高度范圍從8～12 m擴大到了8～18 m，整體噴水強度也有所提高，作用面積相應有所減小，并新增了非倉庫型特殊應用噴頭，對噴頭選用也有了更明確的要求。相較于高大空間場所常采用的自動掃描射水高空水炮滅火裝置，本次通過工程實例對兩者進行對比研究。

1 高大空間場所自動噴水滅火系統設計分析

根據“新噴規”6.1.1條，民用建筑高大空間場所采用閉式系統，當高度為8 m＜h≤12 m時，可選用K≥115的快速響應噴頭或非倉庫型特殊應用噴頭；當高度為12 m＜h≤18 m時，僅可選用非倉庫型特殊應用噴頭。由上可見，非倉庫型特殊應用噴頭可用于8～18 m的高大空間場所，但規范未對其流量系數K作出明確要求，僅于5.0.2條提出對噴水強度的要求。而目前市面上存在K=161、K=202、K=242、K=363等非倉庫型特殊應用噴頭類型，要對系統進行正確的選型，即選取合適的流量系數K值噴頭，需計算各噴頭作用下的噴水強度，由得到的噴水強度與規范作比較。

研究過程：首先，按支管管徑隨噴頭數而變徑，流速控制滿足“新噴規”9.2.1條，噴頭及管網按“新噴規”5.0.2條（噴頭間距1.8 m≤S≤3.0 m）進行布置。根據“新噴規”9.1.2條，取最不利點處作用面積160 m2所含的計算噴頭數，并對節點進行編號，建立標準模型如圖1所示。計算分別選用K=115、K=161、K=202、K=252、K=363型噴頭，并加入K=80型噴頭作為參考研究。噴頭采用某廠家提供數據，詳見表1。

計算方式采用逐點計算法，單個噴頭的流量按公式q=K10P進行計算，以K=80，最不利點噴頭工作壓力取P=0.10 MPa為例：逐點計算作用面積內每個噴頭處的壓力值，進而計算出每個噴頭的流量值qi，下游噴頭流量逐步相

加即得到管道流量，作用面積內噴頭總流量即為自動噴水滅火系統的系統流量，再由系統流量除以最不利點處作用面積（160 m2）得到平均噴水強度值，計算過程詳見表2。再以不同K值與最不利點噴頭工作壓力取P=0.07 MPa、P=0.05 MPa的情況下以相同方式分別計算，結果詳見表3～表5。

根據“新噴規”5.0.2條，民用建筑高大空間場所根據場所功能和最大凈空高度不同，噴水強度的可大致分為12 L/（min·m2）、15 L/（min·m2）、20 L/（min·m2）3個檔，將其與上表的計算結果對比可得到圖2所示。根據筆者市場調查，市面上的快速應用噴頭最低工作壓力需0.05 MPa，非倉庫型特殊應用噴頭最低工作壓力需0.05 MPa。如圖2所示，K=115的快速響應噴頭在最不利點P=0.05 MPa的條件下并不能滿足平均噴水強度大于12 L/（min·m2）的要求。另一方面，根據計算K=80噴頭最不利點P=0.10 MPa的條件下可以滿足平均噴水強度大于12 L/（min·m2）的要求，K=115噴頭最不利點P=0.10 MPa的條件下也可以滿足平均噴水強度大于15 L/（min·m2）的要求，但噴頭的選擇必須符合前文所述“新噴規”6.1.1條規定。綜合分析，列出不同功能和最大凈空高度的民用建筑高大空間場所下最符合的2項噴頭及其最不利點工作壓力數據，詳見表6。最終分析可得出結論：民用建筑高大空間場所采用閉式系統，當高度為8 m＜h≤12 m時，可選用K=115的快速響應噴頭或K=161非倉庫型特殊應用噴頭；當高度為12 m＜h≤18 m時，根據設置場所不同，可選用K=161或K=202的非倉庫型特殊應用噴頭。而K=242和K=363的非倉庫型特殊應用噴頭，應其系統流量過大，從計算結果看已無實際意義，是否適用于民用建筑還有待進一步實驗論證。

2 高大空間場所自動掃描射水高空水炮裝置設計分析

對于高大空間場所，還可以選用自動掃描射水高空水炮裝置進行設計。根據CECS263-2009《大空間智能型主動噴水滅火系統技術規程》規定，標準型大空間采用自動掃描射水高空水炮裝置標準工作壓力為0.6 MPa，最大保護半徑為20 m，噴頭安裝高度為6～20 m，此系統設計流量直接由設置裝置的行列數確定，最大流量不超過45 L/s，具體參數詳見表7［2］，并應保證被保護區域至少有兩股水柱同時達到。

對于架空安裝、邊墻安裝和退平臺安裝，自動掃描射水高空水炮裝置不限制凈空高度，也不存在選型的變換，設置靈活度較高。

3 工程實例分析

某音樂廳建筑總建筑面積為7 582 m2，建筑高度為9.5 m，體積約25 614 m3，為多層劇場建筑。消防泵房設置于室外，地下1層為廚房和商業；地上1層為商業和游客接待中心；1層與屋頂間設有夾層，夾層為觀景平臺。建筑高大空間分2個部分，架空休閑區凈高9 m，下沉式廣場及中庭凈高13.5 m，2個部分由樓梯連接，如圖3所示。

根據項目實際情況，對本項目大于8 m的高大空間場所自動滅火系統提出三方案：方案一：全采用自動噴水滅火系統；方案二：全采用自動掃描射水高空水炮滅火裝置；方案三：凈高9 m處采用自動噴水滅火系統，凈高13.5 m處采用自動掃描射水高空水炮滅火裝置。根據以上3種方案進行分析。

3.1 方案一設計

不同凈高的高大空間場所需采用不同K值的噴頭，從經濟角度考慮，并結合上文分析計算，凈高9 m處選用K=115型快速響應噴頭，凈高13.5 m處選用K=161非倉庫型特殊應用噴頭（圖4、圖5）。

3.2 方案二設計

本工程凈高9.0 m高大空間場所與13.5 m高大空間場所處于同一防火分區，且為一個整體，考慮采用同一類自動掃描射水高空水炮滅火裝置，采用4行×4列布置，布置如圖6所示。

根據CECS 263∶2009《大空間智能型主動噴水滅火系統技術規程》 規定，當噴頭數超過3行×3列布置時，設置同時開啟噴頭數為9個，系統設計流量為45 L/s。

3.3 方案三設計

凈高13.5 m采用自動掃描射水高空水炮滅火裝置。僅于凈高13.5 m處采用自動掃描射水高空水炮滅火裝置，采用2行×2列布置，布置如圖7所示。

同樣根據CECS 263： 2009《大空間智能型主動噴水滅火系統技術規程》 規定，當噴頭數為2行×2列布置時，設置同時開啟噴頭數為4個，系統設計流量為20 L/s。

4 綜合方案分析

為保證消防系統可靠性，自動噴水滅火系統與自動掃描射水高空水炮滅火裝置分別在消防泵房內設置加壓泵。噴淋流量按該方案中最大設計流量計算。統計結果見表8。

按方案一考慮，需設置2臺70 L/s噴淋加壓泵，一用一備。按方案二考慮，需設置2臺40 L/s噴淋加壓泵，一用一備；2臺45 L/s自動掃描滅火裝置加壓泵，一用一備。按方案三考慮，需設置2臺50 L/s噴淋加壓泵，一用一備；2臺20 L/s自動掃描滅火裝置加壓泵，一用一備。

根據表9統計可看出，方案一與方案三造價相差不大，方案二造價相對偏低，主要價格差距在于管道。因自動噴水滅火系統噴頭布置原則，管道布置較為密集，造成管道造價金額較高。但自動噴水滅火系統結構相對簡單，由閉式噴頭探測火災，噴頭爆裂即噴水，系統可靠性高，在火災初期滅火效果好；自動掃描射水高空水炮系統噴射水柱易被障礙物阻斷，且需要智能探測組件發現火災位置，由電磁閥控制開啟，其消防可靠性不如自噴系統，適用于寬敞且無障礙物的場所。綜合上述原因，結合建筑美觀性和實用性，最終本項目采用方案三進行消防設計。

5 總結

本文通過某音樂廳建筑自動滅火系統方案分析，結合作用面積法和相關規范規定計算出高大空間場所采用不同自動滅火系統的設計流量。對于民用建筑，凈空高度小于12 m的高大空間場所，通過采取選用K值較大的自動噴水滅火噴頭、擴大噴淋管徑、擴大消防水池容積等措施即可滿足規范需求，對消防系統改動較小，易于實現；凈空高度大于12 m的高大空間場所，則需綜合考慮造價、實用性和安全性，根據建筑形式選擇合適的系統。

參考文獻

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［2］ 大空間智能型主動噴水滅火系統技術規程： CECS 263： 2009［S］.

［3］ 建筑設計防火規范（2018年版）： GB50016-2014［S］.

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