高层建筑自动喷水灭火技术研究

摘要：在高层建筑中，自动喷水灭火技术已经得到了极大的推广，但在具体设计时仍会出现一些问题，影响到工程的质量，甚至带来实质性的损失。本文从其设计的原理出发，对几个比较容易出错的地方进行了论述。

关键词：高层建筑；灭火技术；自动喷水

高层建筑由于功能复杂，人流频繁、量大，存在较多隐患，而且较大的风力又加快了火势的蔓延。因此，在各种防火条件大体相同的条件下，比多层建筑、单层建筑的危害性更大，更容易造成巨大的经济损失。为了有效降低火灾中人员和财产的损失，快速达到灭火的目的，对喷水灭火系统进行合理的设计与布置已成为消防工作的重中之重。

1. 喷水灭火系统的组成及工作原理

自动喷水灭火系统，简单地说，就是在火灾出现的情况下，能够自动的喷水灭火，以保证人员和财产安全的一种灭火系统。该系统的主要部件为喷水喷头，喷头负责了喷水灭火和火情探测两个最关键的环节。当建筑物内的某个位置发生火灾时，失火点燃烧所产生的热使喷头感温元件启动，进而喷水进行灭火。同时系统中的水流指示器向消防控制中心报警，并给出确切的失火地点。另外报警阀的压力开关在启动消防水泵的同时也会像消防控制中心进行报警，此外还有水利警铃发出的声音报警。该系统可以在发生火灾1min或者不到1min内就实施灭火行为，可以快速的降低火场的热量，减缓燃烧的速度，及时扑灭火灾。

2. 喷水灭火系统喷头的选择与布置

喷头是喷水灭火系统中最为重要的部件之一，它的选择与布置直接关系到系统能否正常发挥出其灭火的功能，因此，合理的选择和布置喷头的位置是至关重要的工作。

2.1 喷头的选择

在选择喷头时，要从二个方面进行考虑：（1）喷头本身的特性参数；（2）所保护空间的建筑构造。而其中又以喷头本身的特性参数为主，主要包括：流量系数、动作温度、热敏性能、布水特征。

喷头的流量系数K值是喷头固有的喷水特性，必须与保护区的喷水强度相适应，只有如此，喷头的布置和管网的设置才更加的合理。其一般计算公式为。其中P表示喷头的工作压力，Mpa；q表示喷头流量，L/min。

喷头的动作温度是热敏感元件受热发生动作时的温度。在选用时一般都要比环境的最高温度高出30度左右，一避免在非活在情况下环境温度发生较大波动而导致误喷。如办公室、商场、餐厅等一般采用的动作温度为68度。

热敏性能是表征在失火时反应快慢的一个参量。失火时环境温度迅速上升，当达到喷头的动作温度后，感温元件并不能迅速启爆，它本身达到工程动作温度尚需一段时间；当达到启爆温度时，周围的环境早已升高了许多。因此，通过反应时间指数RTI可以定量的反应出启爆的快慢。其公式如下： 。其中m表示感温元件的质量；C表示感温元件的比热；h表示对流热传导系数；A表示感温元件的受热面积（m2）。从中可以看出，TRI值越大，普通反应越慢；反之普通反应越快，喷头越灵敏。

布水特征：火的扑灭是由水均匀而有效的分布到着火物上而实现的。因此，喷头的布水形式、布水面积、布水水滴大小等特征均会影响到灭火的效果。

另外，喷头的选择还受到建筑结构的影响。如当设有吊顶时，喷头应紧贴在吊顶下或埋没在吊顶内，就比较适合采用下垂型或吊顶型喷头。

2.2 喷头的布置

喷头的布置要满足作用面积内的喷水强度、喷水的均匀性，和重叠部分的最小化。目前常用的布置方式有三种：正方形、长方形和菱形，如下图所示：

对于正方形（图a）布置来说：每只喷头平均覆盖面积为正方形ABCD，侧面积 S=X*X=4R2cos245°=2R2;

对于长方形（图b）布置来说：每只喷头平均覆盖面积为正方形ABCD，侧面积S=A*B=1.732R2;

对于菱形（图c）布置来说: 每只喷头平均覆盖面积为正六边形，侧面积S=6*（1/2*R2cos30°）=2.598R2;

因此，在选择使用喷头的布置形式时，应优先选择菱形布置，在菱形布置形式不好布局时，可选择正方形布局，各喷头之间的距离相当，既易于布置也易于施工。而长方形布置一般用在长方形的保护区域内，如走廊。

3. 喷水灭火给水方式的选择

在选择给水方式时，要充分了解建筑物的性质、结构特征、建筑高度、平面布局、防火分区的划分、设备层和避难层的位置等，同时还应特别注意以下几个方面：

(1)消防水泵房的位置。一般情况下，消防水泵房设置在地下室结构内。当消防水池同时存有室外消防用水时，消防池宜设置在下一层，且消防水泵的吸水高度不应大于6m；当消防水池内只存有室内消防用水时，其位置不受现在，但要保有直通室外的消防通道。

(2)屋顶高位水箱和中间消防水箱的位置。屋顶高位水箱应保证消火栓系统最不利点消火栓的静水压力：当建筑高度不超过100m时，消火栓的静水压力不应低于0.07MPa；当建筑物高度超过100m时，消火栓的静水压力不应低于0.15MPa；同时还要保证自动喷泉水灭火最不利点的工作压力不低于0.05MPa。

对于中间水箱，为了保证其所必须的压力，一般将该供水分置于中间水箱以下若干层。

(3)供水分区的划分。在水泵房及水箱的位置确定以后，需要对他们进行进一步的分区。为了保证供水的均匀行，应将它们分成若干个小区，每个分项都应有独立的报警阀控制，最高喷头与最低喷头之间的垂直高差应控制在50m内；对于入口压力大于0.42MPa的入口管应设置孔板减压阀；对于外配管道的工作压力应控制在1.2MPa以下。

4. 喷水灭火水力的计算

水力计算是自动喷水美好系统设计的灵魂，只有通过水力计算才能求得系统所需要的设计流量和压力，才能验证设计是否满足基本参数的要求。

当前我国用的比较多的是“矩形面积―逐点法”。该方法的依据是：(1)系统作用的面积采用“矩形面积”保护法，仅在“矩形面积”内的喷头才计算喷水量；(2)系统的设计流量是按最不利点处作用面积内喷头同时喷水的总流量确定；(3)管道流量的计算是以各最不利管路的综合作用为准；(4)管道流速一般不大于5m/s，特殊情况下不赢超过10m/s。通过对以上几点的计算，从而得到谁笨扬程或系统入口的供水压力H：。式中：表示管道沿程和局部的水头损失的累计值，MPa；P0表示最不利点处喷头的工作压力，MPa；Z表示最不利点喷头与消防水池的最低水位或系统入口管水平中心线之间的高程差，MPa；Hk表示报警阀压力损失，MPa。

本文论述喷水灭火系统的设计和施工原理，并就其中的值得注意的几点给予了阐述，以希在进行设计时，可以提供一定的参考。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。