简介： 建筑高度超过8.00m的大型现代生产厂房和库房工程对自动喷水灭火系统的应用提出更高和不断更新的要求，本设计根据我国现行规范并参照美国FM标准及NFPA13规范，以纺织品仓库自动系统为例，介绍快速反应早期抑制喷头在斜屋顶仓库自动消防中的应用及注意事项。
关键字：快速反应早期抑制喷头 仓库 斜屋顶 自动喷水灭火系统
南方某纺织厂成品库房，属丙类二级建筑，占地面积为72.6米×96.6米=7013.16平方米，建筑檐口高度为7.27米，屋顶高度9.80米，屋顶坡度7%，体积为50985.6732立方米，仓库无吊顶，部分面积净空大于9.80米。
因主要存贮棉毛麻丝化纤及其制品，根据《建筑设计防火规范(GBJ16-87 2001修订版)》(以下简称《建规》)第8.7.1条第二款“每座占地面积超过1000m2的棉、毛、丝、化纤、毛皮及其制品库房；……”的规定，该类库房除了要设置室内消火栓系统外，还必须安装自动喷水灭火系统。
二、系统设计
1、系统设计参数
根据《自动喷水灭火系统设计规范(GB 50084-2001)》(以下简称《喷规》)附录A，该建筑自动喷水灭火系统应按仓库危险级II级设置；又因为室内最高净空高度大于9.80米，货品最大堆积高度小于7.50米，根据《喷规》第5.0.6条及表5.0.6规定，必须采用快速反应早期抑制型喷头，本设计采用K=200直立型ESFR喷头，最不利处喷头最低工作压力为0.50Mpa。
参考美国FM标准及NFPA13规范，采用快速反应早期抑制喷头时，单个允许最大保护面积为3716m2（40000平方尺），这主要是考虑到报警阀后管网容积和管段长度的限制；屋顶坡度不得大于16.7%，坡度超过16.7%时应增加一层吊顶，并应将喷头布置在吊顶下；室内净空高度大于9米小于12米时最不利处喷头最低工作压力为0.52Mpa；结合我国规范，因此设计采用两套控制整个仓库的全部喷头，喷头最低工作压力按照我国《喷规》执行，但适当考虑富裕量。
2、喷头布置
根据《喷规》第7.1.2条规定，喷头按正方形布置时最大间距不超过3.00米，喷头离墙最远距离不大于1.50米，喷头布置间距如下图：
《喷规》第7.1.4条规定，快速响应早期抑制型喷头的溅水盘与顶板的距离应大于100mm而小于150mm，这是因为喷头与顶板的相对位置是影响喷头动作速度的主要因素，有研究表明如果喷头的感温元件太靠近顶板，会使初期火灾产生的热气流在喷头下流动，从而延误了喷头的动作；如果离顶板太远，则初期火灾产生的热气流会在喷头上方流动，同样会延误喷头动作。本设计取120mm。
《喷规》第7.1.11条规定，顶板或吊顶为斜面时，喷头必须垂直于斜面布置，屋脊处也必须布置一排喷头。喷头布置如下图所示，平行于屋面的斜边长度3000，对边高为3000´7%=200，则喷头水平间距为
=2993，取3米。
对于斜屋面来说，喷头配水支管及配水管可能的安装方法有两种，一种是配水支管垂直于屋脊敷设，一种是配水支管平行于屋脊敷设，如下图所示，但无论采用哪一种方式，配水(干)管必须位于最高处，以利于系统排除管网中气体。
查阅美国FM标准和NFPA13规范，得知按美国标准ESFR喷头布置如下：
1)、每一支管安装不应超过6只。
2)、库房高度超过9.00时喷头间距大于2.4m，小于3.05m。
可见，与我国规范极为相似。
3、水力计算
根据《喷规》规定，单个喷头的流量计算采用如下所示公式计算：
q=K
最不利点单个喷头流量= K=200/60* 
=7.45L/s；
系统设计流量应按同时开放12个ESFR喷头并采用下式计算：
Qs=
节点流量采用下式计算：
q2=(1+
)´q1
流量计算用简图如下：
系统设计流量计算表
|
起始节点 |
终止节点 |
流量 |
管径 |
流速 |
水力 坡降 |
管段长度 |
流量系数 |
管件当量 |
计算管长 |
水头 损失 |
起点压力 |
终点压力 |
|
1 |
2 |
7.45 |
80 |
1.50 |
0.00065 |
3.0 |
200 |
1.8 |
4.8 |
0.0033 |
0.5000 |
0.5033 |
|
2 |
3 |
14.93 |
100 |
1.72 |
0.00060 |
3.0 |
200 |
5.2 |
8.2 |
0.0059 |
0.5033 |
0.5092 |
|
3 |
4 |
22.45 |
150 |
1.19 |
0.00017 |
1.5 |
200 |
6.9 |
8.4 |
0.0021 |
0.5092 |
0.5113 |
|
4 |
5 |
44.90 |
200 |
1.46 |
0.00019 |
3.0 |
200 |
6.1 |
9.1 |
0.0017 |
0.5113 |
0.5130 |
节点6-5流量：
q6-5=(1+
)´q5-4= (1+
)´ 44.90 =90L/s
平均流速：
v=Q/(0.25π×dj2)=0.09001/(0.25π×0.1982)=2.92m/s
水力坡度：
i=0.00107×v2/dj1.3=0.00107×2.922/0.1981.3=0.07507
后管段折算后长度250米，则水头损失：
H=i×L=0.07507×250=18.77m
即设计流量=90L/s；
入口压力=8.30米喷头安装地形高差+ 5米报警阀等局部损失+20.70米沿程水头损失+52米工作压力=86米，取90米。
4、消防总用水量
(1) 室内消防总用水量为10 +90=100 L/s。
(2) 室内、外消防总用水量为100+45=145L/s，至少应布置11个室外消火栓。
(3) 应在自动喷水灭火系统室外管网的适当位置布置7个水泵结合器。
三、使用ESFR喷头注意事项
(1) ESFR喷头适用于净高大于9.00m小于13.00m的仓储库房和高架库房；
(2) 保护区为钢结构屋面，同时抑制型喷头的安装符合要求时，不需要再对钢屋面和钢柱采用其他防火措施；
(3) 任何情况下，自动喷水灭火系统管网内水温不得超过49°C，当水温超过37.8°C时，就需要使用更高动作温度的喷头；
(4) 按NFPA13规范的要求，抑制型喷头不得安装在坡度大于16.7%的天棚下，天棚坡度大于16.7%，可在天棚下安装一层合适坡度的天棚，再将喷头布置在天棚下；如果夹层内有可燃物或夹层本身为可燃物，则应在夹层内增设喷头；
(5) 采用快速反应早期抑制喷头时，单个允许最大保护面积为3716m2，而按我国《喷规》则可达9平方米×800个喷头=7200 m2。
(6) 应考虑提高自动喷水灭火系统供水可靠性的措施，如报警阀前环状管网供水、正确设置阀门将管网分段、消防水池分两格设置等。
参考资料：
1、《建筑设计防火规范(GBJ16-87 2001修订版)》
2、《自动喷水灭火系统设计规范(GB 50084-2001)》
3、NFPA13 2001 EDITION
作者：刘红永，1996年毕业于西安冶金建筑学院，现在茂盛咨询(深圳)有限公司(AECOM MAUNSELL TECHNOLOGY GROUP SHENZHEN OFFICE)从事设计工作。联系方法：liuhongyong@tom.com。
