自动洒水喷头布置的探讨

1自动洒水喷头布置的探讨马信国提要：针对自动喷水灭火系统设计中遇到的喷头布置的若干问题，如喷头的保护面积、喷头的间距、喷头的流量和喷头的安装高度进行探讨，以求得合理、正确布置喷头，发挥喷淋设备的灭火、控火能力。关键词：自动喷淋喷头布置探讨自动喷水灭火设备具有良好的灭火效果，据统计，初期火灾的控制率可达97.2％，因此，建筑防火设计规范允许设有自动喷水灭火设备的建筑物，在防火分区、耐火极限、库房面积等方面作了放宽处理。例如，设有自动喷淋的防火分区，其建筑面积可较原先容许面积增大一倍。随着国民经济的发展，消防设施也不断加强，自动喷水灭火设备必将更广泛地运用于各类建筑物中。国家标准《自动喷水灭火系统设计规范》（GB50084－2001）（以下简称喷淋规范）的颁布和实施，为喷淋系统的设计提供了具体的技术法规。闭式洒水喷头是湿式自动喷水灭火系统中的关键部件，是灭火、控火的排头兵，它既是探测感温器，又是灭火、控火器，喷头布置是喷淋设计的重头戏，它直接影响到整个喷淋系统能否发挥作用的大问题。在喷淋设计中如何结合实际工程，根据建筑物的结构、装饰特点，合理正确地布置喷头，而又不违反喷淋规范的原则，有许多问题值得探讨。如喷头的保护面积、喷头的间距、喷头的安装高度等等。以下是本人在设计中的一些认识，不妥之处欢迎指正。1、影响喷头保护面积的主要因素这里不涉及喷头本身的结构特点，如孔口、喷射角、喷水强度的分布等产品自身性能。1.1火灾的危险性与喷水强度自动洒水喷头的布置，应考虑到防护区内的任何部位都能得到自动喷水的保护，除保护部位不应出现空白点外，还须达到一定的喷水强度。喷淋规范把建筑物内的火灾危险性划分成三类，五个等级，相应喷水强度规定如下：2不同火灾危险等级的喷水强度表1火灾危险等级轻危险级中危险Ⅰ级中危险Ⅱ级严重危险Ⅰ级严重危险Ⅱ级喷水强度L/min·m24681216L/s·m20.0670.100.1330.20.267从表1可看出，喷水强度是由火灾危险等级规定的，火灾危险性大，要求的喷水强度高。1.2喷头的流量喷头的流量计算公式：Kq＝(10P)1/2(1.2-1)60式中：q―喷头的出水量（L/S），*不除以60为L/minK－喷头的流量系数，不同产品的喷头，其流量系数是不同的，其数值应由生产厂商提供，规范规定标准喷头的流量系数K＝80。P－喷头的工作压力（MPa）从1.2－1公式中可知：提高喷头出流量取决于喷头处的水压和喷头的流量系数，同一型号喷头处的水压力越大，则被保护面上的供水强度也越大。因此提高喷头流量可以从两方面着手：其一，提高喷头处工作压力，这是从系统上考虑；其二，选用流量系数较大的喷头，这是从产品选用上考虑，一般情况下，若不指明喷头型号，均为流量系数80的标准喷头。在工作压力不同时，其流量也是变化的。标准喷头在不同工作压力时的出水量表2喷头处工作压力(MPa)0.050.10.150.20.250.30.35喷头出水量(L/s)0.941.331.631.882.12.32.491.3单个喷头的保护面积根据喷头强度定义，可计算出喷头的保护面积令qI＝(1.3－1)3F式中：I－喷水强度（L/S·m2）F－喷头保护面积（m2）q－喷头流量（L/S）经等式变换，得qF＝(1.3－2)I1.3－2式的意义是，喷头的保护面积可用喷头的流量除以被保护区内喷头强度获得。从1.3－2式可知，在喷头强度确定后（喷水强度是按建筑物危险等级定），提高喷头保护面积的途径，是增加喷头出水流量，当喷头型号选定后，提高喷头流量的主要手段，是提高喷头处工作压力。因此，喷头的保护面积完全可以由喷头处的工作压力来调节，要求喷头的保护面积大，应从提高喷头处工作压力着手。喷淋规范规定喷头的最小工作压力为0.1MPa，查表2，可得标准喷头的流量为1.33L/s，除以对应的喷水强度，就可获得不同危险等级的单个喷头最大保护面积。标准喷头在0.1MPa工作压力时的保护面积表3火灾危险等级轻危险级中危险Ⅰ级中危险Ⅱ级严重危险Ⅰ级严重危险Ⅱ级单个喷头最大保护面积(m2)19.913.3106.65.01.4喷淋规范要求的喷头工作压力喷头的工作压力是调节喷头保护面积的主要方法之一，按喷淋规范表7.1.2规定，一只喷头的最大保护面积如下：规范允许的喷头保护面积表4火灾危险等级轻危险级中危险Ⅰ级中危险Ⅱ级严重危险Ⅰ级严重危险Ⅱ级一只喷头最大保护面积(m2)20.012.511.59.09.0对照表3，发现喷头的保护面积除轻危级数值相等，中危级有差异，严危级相差很大。这就告诉我们，在中危、严危场所选用标准喷头进行布置时，决不能简单套用喷头的最小工4作压力，而应以实际需要的工作水压为计算依据。当喷头的保护面积和被保护区的喷水强度确定后，按1.3－1式很快就能计算出喷头的应提供的出水量q，再代入1.2－1式即可获得喷头须提供的水压。合并1.3－1和1.2－1式，得到喷头处要求的工作压力计算方式。P＝(1/10)(q/K)2＝1/10(FI/K)21.4－1式中符号意义同前，把表1、表4数值代入得下表。按规范的喷水强度和保护面积要求的喷头工作压力表5IF(m2)q(L/s)P(MPa)K备注L/min·m2L/S·m240.067201.340.1080按标准喷头60.1012.51.250.08880按标准喷头80.13311.51.530.13280按标准喷头120.291.80.18280按标准喷头160.26792.40.32480按标准喷头从表5中可以发现按喷淋规范进行设计中，如果采用标准喷头，则喷头的工作压力除了轻危级和中危Ⅰ级场所可采用0.1MPa，中危Ⅱ级以上均应按实际需要的参数来考虑。综上所述，影响喷头保护面积的主要因素是设置场所的危险等级－喷水强度、喷头的流量系数和喷头处的工作压力。一旦喷水强度确定，喷头型号选定，其保护面积将随工作压力变化而变化，结论是提高工作压力可以提高喷头的保护面积。但每个喷头的保护面积不能无限扩大。NFPA13规定，标准洒水头在任何情况下，其保护面积不得超过21m2。笔者认为，保护面积过大，距离喷头中心较远的防护面积达不到供水强度，并且其喷头的感温时间较长，而延误喷头及时动作。2、喷头的间距理论上的喷头间距，可以由喷头的保护面积计算确定。正方形布置时其值为F。矩形布置时，其值为a×b＝F，其中长边的a可按保护半径来推算。2.1喷头的保护半径单个喷头的保护半径R＝(F/)1/2(2.1－1)式中：R－保护半径(m)F－喷头半径(m)5－圆周率3.14把表5数值代入上式计算得：标准喷头的保护半径、边长表6喷水强度(I)L/min·m24681216F(m2)2012.511.599R(m)2.521.991.911.691.69(F)1/2(m)4.473.533.3933长边a(m)54.03.83.43.4短边b(m)43.123.02.652.65喷淋规范正方形布置(m)4.43.63.43.03.0矩形布置长边(m)4.54.03.63.63.6短边(m)4.43.123.22.52.5距墙(m)2.21.81.71.51.52.2喷头的间距可否突破规范限制？按喷淋规范的规定，在实际工程中，有些时候难以做到。试举一例，房间的面积为4×4m，为中危Ⅱ级，若房中间布置1只喷头，则不符合规范要求，布置2只，也有空白点，布置四只又太多，很不经济，笔者认为，布置1只喷头，保护面积为16m2。相应措施：增加喷头流量q＝I·F＝8×16/60＝2.13L/s，而增加喷头的流量的方法有二个，其一提高喷头处工作压力P＝(1/10)(q/K)2，采用标准喷头得P＝(1/10)(2.13×60/80)2＝0.255MPa；其二选用流量系数大的喷头，K＝q/(10P)1/2＝2.13×60/(10×0.1)＝127.8128。再举一例，房间面积为8×8m，计64m2，为中危Ⅱ级，按喷淋规范要求应设9只喷头，平均每只喷头保护面积F＝64/9＝7.1m2，笔者认为可设6只喷头。平均每只喷头保护面积F＝64/6＝10.67m2，其中喷头最大保护面积为11.2m2，q＝6×11.2/60＝1.12L/s。把上述二个例子有关参数列表对照如下表。表7设计方案每个房间喷头数作用面积(m2)喷头总数*喷头总流量(L/s)备注例一按规范4160400.94×40=37.6按喷头水压0.05MPa建议1160102.13×10=21.3按P＝0.1,K=128例二按规范9160231.33×23=30.0按P＝0.1,K=80建议6160151.63×15=24.45按P＝0.15,K=806*系按喷头平均流量的框算值，设计总流量应按管道布置进行水力计算。从上表中可发现按规范要求的喷头间距，喷头数明显多，且系统的设计流量大，当然，在一般情况下，尽可能按规范要求布置喷淋。只有在极其不合理时，方应予以调整，放大间距后仍应确保防护区内的喷水强度，而不是盲目增大，不采取相应的技术措施。3、喷头的安装高度喷头的布置包括平面定位和空间定位。众所周知，闭式洒水喷头相当于一个探测器，只有设在易于接触到火灾热气流前提下，才能动作。喷淋规范规定无吊顶的标准喷头，其溅水盘与顶板的距离为75～150mm；快速响应早期抑制的喷头直点式为100～150mm，下垂式为150～360mm。在实际工程中，若结构采用密肋梁或无规则梁时，往往难以满足规范的要求。自动洒水喷头的安装高度，就是确定闭式喷头在空间位置，其坐标点需综合考虑结构梁板特点；建筑净高与吊顶形式；风管、电缆托盘等各种管线的走向，才能最终确定。在设计时，最重要的是：使洒水头能感温集热。3.1无吊顶喷头的布置无吊顶时，喷头应选用直立型，喷头向上安装。当楼板为平板型（无梁厚板）结构，其溅水盘与顶板距离，可做到75～150mm。框架梁形式时，当仅有主梁，中间无次梁时，可按照柱网尺寸、大小布置喷头，例如7.5×7.5m，可布置四只喷头，其溅水板距顶板距离宜取150，框架梁中间有次梁或井字梁、田字梁结构时，例如7.5×7.5m，一般可在每格梁中点设一个喷头，其溅水板距顶板房取150。麻烦的是梁的间距较小，如密肋梁，间距1.5～2.0m，如果每格设喷头，在大多数中危险级场所，显得很不经济。密肋梁结构梁高一般均不到500mm扣去楼板厚度（100～150），板底至梁底不到350～400mm。笔者认为密肋梁有利于集热，洒水头安装高度可参照喷淋规范7.2.1条以喷头洒水时不受梁的阻挡为原则。显然，这时洒水头的溅水盘距楼板底已超出150。由于受梁的阻挡，洒水头安装高度，既要满足距顶板底的要求，又要满足洒水时不被梁阻挡，这在许多工程中难以做到。如果开发一种伸缩型专用喷头，其特点是：感温在上部，喷水在上部。喷头达到作用温度后，溅水盘立即自动下落，这样洒水时就不被梁阻挡了。3.2有吊顶喷头的布置平坦型吊顶，洒水头可选下垂式或吊顶型，直接装在吊顶下；装饰要求高的部位，可选择隐蔽型喷头；吊顶较高时（～8m）宜选用快速反应或大水滴喷头。栅格型吊顶：是7一种透空吊顶，从集热角度出发，喷头安装与无吊顶一样，应布置在楼板下，但喷头的水量需增大。凹凸型吊顶：是装饰设计中喷淋洒水头布置中经常遇到的一种型式，喷头的位置宜设在凹处，一般为最高处，但需和灯光、风口保持一定距离。如果凹上凸下高差超过150mm，需考虑吊顶下凸处对洒水的阻挡，必要时在凸下处增设喷头；高差不到150，可按平坦型吊顶布置喷头。3.3障碍物的影响：喷头布置时，障碍物影响主要有梁、风管、电缆托盘、排管等，大多数情形无法避让。只有采用增补喷头的措施，例如在1200风管底增设喷头补强。1200排管如排管上部无风管等遮挡物时，喷头设置可参照格栅透空型吊顶做法，若排管上部有风管时，需在排管下方增设喷头，并应加集热板。喷头距地净高不到2.2m时，喷头需加保护罩，防止碰撞。轻危险级或中危Ⅰ级场所，也可选用侧墙式喷头，但安装位置需谨慎考虑，原则是有利于喷头的感温集热。净空大于800，且有可燃物，按规范要求，应在吊顶内设置