自动喷水灭火系统设计规范讲义（一） - siceman的日志 - 网易博客

自动喷水灭火系统设计规范讲义（一）

广西壮族自治区公安厅消防局印制

2002年10月  南宁

前    言

    根据建设部建标(2001)68号“关于发布国家关标准《自动喷水灭火系统设计规范)的通知”，由公安部会同有关部门共同修订的(自动喷水灭火系统设计规范》GB50084—200l，  自-2001年7月1日起施行，本规范中的强制性条文必须执行。原国家标准(自动喷水灭火系统设计规范)(GBJ84—85)同时废止。

    本规范由公安部天津消防科学研究所会同北京市消防局、上海市消防局、四川省消防局、公安部四川消防科学研究所、大连市消防局、深圳市消防局、建设部建筑设计院、天津市建筑设计院、化工部第一设计院、天津大学、深圳市捷星消防工程公司等单位共同修订。

    本规范的修订，遵照国家有关基本建设的方针，和“预防为主、防消结合”的消防工作方针，在总结我国自动喷水灭火系统的科研成果、设计和使用现状的基础上，  广泛征求了国内有关科研、设计、生产、消防监督、高校等部门的意见，  同时参考了国际标准化组织和美国、英国等发达国家的相关标准，最后经有关部门共同审查定稿。

    1992至1999年，美国在7年间连续3次修订NFPA一13《自动喷水灭火系统安装标准)。  自1992年开始修订、至1994年完成的NFPA一13标准(1994)版本，增补了与近期新技术有关的内容。随后出版的NFPA一13标准(1996)和(1999)版本，进一步完善了涉及近期新技术的规定内容，使之更加详细、充实。

    我国自80年代中期开始跟踪并研究该领域新技术，为此次修订规范打下了基础。

    本规范修订本，共分十一章和五个附录。内容包括：总则、术语符号，设-置场所火灾危险等级、系统选型、设计基本参数、系统组件、喷头布置、管道、水力计算、供水、操作与控制等。

    此次修订的主要内容包括：

    1．按设计系统的工作步骤重新编排了章节顺序；

    2．充实了设置场所火灾危险等级、系统与组件选型、设计基本参数、喷头布置、管道及供水设施的配置等相关章节的技术内容；

    3．补充了新型系统和新型洒水喷头、及各类仓库设置该系统的技术要求；

    4．特别强调合理的系统选型和配置，对保证自动喷水灭火系统整体性能的重要作用。本规范中强制性条文数量较多的原因：

    1．本规范此次修订，增补的内容较多，对系统设计参数的规定，明显缩小了与发达国家标准的差距，  对设计质量的要求较高；

    2．本规范中的规定，均是用于表述设计自动喷水灭火系统时，所需采取的技术措施，不仅具有保证系统可靠性与有效性的作用，而且密切相关、相互制约，并对系统的整体性能具有牵一线动全局的影响。

    3．对竣工后的自动喷水灭火系统，我国尚无直接进行其性能检验的成熟技术，同时也无法进行仿真性的模拟试验，因此只能依靠设计施工中采取的技术措施，保证系统的性能。

    4．强制性条文的用词，仍执行“本规范用词说明”，用词“宜”，表示允许稍有选择。

    对本规范存在的不妥之处，欢迎提出意见，并将在局部修订时予以解决。

1  总    则

    制订本规范的目的，  是为了正确、合理地设计自动喷水灭火系统，保护人身和财产安全。其设计标准，可以弓I用美国NFPA—13标准的下列表述来说明，  即：“提供设计自动喷水灭火系统的最低限度要求”。本规范根据上述设计标准，提出所应遵循的规定条文和应采取的技术措施。

    本规范的适用与不适用范围：

    适用于新建、扩建、改建的民用与工业建筑中自动喷水灭火系统的设计。

    不适用于火药、炸药、弹药，火工晶工厂、核电站及飞机库等特殊功能建筑中自动喷水灭火系统的设计。

    自动喷水灭火系统的适用与不适用范围：

    凡可用水扑救火灾的工业与民用建筑，均可安装使用自动喷水灭火系统，但此类系统不适用于存在较多下列物品的场所：

    遇水发生爆炸或加速燃烧的物品；

    遇水发生剧烈化学反应或产生有毒有害物质的物品；

    洒水将导致喷溅或沸溢的液体。

    凡自动灭火设施，其成功扑救火灾的充分必要条件，包括启动时间、正常运行和灭火能力。当采用新技术时，应满足先进性、适用性与成熟性的要求。

    当采用包括设计方法在内的新技术，以及替代本规范规定的其他技术措施时，应按有关规定进行技术论证。美国NFPA—13标准的规定为，“不限制采用替代措施，但不得降低系统的可靠性，  并应得到权威机构的批准”。       

    工程设计中采用的系统组件，必须符合国家现行的有关标准，并应经国家固定灭火系统质量监督检验测试中心等授权机构检验合格的产品。

    当设置自动喷水灭火系统的建筑变更用途时，应校核原有系统的适用性。当不适应时，应按本规范重新设计。

    自动喷水灭火系统的设计，除执行本规范外，尚应符合国家现行的相关强制性标准．

2  基本概念

2．1自动喷水灭火系统

    “自动喷水灭火系统“是一个专业术语，特指由洒水喷头、报警阀组、水流报警装置(水流指示器或压力开关)等组件，  以及管道、供水设施组成的自动灭火系统。按规定技术要求组合后的系统，  应能在初期火灾阶段自动启动喷水，  灭火或控制火势的发展蔓延。因此，此类系统的功能是扑救初期火灾，其性能应符合本规范的规定。

    自动喷水灭火系统是目前国际上应用范围最广、用量最大、灭火成功率最高、且造价最为低廉的固定灭火设施，  并被公认是最为有效的建筑火灾自救设施。1965年美国的统计资料表明：  在当时的技术状况下，  包括不同火灾危险性的各类民用与工业建筑在内，  25年间共8万多次喷淋系统自救灭火的案例中，系统控灭火的成功率达到96％以上。在灭火失败的案例中，  属于设备失修和误关闭控制阀门等人为因素导致系统失效的占一半以上，  上述统计资料充分证明该系统扑救火灾的可靠性与有效性。

    美国费城第一子午广场大厦火灾，是一起典型的火灾案例，充分说明了此类系统的自救灭火能力。该大厦共38层，  自30层向上的楼层安装了自动喷水灭火系统。大厦22层在当地时间晚8时许起火，消防队于8点30分左右投入灭火，但未能有效遏制火势，并付出牺牲2名消防员的沉重代价，当火势蔓延至27层时，消防队员被迫撤离。此后，大火继续自由蔓延，直到次日早7点许大火烧至30层时，驱动了该楼层的10只喷头，遏制了火势的蔓延，  并最终在与水枪射流的夹击下扑灭了这场大火。

    自动喷水灭火系统已有100多年的发展历史，生产与应用技术虽然已于20世纪，50年代趋于成熟，  但仍然存在尚未解决的技术难点。20世纪70年代后期以来，  该系统的技术领域取得了突破性发展，包括：

    1．闭式喷头热敏性能的定量分析理论与方法，提出了响应时间指数(RTl)概念、建立了标准试验方法，并开发了快速响应喷头。

    2．喷头下喷水量穿透力的研究，使系统在高堆垛高货架仓库中的应用技术迅速发展，相继开发出大水滴喷头、ESFR喷头和ELO喷头等新型喷头，

    按照系统的组成与技术特点，可划分为湿式、干式、预作用式和雨淋式四种类型。采用闭式洒水喷头的自动喷水灭火系统，被称为闭式系统。雨淋系统与水幕系统采用开式喷头，可称为开式系统。水幕系统与雨淋系统的组成虽很相似，但水幕系统不是灭火设施，而是防火设施。水喷雾系统的组成同样和雨淋系统极为相似，二者虽仅采用的喷头不同，但在灭火机理与保护对象方面，二者存在着性质上的不同，因此水喷雾系统不属于自动喷水灭火系统范畴，是另外一种类型的固定式自动灭火系统。

2．2湿式系统

    准工作(或称“戒备”、“警戒”)状态时管道内充满用于启动系统的有压水的闭式系统。

    湿式系统由闭式喷头、水流指示器、湿式报警阀组、供水设施、稳压设施、末端试水装置及连接管道等组成。连接管道包括短立管、配水支管、配水管、配水干管，  以及水泵的吸水管和供水管等。湿式报警阀组由水流控制阀、湿式报警阀、延迟器、压力开关、水力警铃，以及压力表、过滤器、试验阀以及安全阀(或称泄压阀)等组成。水流指示器与压力开关的动作信号输入火灾报警器。系统的供水泵应自动启动。    

    依靠闭式喷头受热时可自动开启喷水的技术特点，系统可自动控制喷头的开放时间和对火灾部位的局部范围洒水灭火，并在灭火过程中，根据开放喷头的灭火效果，  自动控制开放喷头的数量，达到控制喷水面积的目的。一次灭火过程中保持喷水强度的系统最大喷水范围，体现系统的最大灭火能力。

自动喷水灭火系统用于扑救初期火灾。系统有限的喷水强度和喷水面积，不能控制进入猛烈燃烧阶段的火灾。   

综上所述，系统控火灭火的有效性，取决于闭式喷头的开放时间和投入的灭火能力。灭火能力体现在两个方面，即：抑制燃烧的喷水强度和覆盖起火范围的喷水面积。所以，系统的设计，首先应保证闭式喷头响应火灾的灵敏性，  使之在初期火灾阶段被热烟气流驱动，在此基础上应保证喷头开放后立即持续喷水和在喷水范围内保持足够的喷水强度。

    此类系统的一大弱点，是喷水容易受障碍物的阻挡而不能顺利到达起火部位，因此必须在同时考虑喷水彳艮难避免受阻的因素后，确定系统的最大喷水范围，即作用面积。

    闭式喷头在初期火灾适时开放，并且系统的洒水完全覆盖起火范围，喷水强度大于灭火需求的水量时，系统没有理由不能灭火。当系统的喷水因“受阻”而不能送达燃烧面时，将影响灭火能果。

2．3干式系统。

    警戒状态时配水管道内充满用于启动系统的有压气体的闭式系统。

    在干式系统中，传递火警信号的介质，  由有压水转换为压缩空气，因此可消除环境温度对管道内充水的影响。系统启动时必须经过管道排气充水过程后，才能开始喷水。在干式系统延迟喷水的时间内， 火灾将得以继续蔓延，使灭火难度增大，因此导致其灭火效能低于湿式系统。通过控制干式系统配水管道的排气充水时间，可以把握闭式喷头开放后的延迟喷水时间。干式系统应配置干式报警阀组和保持配水管道内充气压力的补气装置(通常为空气压缩机及其压力控制装置)。干式报警阀的加速器，用于保证干式报警阀的快速开启，为了尽快排尽配水管道内的压缩空气，配水管道应设置快速排气阀，并应在快速排气阀的入口，  设置警戒状态时封闭管道的电动阀。

2．4预作用系统

    准工作(警戒)状态时配水管道内不充水，由火灾自动报警系统联动雨淋报警阀和供水设施后，转换为湿式系统的闭式系统。

    此类系统由火灾自动报警系统与自动喷水灭火系统组合而成，采用闭式喷头与预作用报警阀组，阀组中配置雨淋报警阀。利用火灾探测器的灵敏性优于闭式喷头的特点，使雨淋报警阀和供水泵可在火灾自动报警系统动作后启动，并在闭式喷头动作前完成配水管道充水的预作用过程，因此可同时消除湿式与干式系统的缺陷。雨淋报警阀虽有三种控制开启的方式，  但预作用系统应首选自动启动方式，目的是为了满足“管道尽快充水和喷头开放后立即喷水”的要求。

    利用“火灾探测器动作”和“闭式喷头开放”两个条件之间的“与门”或“或门”关系启动的系统，是另一类兼备“预作用系统”与“干式系统”特点的系统，  实际是“预作用系统”与“干式系统．”的组合系统。设计时应按其不利条件、即不能避免滞后喷水的干式系统对待。

    重复启闭预作用系统属于预作用系统的升级产品。其特点是能在扑灭火灾后自动关闭报警阀、复燃时再次开阀喷水。和预作用系统比较，探测器与报警阀有所改进，探测器可输出灭火信号，报警阀可按指令信号关闭和再次开启，  可有效降低不必要的水渍污染。此类系统我国虽有工程应用实例，但目前仍无国产的产品。

2．5雨淋系统

    采用开式洒水喷头，由火灾自动报警系统或传动管自动控制雨淋报警阀的开启和供水泵的启动，  并由雨淋报警阀控制系统的喷水作用面积的自动喷水灭火系统。

    当设置场所具备火灾水平蔓延速度快、或因室内静空高度大而使喷头感温条件恶化等特点时，将使闭式喷头的开放滞后于火灾的水平蔓延，此时闭式系统将因难以使喷水有效覆盖火灾范围，而导致不能保证有效控制连续蔓延的地面火灾。雨淋系统具备一旦启动，便可立即大面积喷水的技术特点，  可补偿闭式系统不宜在上述场所中使用的弱点。

2．6水幕系统

    此类系统由开式洒水喷头或水幕喷头，和’雨淋报警阀组或感温雨淋阀以及水流报警装置(水流指示器或压力开关)等组成，是用于挡烟阻火和冷却分隔物的防火系统。系统的组成与雨淋系统相似，但仅具备防火功能，并按功能划分为防火分隔水幕和防护冷却水幕。

    密集喷洒形成水墙或水帘的水幕，称为防火分隔水幕。冷却防火卷帘等分隔物的水幕，称防护冷却水幕。

    用于防火分隔的水墙与水帘，其区别在于对水的分散性不同，水墙相当于带状雨淋系统的效果，水的分散性好、比表面积大，吸收热量和洗涤烟气中有害气体与烟尘微粒的效果好；而呈片状水帘时，则水量集中、比表面积小，而且水帘与烟气接触的时间短，因此吸热与洗烟的效果比水墙差。

    借助水的冷却作用，使分隔物表面在受热条件下形成水膜，维持分隔物被水湿润和温度不超过100℃的状态，达到保证分隔物完整性与隔热性的目的。

2．7自动喷水一泡沫联用系统

    配置供给泡沫混合液的设备后，组成既可喷水又可喷泡沫混合液的自动喷水灭火系统。              

    此类系统保持自动喷水灭火系统的性能，但利用洒水喷头喷洒泡沫混合液，因此应配置储存泡沫灭火剂和供给泡沫混合液的设备。系统喷洒泡沫混合液时，虽与洒水状态几乎相同，但能显示更强的灭火能力，使喷水系统的灭火性能得到明显强化。由于采用洒水喷头，所以既能喷水又能喷洒泡沫混合液；由于洒水喷头为非吸气型喷头，喷洒的泡沫混合液成泡性能差，故多采用水成膜泡沫灭火剂。泡沫喷淋系统采用配有发泡网的吸气型喷头，只能喷泡沫混合液而不能均匀洒水。

2．8配水管道

    报警阀出口后系统管道的总称，发挥分配系统流量的作用，包括配水干管、配水管及配水支管。

   报警阀出口后向配水管供水的管道称配水干管。

   向配水支管供水的管道称配水管。

   直接或通过短立管向喷头供水的管道称配水支管，

   连接喷头与配水支管的立管称短立管。

    报警阀入口前管道称供水管道。    

3  设置场所火灾危险等级

    设置场所的火灾危险等级，包括：

    轻危险级

    中危险级，并划分为I级与Ⅱ级

    严重危险级，并划分为I级与Ⅱ级

    仓库危险级，并划分为I级、Ⅱ级与Ⅲ级

    设置场所火灾危险等级的划分，由原规范的3级4等扩展到本规范的4级8等，因此有利于细化系统的设计基本参数，使设计更加具有针对性。

    根据设置场所的功能、内部容纳物品的性质、数量和分布，以及室内空间条件等因素，在分析火灾特点，和热气流驱动喷头开放及喷水到位的难易程度后，确定火灾危险等级。设置场所火灾危险等级的举例见附录A。

    室内物品的制造材料、结构的疏密程度、以及堆积摆放形式，将影响火灾的燃烧速度、放热速率及喷水灭火的难易程度。物品的堆积高度大，燃烧时竖直方向的蔓延速度快，以及高堆物品对喷水的遮挡作用，导致灭火的难度增大，容易使火灾得以水平蔓延。

    设置场所的室内空间条件，  将影响火场中闭式喷头的开放时间，及其喷水灭火的难易程度。火灾烟气流在上升过程中，由于卷吸空气的作用而逐渐降低温度和流速。顶板下烟气流的温度与速度，将随室内净空高度的增大而降低，其结果将推迟闭式喷头的动作时间。喷头开放时间的推迟，将为火灾继续蔓延提供条件，使喷头开放时刻所面临的火灾放热速率增大，灭火的难度增大。此时喷头的下喷水量，将因为与上升热烟气流接触的距离增大，而导致被热气流吹离下落轨迹和汽化的水量增大，使送达到位的灭火水量减少，同样将增大灭火的难度。

    设置场所火灾危险等级的判断，是系统设计的基础。设置场所选取的系统类型及其设计参数，应建立在设置场所火灾危险性分析的基础之上。    

    当建筑物内各场所的火灾危险性及灭火难度存在较大差异时，应该根据各场所的实际情况，确定系统选型与火灾危险等级。

4  系统选型

4．1一般规定

    自动喷水灭火系统的系统选型，应根据设置场所的火灾特点和环境条件、以及不同类型系统的技术特点确定。露天设置闭式喷头时，其受热条件差、不易动作，所以露天场所不宜采用闭式系统。

    自动喷水灭火系统的设计，应遵循下列原则：

    闭式喷头、或用于启动系统的火灾探测器，应能有效探测初期火灾；

    湿式系统与干式系统，应在开放一只喷头后自动启动。预作用系统与雨淋系统，应在火灾自动报警系统报警后自动启动；

    作用面积内的喷头，应在规定的持续喷水时间内，按设计确定的强度持续喷水；

    喷头应均匀洒水，  喷头的洒水不应遭受明显阻挡。    

4．2系统选型

    环境温度不低于4℃、且不高于70℃的场所应采用湿式系统。

    环境温度低于4℃、或高于70℃的场所应采用干式系统。    

系统处于警戒状态时，严禁管道漏水和误喷的场所，可采用预作用系统替代湿式系统。  

    采用预作用系统替代干式系统，可消除滞后喷水现象。

    严重危险级和仓库危险级场所不宜选用预作用系统，原因是"火灾自动报警系统和配水管道充水”环节的可靠性，将对系统“喷头开放后立即喷水”的基本性能产生影响。而且，随着危险等级的提高，这种影响将使风险增大。如果采用湿式系统确有困难而计划采用预作用系统， 则应确保“火灾自动报警系统和配水管道充水”环节的可靠性，而且消防水箱或气压给水设备的有效容积，应包括配水管道充水的用水量， 同时应满足“配水管道充水时间”的规定。

    灭火后必须及时停止喷水的场所，适合采用重复启闭预作用系统。

    火灾的水平蔓延速度快、或者室内净空超过规定的高度时，闭式喷头的开放时间，将不能满足使喷水有效覆盖火灾区域的要求．如果设计方案采用自动喷水灭火系统，则应选用雨淋系统，利用立即大面积喷水的灭火方式，迅速扑救地面火灾。

    下列场所应采用设置快速响应早期抑制喷头的自动喷水灭火系统：

    货品堆积高度等于或大于4-5m的仓库危险级I级、Ⅱ级仓库；

    货品堆积高度等于或大于3．5m的仓库危险级Ⅲ级仓库；

    储存发泡类塑料与橡胶的仓库危险级Ⅲ级仓库。

    规定此条的初衷，是为了借鉴国外扑救高堆垛、高货架仓库的新技术，促进国内在该领域的新产品开发，以及在符合本条规定条件的仓库内，‘尽量避免设置货架内喷头。    

    此条规定与5．0．5条、5．0．6条、及5．0．7条同为强制性条文。符合5．0．5条、5．0．·7条规定的仓库，可按其相应的规定执行。因此，符合本条规定条件的货架储物仓库，  既可设置采用‘快速响应早期抑制喷头的系统，也可按表5．0．5和表5．0．7的规定设计， 在‘设置顶板下喷头的同时，设置货架内喷头。

    设置场所中存在较多易燃液体时，宜按下列方式之一采用自动喷水一泡沫联用系统：

  采用泡沫灭火剂强化闭式系统性能；           

    雨淋系统前期喷水控火，后期喷泡沫混合液强化灭火效能：

    雨淋系统前期喷泡沫混合液灭火；  后期喷水冷却防止复燃；

    系统中泡沫灭火剂的选型、储存及相关设备的配置，应符合现行国家标准《低倍数泡沫灭火系统设计规范》的规定。

    条文中“存在较多易燃液体的场所”的所指，包括既属于自动喷水灭火系统的适用场所、但又必然存在一定数量易燃液体的场所，例如汽车停车场等。

    规定此条的目的是为了增强自动喷水灭火系统的适用性和有效性。采用兼有喷洒泡沫混合液性能的系统，  则可强化灭火能力、提高灭火效果，  因此必要时可以选用。

    建筑物中保护局部场所的干式系统、预作用系统、雨淋系统、自动喷水一泡沫联用系统，可作为分支子系统，  串联接入同一建筑物内的湿式系统，其供水管应与湿式系统的配水干管连接。

    此种设计方法，可以简化建筑物中自动喷水灭火系统的结构，使局部场所设置的其他系统，附属于与之相连接的湿式系统，但湿式系统提供的水量和水压，应满足其他局部系统的需要。保护局部场所的水喷雾系统，  如湿式系统能够满足其需要的水量和水压，可按视同于保护局部场所的雨淋系统处理。

    自动喷水灭火系统的组成，包括：洒水喷头、水流指示器、报警阀组、压力开关等组件和末端试水装置、及其连接管道，  并应配置可靠的供水设施。系统中需要控制管道静压的区段，  宜分区供水或设减压阀。需要控制管道动压的区段，宜设减压孔板或节流管或减压阀。系统的管道应设有泄水阀(或泄水口)、排气阀(或排气口)和排污口。

    干式系统和预作用系；统的配水管道，应设有快，速排气阀。系统的有压充气管道，其快速排气阀的入口前应设有电动阀。

    不论是防火分隔水幕，还是防护冷却水幕，均应是防火分隔设施的辅助措施，  因此防火分隔水幕的设置部位，应为垂直与水平的开口，处，用于防止烟与火从开口处蔓延。基于上述观点，  除舞台口外厂不推荐防火分隔水幕用于尺寸超过15m(宽)  X8m(高)的开口.                

    为分隔物配置的防护冷却水幕，应直接将水喷向被保护对象，使分隔物的受热面形成被水膜湿润的状态。