二類高層發(fā)電機房水噴霧系統(tǒng)設(shè)計

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簡介： 介紹了水噴霧滅火系統(tǒng)的組成、滅火特點，結(jié)合工程實例闡述了二類高層建筑自備發(fā)電機房水噴霧滅火系統(tǒng)的設(shè)計。
關(guān)鍵字：水噴霧系統(tǒng)

一、概述

    1995年國家頒布了《水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB50219-95）（以下簡稱霧規(guī)），水噴霧技術(shù)有了強制性國家標準。水噴霧滅火系統(tǒng)是利用水霧噴頭在一定的水壓下將水流分解成細小水滴進行滅火或防護冷卻的一種固定滅火系統(tǒng)。水霧噴頭噴射的霧狀水滴直徑約為0.3~0.5mm，且是不連續(xù)的間斷水滴，具有良好的電氣絕緣性能，能較好的解決電氣設(shè)備、閃點較高的可燃液體火災(zāi)的撲滅問題，并以其安全可靠、經(jīng)濟實用、滅火效率高、對環(huán)境無不良影響等優(yōu)越性能可部分取代氣體滅火系統(tǒng)。過去認為“電氣火災(zāi)不允許用水撲救”的傳統(tǒng)思想得到解放，水噴霧技術(shù)越來越被消防工程技術(shù)人員接受、應(yīng)用和推廣?！陡邔用裼媒ㄖO(shè)計防火規(guī)范》（GB50045-95）也在1997年的修訂條文中規(guī)定高層建筑內(nèi)的自備發(fā)電機房應(yīng)設(shè)置水噴霧滅火系統(tǒng)。

    水噴霧滅火系統(tǒng)的組成與雨淋自動噴水滅火系統(tǒng)相似，主要由水源、高壓供水設(shè)備、供水管道、雨淋閥組、過濾器和水霧噴頭組成。水霧噴頭分為中速水霧噴頭和高速水霧噴頭，發(fā)電機房應(yīng)采用ZSTWB等離心霧化型高速水霧噴頭。水噴霧系統(tǒng)應(yīng)具有自動控制、手動控制和機械應(yīng)急控制三種啟動方式。自動控制是指水噴霧系統(tǒng)的火災(zāi)探測、報警部分與供水設(shè)備、雨淋閥組等部件自動聯(lián)鎖操作的控制方式。就自動控制而言，有采用纜式線型定溫火災(zāi)探測器，有采用閉式噴頭加傳動管，有采用煙感+溫感火災(zāi)探測器等三種；因閉式噴頭設(shè)在保護空間內(nèi)，當噴頭感受熱氣流閉式噴頭破裂噴水，其噴出的不是水霧而是水流，盡管雨淋閥的傳動管管徑較小，出水量有限，但還是會造成一些不良后果，因此發(fā)電機房內(nèi)的水噴霧滅火系統(tǒng)不宜采用；而纜式定溫火災(zāi)探測器又較煩瑣，故一般采用煙感+溫感的做法。

二、工程實例

    下面就某工程發(fā)電機房的具體實例，介紹水噴霧滅火系統(tǒng)的設(shè)計。

    某16層的二類高層商住樓的地下室內(nèi)設(shè)有一組300KW的自啟動柴油發(fā)電機組，發(fā)電機組的最大外型尺寸：

    長×寬×高=3.49m×1.27m×1.90m。

1、確定保護對象的設(shè)計噴霧強度W等設(shè)計參數(shù)：

    自備發(fā)電機組一般選用0#柴油，其閃點≥65℃，根據(jù)《霧規(guī)》第3.1.2條、第3.1.3條、第3.1.4條的規(guī)定及《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施》（給水排水分冊）中所述的原則，發(fā)電機房的設(shè)計參數(shù)如下：設(shè)計噴霧強度W宜為20L/（min.m²）,持續(xù)噴霧時間不宜小于0.5h，水霧噴頭的工作壓力不應(yīng)小于0.35Mpa，系統(tǒng)響應(yīng)時間不應(yīng)大于45S。

2、噴頭布置與選型：

    根據(jù)《霧規(guī)》第3.1.5條規(guī)定，發(fā)電機組外型不規(guī)則，保護面積按包容機組最大外型尺寸的規(guī)則形體的外表面積確定，本工程發(fā)電機組的外表面積S_發(fā)=22.52m²。

    通常儲油間內(nèi)設(shè)儲存機組8h所需柴油量的油箱，油箱一般架高1.0m以使柴油靠重力流入發(fā)電機組，設(shè)計的機組柴油耗量為83L/h，則油箱容量約為0.7m³，故設(shè)一個1.0m×1.0m×1.0m油箱。根據(jù)《霧規(guī)》第3.1.6條規(guī)定，儲油間的保護面積按儲油間的使用面積確定，噴頭布置方式可采用平面法布置。其使用面積S_儲=2.2×2.8=6.16m²。

    噴頭布置應(yīng)保證水霧的滅火的效率和水霧完全覆蓋保護對象的表面、不出現(xiàn)空白點，所以應(yīng)符合《霧規(guī)》第3.2.3條規(guī)定：“水霧噴頭保護對象之間的距離不得大于水霧噴頭的有效射程?！?。以及《霧規(guī)》第3.2.4條規(guī)定：“……。當按矩形布置時，水霧噴頭之間的距離不應(yīng)大于1.4倍水霧噴頭的水霧錐底圓半徑；當按菱形布置時，水霧噴頭之間的距離不應(yīng)大于1.7倍水霧噴頭的水霧錐底圓半徑?！！?。并且各保護面上的噴頭的間距不應(yīng)超過3m。

⑴、發(fā)電機組噴頭的布置、選型：

①、初定水霧噴頭的流量：

    為便于噴頭的使用、維護，機組各面的水霧噴頭宜采用相同的型號，且為節(jié)約投資，減少噴頭數(shù)量，宜選用霧化角較大的噴頭以保證在相同的水壓下作用面積較大，一般可選用霧化角θ為120º的水霧噴頭。所以，本工程擬選用ZSTWB-80-120型水霧噴頭，此噴頭公稱工作壓力下（0.35MPa）的額定流量q=80 L/min，霧化角為120º。

②、計算發(fā)電機組水霧噴頭的最小數(shù)量N：

  根據(jù)《霧規(guī)》7.1.2公式：N=,

   式中 N-----保護對象的水霧噴頭的計算數(shù)量；

q-----水霧噴頭的流量（L/min）；擬選噴頭流量為80 L/min

        S-----保護對象的保護面積（m²）；S_發(fā)=22.52m²

        W-----保護對象的設(shè)計噴霧強度（L/min.m²）；20 L/min.m²

   所以，N_發(fā)=≈6個。

    發(fā)電機組噴頭布置采用立體布置法，根據(jù)本工程發(fā)電機組的實際尺寸，在機組端面各設(shè)1個噴頭，頂面和二個側(cè)面各設(shè)2個噴頭，噴頭平面布置見下圖。

    從上圖可見，為了達到噴頭直接噴射按包容機組的規(guī)則形體的每個表面，發(fā)電機組設(shè)了8個噴頭，比計算結(jié)果多設(shè)了2個,保護面積內(nèi)的噴霧強度增大，可按此方案選擇和布置噴頭。

③、對噴頭與機組的間距進行計算、確定。

    噴頭與機組表面的間距不應(yīng)大于水霧噴頭的有效射程（水平、垂直），且為使水霧完全覆蓋各保護表面，應(yīng)滿足噴頭與機組表面的最小間距。ZSTWB型高速水霧噴頭的有效射程與霧化角有關(guān)，應(yīng)根據(jù)所選產(chǎn)品廠家的噴射曲線圖確定。本工程采用ZSTWB-80-120型水霧噴頭，其水平有效射程為1.9m，垂直有效射程為3.0m。

噴頭與機組表面的最小間距可根據(jù)機組規(guī)則形體表面尺寸、噴頭位置（為了簡化計算、節(jié)約投資各噴頭的投影宜位于各表面的中心或中軸線上）、噴頭霧化角計算出當完全覆蓋機組規(guī)則形體表面的最小水霧錐底圓半徑R，再根據(jù)《霧規(guī)》3.2.4公式：R=B×tg,求得噴頭與機組規(guī)則形體表面的最小距離B_min=R÷tg。

    本例中的噴頭與機組規(guī)則形體表面的最小距離計算結(jié)果如下：

A、機組端表面?zhèn)葒婎^的最小距離B_端min；

覆蓋機組端表面的最小水霧錐底圓半徑R_端min==1.15m

B_端min= R÷tg= 1.15÷tg=0.67m

B、          機組頂表面?zhèn)葒婎^的最小距離B_頂min；

覆蓋機組頂表面的最小水霧錐底圓R_頂min==1.10m

B_頂min= R÷tg= 1.10÷tg=0.64m

C、          機組側(cè)表面?zhèn)葒婎^的最小距離B_側(cè)min；

覆蓋機組側(cè)表面的最小水霧錐底圓R_側(cè)min==1.29m

B_側(cè)min= R÷tg= 1.29÷tg=0.75m

    根據(jù)計算的最小間距及發(fā)電機房的維修、交通要求，并保證滅火效率，本工程噴頭距機組表面的間距采用1.0m。

    如果各側(cè)的噴頭不是位于各保護面的中心、中軸線，或者采用霧化角小于120º的水霧噴頭時，噴頭與保護面的最小距離增大，噴頭與機組表面的間距可根據(jù)實際計算調(diào)整。

⑵、儲油間噴頭的布置、選型：

    儲油間的保護面積可按建筑的使用面積確定，噴頭布置方式采用平面法布置。其使用面積S_儲=2.2×2.8=6.16m²。

    為便于噴頭的使用、維修，儲油間的水霧噴頭采用與發(fā)電機組相同的型號，即ZSTWB-80-120型。

①、計算儲油間水霧噴頭的最小數(shù)量N：

  根據(jù)《霧規(guī)》7.1.2公式：N=,

   式中 N-----保護對象的水霧噴頭的計算數(shù)量；

q-----水霧噴頭的流量（L/min）；所選噴頭流量為80 L/min

        S-----保護對象的保護面積（m²）；S_儲=6.16m²

        W-----保護對象的設(shè)計噴霧強度（L/min.m²）；20 L/min.m²

   所以，N_儲=≈2個

②、儲油間噴頭布置：

   油箱頂面距儲油間地面高度按2.0m計，噴頭安裝高度距油箱頂面的距離B_箱=0.9m，水霧錐底圓半徑R_箱=B_箱×tg= 0.9×tg=1.55m。噴頭距儲油間地面2.9m，水霧錐底圓半徑R_儲=2.9×tg=5.0m。

    儲油間僅需2個噴頭，噴頭的位置只要使噴頭距儲油箱各點的距離不大于噴頭噴射至儲油箱頂面的水霧錐底圓半徑R_箱=1.55m，且噴頭之間的距離不大于1.7倍噴頭噴射至儲油箱頂面的水霧錐底圓半徑即可滿足水霧完全覆蓋儲油箱頂面（噴頭僅一排，水霧噴頭之間的最大距離按菱形布置考慮），考慮儲油間地面通常設(shè)有集油溝，噴頭的位置還應(yīng)按噴頭距儲油間各點的距離不大于噴頭噴射至儲油間地面的水霧錐底圓半徑R_儲=2.9m來校核。為使水霧較均勻地覆蓋整個儲油間，噴頭距各點的間距及噴頭之間的距離不宜相差太大。

3、水力計算：

    水力計算按《建筑滅火設(shè)計手冊》中的方法進行計算。由于水噴霧系統(tǒng)采用開式噴頭，水力計算參照雨淋系統(tǒng)，按特性系數(shù)法計算系統(tǒng)的實際流量、水頭損失等。若采用估算法則偏差較大，可能導(dǎo)致噴頭噴出的不是水霧。

⑴、水力計算簡圖見下圖。

⑵、水霧噴頭的流量計算q：、

按《霧規(guī)》7.1.1公式：q=K×,

        式中  q-----水霧噴頭的實際流量（L/min）；

              P-----水霧噴頭的實際工作壓力（MPa）；≥0.35MPa

              K-----水霧噴頭的流量系數(shù)；按廠家樣本，本例選用的噴頭流量系數(shù)K=43，

⑶、系統(tǒng)的計算流量Q_j：

按《霧規(guī)》7.1.3公式：Q_j=,

        式中  Q_j ----系統(tǒng)的計算流量（L/S）；

              n-----系統(tǒng)啟動后同時噴霧的水霧噴頭的數(shù)量；     q_i -----水霧噴頭的實際流量（L/min）；

⑷、系統(tǒng)的設(shè)計流量Q_s：

按《霧規(guī)》7.1.5公式：Q_s=1.05~1.10 Q_j

⑸、水力計算結(jié)果為：系統(tǒng)的設(shè)計流量Q_s =18L/S，系統(tǒng)所需工作壓力H=0.57MPa。（具體計算過程略）

4、水噴霧泵選型：

    如何選擇系統(tǒng)加壓泵呢？通常有2種方法：①采用獨立的消防泵，這種方法增加了消防泵數(shù)量，既增加投資又增加泵房的面積，所以設(shè)計中很少采用。②與建筑內(nèi)的其他消防泵共用（流量和壓力均滿足的前提下），即與消火栓泵共用或噴淋泵共用。因為建筑物內(nèi)同一時間內(nèi)的火災(zāi)次數(shù)按一次考慮，且發(fā)電機房采用甲級防火門、防火隔墻等與其他場所隔開，故水噴霧泵可以與噴淋泵共用。

三、問題探討：

1、雨淋閥組的位置；

    《霧規(guī)》第3.1.4條規(guī)定：“水噴霧滅火系統(tǒng)的響應(yīng)時間，當用于滅火時不應(yīng)大于45S；……”。系統(tǒng)響應(yīng)時間由信號傳輸時間（即自動啟動水噴霧泵時間）和水流到達時間組成，信號傳輸時間約需10S，因此必須縮短雨淋閥到最不利水霧噴頭的距離，以減小水流到達時間。故雨淋閥組宜設(shè)在發(fā)電機房附近的雨淋閥室里，這樣既保證響應(yīng)時間，又方便應(yīng)急操作。

2、穩(wěn)壓泵、屋面水箱的問題；

    《霧規(guī)》沒有規(guī)定必須設(shè)穩(wěn)壓泵，也未規(guī)定雨淋閥前必須充滿恒定壓力的水。因為水噴霧系統(tǒng)管網(wǎng)為開式的，噴霧滅火時必須啟動消防泵才能工作，雨淋閥前即使充滿恒壓水，光憑穩(wěn)壓泵的小流量并不能使雨淋閥后的管網(wǎng)正常噴霧滅火。它與閉式噴淋的管網(wǎng)不同，閉式噴淋的報警閥應(yīng)接通屋面消防水箱的出水管，只要報警閥打開，在消防主泵啟動送水前也可保證約10min的緊急滅火，僅僅靠穩(wěn)壓泵使雨淋閥前的管段充滿壓力水，并不能代替消防主泵來實現(xiàn)緊急噴霧滅火的功能。

    但雨淋閥的開啟需要閥瓣前后形成一定的壓力差，此壓力應(yīng)保證能克服閥前管網(wǎng)和雨淋閥的水頭損失，故雨淋閥前的水源應(yīng)保證的雨淋閥處的壓力不小于0.07~0.10MPa，當水噴霧系統(tǒng)與其他消防系統(tǒng)共用消防泵時，一般能保證閥前的水壓要求（因為消火栓系統(tǒng)和均設(shè)有屋面消防水箱或增壓穩(wěn)壓設(shè)備），此時可以不設(shè)穩(wěn)壓泵；當水噴霧系統(tǒng)采用獨立的系統(tǒng)，又沒有與屋面水箱接通或沒有與滿足不間斷供水的室外給水管網(wǎng)接通時，此時的水噴霧系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置穩(wěn)壓泵，以保證能順利的開啟雨淋閥。

3、關(guān)于水泵接合器的問題；

    《霧規(guī)》沒有規(guī)定必須設(shè)置水泵接合器，雖然發(fā)電機房水噴霧系統(tǒng)的火災(zāi)延續(xù)時間為0.5h，消防水池中也存有火災(zāi)延續(xù)時間內(nèi)所需的消防水量，但從安全考慮，避免消防水泵發(fā)生故障時，系統(tǒng)不能發(fā)揮正常的作用，火災(zāi)無法及時撲滅，造成火災(zāi)蔓延，擴大損失；設(shè)置了水泵接合器后，當發(fā)生這種情況時，系統(tǒng)可以使用外水源，通過水泵接合器補水，更大的發(fā)揮水噴霧系統(tǒng)的作用，而增加的投資不多。所以，水噴霧獨立系統(tǒng)宜設(shè)有水泵接合器，當共用消防泵系統(tǒng)時可利用其他系統(tǒng)的，不必再設(shè)。

4、關(guān)于是否需要試噴的問題；

    《霧規(guī)》沒有明確要求，而水噴霧系統(tǒng)的施工規(guī)范尚未頒布，是否試噴讓人無所適從。但筆者認為水噴霧系統(tǒng)安裝完成后宜進行試噴，尤其是與其他消防系統(tǒng)共用消防泵時，在消防泵的流量和壓力無法完全吻合的情況下，檢測水噴霧系統(tǒng)布置的噴頭是否完全包絡(luò)發(fā)電機組和噴頭噴出的水霧滴直徑能否達到要求而進行試噴很有必要。施工單位應(yīng)在施工前制定出周密、詳細的試噴方案，根據(jù)試噴情況，適當調(diào)整噴頭的位置和雨淋閥前的總控制閥的開啟度，使系統(tǒng)的功能達到設(shè)計和規(guī)范的要求。

    以上是本人在在參加實際工程設(shè)計中的一些個人看法，不足之處請專家、同行給予指正。

注：文中水霧噴頭的技術(shù)參數(shù)采用上海金盾消防安全設(shè)備有限公司的產(chǎn)品樣本。

參考文獻：

1.GB50219-95 水噴霧滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范.北京：中國計劃出版社，1995

2.姜文源，等.建筑滅火設(shè)計手冊.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997

3.《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施》（給水排水分冊）.北京：中國計劃出版社，2003