自動(dòng)消防設(shè)計(jì)有關(guān)技術(shù)探討

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簡(jiǎn)介： 根據(jù)多年工作經(jīng)驗(yàn)，就自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的噴頭、管網(wǎng)、報(bào)警閥設(shè)置、系統(tǒng)的保護(hù)面等問題提出己見。并介紹CO2氣體滅火系統(tǒng)，新型滅火劑FM-200和煙烙盡在應(yīng)用中應(yīng)注意的一些問題。
關(guān)鍵字：自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng) CO2氣體滅火系統(tǒng) FM-200 煙烙盡

Design of Automatic Sprinkling Fire System

Pan Zhenqin

　　Abstract: The author's opinions related to the automatic sprinkling fire system design such as the nozzles, pipeline network, installation of alarm valve and the protection of the system are proposed on the basis of personal experiences in practice for years. Also the attentions in application of CO₂ fire system, new fire extinguishing agent FM-200 and smog control are presented. System has distinctive improvements in the flux capacity and installation.

　　一座現(xiàn)代化、智能化的多功能建筑，均是投資規(guī)模大、內(nèi)部裝修標(biāo)準(zhǔn)高、建筑使用功能復(fù)雜，并具有一定政治或經(jīng)濟(jì)影響的建筑。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)改革的深入發(fā)展，這樣的建筑會(huì)愈來(lái)愈多，建筑設(shè)計(jì)技術(shù)要求也會(huì)愈來(lái)愈高，尤其是建筑的防火安全設(shè)計(jì)。
　　建筑防火安全設(shè)計(jì)是一門綜合性科學(xué)，也是多專業(yè)密切配合的共同結(jié)晶。無(wú)論采用何種防火、控火、滅火手段，其目的都是為了迅速有效地?fù)錅缁馂?zāi)或?qū)⒒馂?zāi)控制在最小范圍內(nèi)，使火災(zāi)造成的損失最小，特別是人的生命財(cái)產(chǎn)安全應(yīng)得到最有效的保護(hù)。
　　給排水專業(yè)所承擔(dān)的建筑防火設(shè)計(jì)任務(wù)都是直接參與撲滅或控制火災(zāi)發(fā)展的，因此采用何種滅火設(shè)計(jì)方案、技術(shù)措施都應(yīng)持謹(jǐn)慎態(tài)度。本文就以水、氣體為滅火劑的自動(dòng)消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)的有關(guān)技術(shù)問題作以下方面探討。

1　自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　由于水是最廉價(jià)的滅火劑，因此自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)是最經(jīng)濟(jì)的一種自動(dòng)滅火手段，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用極為普遍，其滅火成功率高，安全經(jīng)濟(jì)，管理方便，可以說(shuō)是世界公認(rèn)的一種自動(dòng)滅火手段。
　　我國(guó)從50年代開始至今已有幾十年的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、管理等各方面經(jīng)驗(yàn)，目前在設(shè)計(jì)技術(shù)，配套產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化，控制技術(shù)自動(dòng)化、程序化方面都積累了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn)。限于國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)實(shí)力，目前除觸點(diǎn)感溫式循環(huán)預(yù)作用系統(tǒng)(技術(shù)先進(jìn)，但造價(jià)昂貴)尚不多見外，其他各種類型自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用，在保護(hù)建筑防火安全方面發(fā)揮了巨大作用，為了進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)技術(shù)，據(jù)筆者所見以下問題尚需進(jìn)行研究討論。
1.1　噴頭布置
　　噴頭擔(dān)負(fù)著探測(cè)火災(zāi)和噴水滅火的重要作用，噴頭的布置關(guān)系著自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)是否能正常地發(fā)揮作用。對(duì)于不同建筑危險(xiǎn)等級(jí)，規(guī)范對(duì)噴頭的間距作了規(guī)定限值。有設(shè)計(jì)者誤把此規(guī)定值當(dāng)作布置應(yīng)采用的間距，從而出現(xiàn)了不管被保護(hù)對(duì)象及建筑平面尺寸和構(gòu)造要求如何，一律采用3.6m(中危險(xiǎn)級(jí))或4.2m(輕危險(xiǎn)級(jí))間距的現(xiàn)象。導(dǎo)致出現(xiàn)噴頭貼梁、貼柱安裝，或者在不規(guī)則建筑平面上，噴頭布置零亂，配管縱橫交錯(cuò)、雜亂無(wú)章等，影響建筑美觀及噴頭功能的發(fā)揮。例如：寫字樓、賓館等的走廊，成行噴頭的布置位置與走廊中線相距甚遠(yuǎn)，很不美觀；又如高層建筑的地下車庫(kù)由于硬性3.6m的布置結(jié)果不少噴頭都無(wú)法布置在停車位的上方；還有大中型商場(chǎng)的設(shè)計(jì)，隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，商場(chǎng)規(guī)模、銷售物品種類等都會(huì)時(shí)常變化，功能劃區(qū)時(shí)常變動(dòng)是正?，F(xiàn)象，這樣的場(chǎng)所噴頭就應(yīng)該結(jié)合建筑物的開間布局一塊塊布置，今后商場(chǎng)無(wú)論如何分隔噴頭的布置都能滿足要求。
1.2　管網(wǎng)布置
　　管網(wǎng)布置是在噴頭布置的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，隨意性較大。由于管網(wǎng)造價(jià)約占整個(gè)系統(tǒng)造價(jià)的50%～60%，系統(tǒng)規(guī)模愈大，這個(gè)比值愈高，因此管網(wǎng)的布置直接影響系統(tǒng)的造價(jià)。管網(wǎng)又擔(dān)負(fù)著向噴頭送水的任務(wù)，有個(gè)安全供水的要求。
　　據(jù)筆者大量計(jì)算比較認(rèn)為：采用居中進(jìn)水(即配水支干管與成組噴頭支管居中連接)是最經(jīng)濟(jì)，也是管網(wǎng)水力計(jì)算最方便的方式。在較大面積的保護(hù)區(qū)內(nèi)宜采用多立管劃片連接支管，因?yàn)樘L(zhǎng)的橫支管會(huì)造成平面上各噴頭前工作壓力差值太大，造成實(shí)際流量的分配與理論計(jì)算流量分配偏差甚大。多立管劃片連接也避免了無(wú)謂的流量轉(zhuǎn)輸，浪費(fèi)管材的問題。
　　管網(wǎng)目前常規(guī)設(shè)計(jì)是報(bào)警閥前環(huán)狀供水，報(bào)警閥后枝狀布管。少數(shù)工程采用水流指示器后環(huán)狀布管，其觀點(diǎn)是可以節(jié)省管材。但筆者認(rèn)為，自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)和消火栓等供水管網(wǎng)情況不同，采用環(huán)狀布管帶來(lái)兩個(gè)問題：(1)最不利點(diǎn)不明確，給水力計(jì)算增加許多困難；(2)造成不必要的流量轉(zhuǎn)輸，浪費(fèi)管材而不是節(jié)省管材。
1.3　報(bào)警閥的設(shè)置
　　按消防主管部門意見，報(bào)警閥設(shè)置位置一般均要求設(shè)在地上一層，并靠近消防控制中心；但有時(shí)難以實(shí)現(xiàn)，當(dāng)被允許設(shè)于地下一層時(shí)，其水力警鈴必須設(shè)于地上一層。當(dāng)系統(tǒng)最大工作壓力超過(guò)1.2MPa時(shí)按規(guī)范要求應(yīng)采取分區(qū)或減壓措施，此時(shí)應(yīng)注意濕式報(bào)警閥的選用問題。國(guó)產(chǎn)濕式報(bào)警閥ZSZ系列，它的最大工作壓力為1.2MPa，ZSS系列最大工作壓力為1.6MPa。一幢高度100m左右的高層建筑其自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的最大工作壓力可能超過(guò)1.6MPa，此時(shí)應(yīng)結(jié)合豎向分區(qū)情況，把報(bào)警閥往樓層上方移位。
　　由于每個(gè)報(bào)警閥管1～2層或2～3層，盡管報(bào)警閥控制噴頭數(shù)不超過(guò)800只，但這種水平向控制方式會(huì)帶來(lái)噴水的不均勻性，應(yīng)采取必要的樓層水平的減壓措施，這點(diǎn)往往被設(shè)計(jì)者所忽視。
　　現(xiàn)行實(shí)際工程中，對(duì)自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)管網(wǎng)大多以估算管徑作為設(shè)計(jì)管徑，沒有進(jìn)行必要的核算，因此選泵很盲目。筆者接觸到不少工程發(fā)現(xiàn)所選水泵的揚(yáng)程不足以克服整個(gè)系統(tǒng)的阻力及保證最不利點(diǎn)噴頭工作壓力不小于0.1MPa的要求；有的又盲目放大管徑造成不必要的浪費(fèi)，凡此種種均應(yīng)在克服之列。
1.4　自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的保護(hù)面
　　筆者在香港見到許多建筑無(wú)論層數(shù)多少，裝修標(biāo)準(zhǔn)如何，整個(gè)建筑內(nèi)部除了不能用水保護(hù)的場(chǎng)所外，幾乎是“滿天星”布置，如：自動(dòng)扶梯下、垃圾道上方、電梯頂部、人梯坡道下僅有1m～2m高度的小空間均布滿了噴頭。因?yàn)?label class="lb" onclick="g('自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)');">自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)是一種投資少、滅火迅速可靠、無(wú)毒害的滅火手段，擴(kuò)大保護(hù)范圍所增投資極少，卻增加了建筑防火的安全度，值得提倡。筆者認(rèn)為超高層建筑中可取消“小于5.0m²的衛(wèi)生間可以不設(shè)”的限制，達(dá)到“滿天星”鋪設(shè)的要求，對(duì)于其他高層高級(jí)公共建筑亦應(yīng)適當(dāng)增加覆蓋面以利安全。
1.5　防火卷簾加密噴頭獨(dú)立系統(tǒng)的保護(hù)
　　現(xiàn)行《高規(guī)》第5.4.4條規(guī)定：“采用防火卷簾代替防火墻時(shí)，其防火卷簾應(yīng)符合防火墻耐火極限的判定條件或在其兩側(cè)設(shè)閉式自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，其噴頭間距不應(yīng)小于2.0m。”
　　筆者認(rèn)為值得研究和探討的問題是：(1)專業(yè)廠家目前生產(chǎn)的防火卷簾有兩種，一種是普通防火卷簾，這是必須用水予以保護(hù)的；另一種是復(fù)合式防火卷簾，據(jù)廠家介紹及有關(guān)部門鑒定：復(fù)合式防火卷簾可以不用水保護(hù)(價(jià)格自然較為昂貴)。如果是采用復(fù)合式防火卷簾替代防火墻，還要不要用水保護(hù)?(2)條文中既然提出：“……在其兩側(cè)設(shè)閉式自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)”，換句話說(shuō)也就是不一定要采用開式噴頭保護(hù)，這就涉及到滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量問題。當(dāng)防火卷簾總長(zhǎng)度較短時(shí)，兩種計(jì)算方法差別不大；當(dāng)防火卷簾總長(zhǎng)度超過(guò)50m時(shí)，設(shè)計(jì)秒流量的計(jì)算關(guān)系重大。如某工程防火卷簾總長(zhǎng)度超過(guò)100m，按0.5L/(s ^. m)計(jì)算，用水量將超過(guò)60L/s，3h總用水量高達(dá)650m³。(3)滅火延續(xù)時(shí)間是否一定要3h，目前少數(shù)地區(qū)沒有采用3h，其依據(jù)是什么?
　　據(jù)筆者了解，全國(guó)各地在執(zhí)行此條文規(guī)定時(shí)爭(zhēng)論不休，希望有個(gè)明確定論以便執(zhí)行。

2　CO₂氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　我國(guó)目前所采用的氣體滅火系統(tǒng)，主要為鹵代烷1211、1301及CO₂滅火系統(tǒng)。
　　就國(guó)內(nèi)目前技術(shù)、經(jīng)濟(jì)狀況而言，CO₂被認(rèn)為是一種較理想的滅火劑。因?yàn)镃O₂是一種不導(dǎo)電、能夠撲救多種類型火災(zāi)的物質(zhì)，且CO₂來(lái)源方便，價(jià)格便宜。因此，被廣泛用于保護(hù)圖書、檔案、珍貴文物、貴重儀器、高低壓配電房、柴油發(fā)電機(jī)房等。
　　CO₂系統(tǒng)的應(yīng)用主要為封閉空間的全淹沒系統(tǒng)(局部系統(tǒng)應(yīng)用極少)，且大部分都是采用高壓CO₂滅火系統(tǒng)(高壓儲(chǔ)壓為5.17MPa)。低壓CO₂系統(tǒng)工程實(shí)例極少(低壓儲(chǔ)壓為2.07MPa)，以上均按環(huán)境溫度21℃時(shí)計(jì)算。
　　CO₂是一種以液態(tài)儲(chǔ)存、氣態(tài)釋放的氣液兩相滅火劑。目前我國(guó)已有不少?gòu)S家均有其獨(dú)自的配套產(chǎn)品，各廠家生產(chǎn)的瓶頭閥、啟動(dòng)器、噴嘴、儲(chǔ)罐的稱重機(jī)構(gòu)均不相同。當(dāng)設(shè)計(jì)中認(rèn)定采用某廠家產(chǎn)品時(shí)一定要配套采用，并應(yīng)對(duì)儲(chǔ)罐的儲(chǔ)存壓力、充裝密度、噴嘴性能參數(shù)等加以核算。
　　高壓CO₂系統(tǒng)設(shè)計(jì)中以下技術(shù)問題應(yīng)予以重視。
2.1　均衡系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　為使防護(hù)區(qū)內(nèi)各部位空間能盡快達(dá)到設(shè)計(jì)濃度和簡(jiǎn)化管網(wǎng)的流體水力計(jì)算要求，CO₂滅火系統(tǒng)和鹵代烷1301等滅火系統(tǒng)一樣，其管網(wǎng)布置力求做到均衡。均衡系統(tǒng)的要求：(a)各噴嘴的平均設(shè)計(jì)質(zhì)量流量應(yīng)完全相等；(b)從儲(chǔ)存容器到各噴嘴的管道(或管道等效長(zhǎng)度)應(yīng)大于最長(zhǎng)管道(或最長(zhǎng)管道等效長(zhǎng)度)的90%，即從儲(chǔ)罐到各噴嘴之間，各管道或等效管道之長(zhǎng)度相差不應(yīng)超過(guò)10%。均衡系統(tǒng)的管網(wǎng)布置見圖1。

圖2

圖3

2.2　管網(wǎng)阻力
　　按《二氧化碳?xì)怏w滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》有關(guān)規(guī)定，由于CO₂是一種氣、液兩相流，管網(wǎng)的水力計(jì)算非常復(fù)雜，采用任何一種計(jì)算方法，均應(yīng)滿足兩點(diǎn)要求：(1)每個(gè)噴嘴的平均設(shè)計(jì)質(zhì)量流量均應(yīng)相等；(2)噴嘴的入口壓力不應(yīng)小于1.4MPa。為達(dá)到上述要求，規(guī)范推薦兩種計(jì)算方法，一是圖解法，一是公式計(jì)算法。從計(jì)算比較和天津消防科研所多年從事研究的結(jié)果均認(rèn)為用圖解法計(jì)算誤差較大，一般不推薦使用；按公式計(jì)算誤差雖小些，但計(jì)算繁瑣，也急待進(jìn)一步研究探討。
2.3　系統(tǒng)管徑的確定
　　CO₂滅火劑釋放時(shí)由于壓力降低及周圍環(huán)境溫度較高，管內(nèi)液態(tài)CO₂會(huì)急劇蒸發(fā)。蒸發(fā)過(guò)程是吸熱過(guò)程，且CO₂的固態(tài)點(diǎn)和液態(tài)點(diǎn)較接近，有可能造成在管道某處形成干冰(即固態(tài)CO₂)，堵塞管道。CO₂不能按設(shè)計(jì)流量噴出，堵在管內(nèi)的CO₂液體繼續(xù)膨脹，壓力不斷增加，可能引起管道爆炸。這種現(xiàn)象在低壓CO₂系統(tǒng)中更容易發(fā)生，這是比較危險(xiǎn)的。為避免此類事故發(fā)生：(1)設(shè)計(jì)管網(wǎng)時(shí)應(yīng)裝設(shè)泄壓閥，封閉管段的泄壓壓力為15MPa±0.75MPa。(2)管網(wǎng)設(shè)計(jì)計(jì)算的環(huán)境溫度，高壓CO₂系統(tǒng)定為21℃，因此管網(wǎng)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)所涉及的一系列參數(shù)，如儲(chǔ)存壓力噴嘴的流量特性，管道內(nèi)壓力損失等均應(yīng)取21℃時(shí)的數(shù)值。CO₂儲(chǔ)罐間內(nèi)環(huán)境溫度不宜過(guò)高，規(guī)范規(guī)定應(yīng)保持在0℃～49℃，并保持干燥和通風(fēng)良好，避免陽(yáng)光直接照射。更不能將儲(chǔ)罐間當(dāng)臨時(shí)庫(kù)房堆積物品。(3)CO₂管道斷面設(shè)計(jì)不應(yīng)過(guò)小，按規(guī)范推薦的估算法公式