中庭自动跟踪定位射流灭火水炮应用及设计探讨

摘 要：以北方某大型商场中庭为例，介绍了商场中庭自动跟踪定位射流灭火装置的应用，对比了传统自动喷水灭火系统，从水炮的性能参数等方面探讨了自动跟踪定位射流灭火装置在工程应用中的多方面的优点，并指处出应用中尚存在的不足之处。

关键词：中庭，自动跟踪定位射流灭火系统，水炮

中图分类号：TU998.13+2 文献标志码：A

引言

随着城市化进程的不断推进，国民对带有中庭的公用建筑的需求不断增多。中庭与一般建筑不同的是，它具有一个或多个在竖直方向上连续贯通数层的封顶大型空间[1]。该结构形式虽然可使室内建筑空间更为开阔，但是在内部功能复杂多样化、人员密集的大型商场，一旦发生较大规模火灾，可能导致扑救更为困难。火灾时产生的热辐射、热气流及浓烟，在中庭的连通空间内会迅速蔓延，导致热烟扩散，将会对人员的疏散和火灾的扑救带来较大威胁。因此，带中庭建筑消防灭火系统的要求越来越高。由于普通的自动喷水灭火系统等难及时有效探测控制并扑灭空间高度比较高、比较大的工民建的A类火灾，在该种情况下，可采用需采用大流量、远射程的大空间智能型主动喷水灭火系统解决上述难题。

目前常用的大空间智能型主动喷水灭火系统主要有自动扫描射水灭火装置、自动扫描射水高空水炮(固定消防炮)灭火装置、大空间智能灭火装置等。可适用于建筑净空高度大于12米的场所。系统的选择可根据设置场所的火灾类别和特点、环境条件、净空高度、保护区域的形状、保护区域内障碍物的情况及建筑美观要求等使用条件来确定。中庭净空多为24m以下,小流量[2]水炮应用较普遍，本文以北方某大型商场中庭为例着重介绍自动跟踪定位射流灭火水炮的应用。

一、中庭大空间水炮应用案例及探讨

（一）工程概况

该工程位于辽宁省铁岭市，是集购物、休闲、娱乐、餐饮于一体的综合性大型商业中心。分为地上和地下部分，建筑高度24m。其中，地下一层为停车库，地上四层为商业部分，主要为店铺、餐厅，咖啡厅、电影院等。商场中央中庭部分为公共区域，其两层通高，中庭中心有二层商业店铺，为一个独立防火分区，各店铺均环绕在中庭周围，其各层回廊及封闭连桥主要作为连接各店铺的交通枢纽。中庭建筑面积不超过1万m2，中庭超大空间而无分隔，一二层回廊及中庭贯通，中庭与商铺两不同的防火分区采用特级防火卷帘进行分隔。净高不一，有的低至12 m以下，有的高至24m。中庭屋顶均采用玻璃的采光顶。

（二）灭火系统设计分析

中庭的消防性能化分析借鉴国家及国际或工程的案例，同时进行消防性能化评估，该建筑的性能化设计思路为：对中庭及环廊区域进行重点保护，首先严格控制该区域的可燃物，最大限度地减少该区域火灾发生的概率；拟定火灾情景，进行最不利情下烟气分析及模拟，据此合理设计其灭火系统及烟控系统，将其火灾时的危险性降至最低；根据建筑布局和消防性能化疏散策略分析，制定疏散策略并设计疏散路线，保证火灾时全部人员能够安全疏散。本文将重点针对中庭灭火系统的设计进行分析。

该中庭一层环廊及二层封闭连桥吊顶后层高均小于12 m，根据《自动喷水灭火系统设计规范》（GB 50084-2001（2005版），以下简称“喷规”)规定，室内净空高度小于12 m的场所采用闭式自动喷水灭火系统。一层环廊和二层封闭连桥平时仅作为人行通道，考虑到可能存在的移动可燃物，因此中庭环廊区域采用闭式自动喷水灭火系统，采用上下喷喷头。中庭二层回廊顶为以钢架支撑的采光玻璃顶屋面，净空高度小于12m,采用闭式自动喷水灭火系统，在玻璃顶下设置上喷喷头，玻璃和钢架均采用防火材料。对于建筑中央净高12m~24m高的中庭空洞，因其底部为敞开式商场通道，是人员出入商场的集散地及疏散的主要通道，考虑商场装饰会导致一定的可燃物的存在，若火灾发生时，便会在中庭的连通空间内迅速蔓延，热辐射、热气流及浓烟的扩散，对人员疏散和火灾的扑救带来极为严重影响，因此中庭防火十分重要，设计合理配套的灭火系统，及时有效地控制火灾规模，才能最大地减小损失，保护人员安全。

中庭高度超过12m净空，若采用较为常见雨淋系统，存在以下几方面不足：一是，大空间面积大时，往往当火灾发展到一定程度后，温度升高到或烟雾达到一定的浓度时，雨淋系统才能够有效感应，难以实现早期火灾报警及时有效扑救。二是，雨喷淋系统若安装高度较高，当发生火灾时，喷淋头喷出的水滴由于颗粒较小，在受到上升的热空气时会迅速使水滴雾化，无法使水落到火的表面，难以达到有效灭火目的[3]。其次是，其若一旦动作，整个保护区域将同时喷水，不仅用水量大，造成的水渍损失也较大。而大空间智能型主动喷水灭火系统与之相比：一是，探测定位范围更小、更准确，可以根据火场火源情况单独或成组地开启灭火装置喷水，不必像雨淋系统一样全开，既可第一时间有效灭火灾，又可减少水灾损失；二是，在多个水炮的临界保护区域发生火灾时，只会引起周边几个水炮同时开启，不会出现雨淋系统开启导致喷水量成倍增加而超过设计流量的情况。综上考虑，该中庭选择大空间智能型主动喷水灭火系统，设置自动跟踪定位射流灭火水炮。

二、自动跟踪定位射流灭火水炮的设计应用探讨

自动跟踪定位射流灭火水炮主要应用于环境温度应不低于4℃，且不高于55℃的A类火灾的民用和工业建筑内净空高度大于8m，仓库建筑物内净空高度大于12m的场所。该中庭有冬季有采暖，温度满足大空间智能型主动喷水灭火系统的要求。本文本文主要从以下几方面来探讨自动跟踪定位射流灭火装置的应用：

（一）选型

自动跟踪定位射流灭火水炮有多种类型，流量和工作压力不一，根据中庭特点并结合当地地方规范辽宁省地方标准[4]来选择。《消防炮通用技术条件》[5]中指出消防水炮性能参数最小流量是20 L／s，则自动跟踪定位射流灭火水炮属于小流量消防水炮。其多采用悬挂式安装，射流产生的反力会反作用于安装支架，因此其工作压力和流量不适宜太大。本项目考虑到有安装于钢梁下面，选择流量为5L/s的水炮，考虑到本建筑部超过24m，从选泵经济方面考虑，选择0.30MPa工作的水炮。水炮选择时应适用范围，北方应用此类型的消防炮时有适用温度，在设计时应注意此点。

（二）水炮的布置

一些地方规范上并未要求水炮采用两股水柱同时到达保护，在建筑中危险等级二级，要考虑两股水柱到达火点。中庭按6L/min.m2的喷水强度，当地规范并无要求两股水柱同时到达着火点，但考虑中庭是人员疏散的重要场合，若一个水炮出现问题，另一个也可以及时扑救，所以采用两股水柱同时到达保护。

水炮布置的另一个需要注意的地方是，当保护的空间存在遮挡时，应该要考虑遮挡的部分。本中庭采光玻璃顶通过混凝土屋面上的短墙构建连接，玻璃幕墙比搭建的混凝土屋面要高，中庭范围，部分空间即有玻璃顶屋面，也存在混凝土屋面，此种情况下，水炮安装在玻璃幕墙钢梁下，混凝土屋面再设上下喷喷头予以保护。非遮挡的空间，优先在混凝土墙上安装水炮，若无条件，则安装在玻璃幕墙钢梁下。这样水炮的安装高度不至于过高，易在第一时间探测到火灾，也不会导致选泵时扬程过大带来的浪费。

（三）安装高度

规程[6]规定自动扫描射水高空水炮灭火装置天花或平梁底安装的最大净空高度≤20 m。近年来，随着火焰探测器技术和喷嘴技术的不断发展，目前有的自动跟踪定位射流灭火水炮的安装高度可达到40 m，其工作压力高达1．0 MPa，工作流量可达到15 L／s。但实际应用中，中庭最大净空高度通常不超过25m，超过此净空高度中庭，中央往往会配以大型吊灯或其他宣传、装饰条幅，水炮采用边墙安装或退层平台安装的方式，以便于水炮的现场安装、调试和以后的日常维护保养。因此，如何确定水炮适用安装高度，建议从实际出发，结合建筑空间和水炮自身特点，并考虑日后维修管理来决定。在实际的工程项目中，水炮的安装高度应视情况而定，应优先考虑侧装在混凝土墙上，如存在遮挡等情况，无法安装在混凝土侧墙，应考虑吊装于钢架上。在净空高度较高（超过20m）时屋顶水箱的设置应考虑水炮的安装高度，由于高大净空的屋顶为追求建筑效果多做成玻璃幕墙，屋顶水箱无法放置在玻璃幕墙屋面上，而常常该种情况下混凝土屋面较低，而水炮的安装高度却无法降低，导致屋顶水箱不能满足重力流，需设增压泵。规程[5]要求高位水箱底的安装高度应大于最高一个灭火装置的安装高度1m,无条件设置高位水箱时或水箱高度不能满足规定时，应设置隔膜式气压稳压装置。