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摘要：本文根据高层建筑火灾特点，阐述高层建筑喷淋系统的的设计从给水方式、喷头设置、安装等方面进行分析。
关键词：高层建筑，自动喷水灭火系统；给水方式；设计
自动喷淋水泵控制系统是高层建筑消防监控系统中重要的分支系统。当火灾发生时，该区域的闭式喷头的热敏元件因受热气流的作用而动作，并脱离喷头本体使得管网压力水经喷头自动洒水灭火；同时，安装在配水管网支路上的水流指示器的常开触点因水流压力而动合，并发出电信号，由喷淋报警控制器接收，经过延时10s判断其信号后，由报警控制器发出声、光报警信号。并显示失火回路以及地点；报警控制器输出一对联控触点，供启动喷淋加压泵或喷淋水泵，使得管网增压，实现迅速扑灭火灾所需水量和水压。
1喷淋灭火系统的组成及工作原理
1.1系统组成
系统主要由泡沫液控制阀、压力泄放阀、泡沫(内带橡胶囊)、压力式比例混合器、湿式报警阀、流指示器、闭式喷头、控制管路及附件组成，详图1。
A泡沫罐B比例混合器C湿式报警阀D泡沫液控制阀E压力泄放阀
1泡沫罐进水口2液位计排放阀(常闭)3泡沫液排/注阀(常闭)4液位计进液阀(常闭)5液位计6自动排气控制阀(常开)7排水阀(常闭)8排气/注液阀(常闭)9信号闸阀(常开)10水力警铃11报警管道12压力泄放阀的供水阀(常开)13泡沫罐供水控制阀(常开)14泡沫罐供水管道15报警控制阀(常开)16节流孔板17单向阀18过滤器19控制管路进水阀(常开)20泡沫液断流阀(常开)21单向阀22泡沫液排放管道23系统独立总阀(常开)24泡沫液测试阀(常闭)25压力表和旋塞阀(常开)26控制管道27泡沫控制阀的放液阀(常闭)28压力开关29自动排气阀30水流指示器31闭式洒水喷头32区域阀(常开)33手动泄压阀(常闭)34控制管供水短管35泡沫供水短管
图1泡沫喷淋灭火系统组成
1.2工作原理
1.2.1备用状态
在常态下系统压力通过泡沫罐供水管道14和供水控制阀13进入泡沫罐A，泡沫罐内的水成膜泡沫液在囊外系统水压的作用下，通过泡沫液断流阀20进入泡沫控制阀D的进口端;同时系统压力水通过控制管路进水阀19、过滤器18、单向阀17、节流孔板16、控制管道26进入泡沫液控制阀D的控制腔，使泡沫控制阀处于关闭状态，此时系统处于备用状态。
1.2.2动作状态
发生火灾时，闭式洒水喷头31玻璃球破裂喷水，水流指示器30动作，湿式报警阀C开启，压力水通过报警控制阀15、延迟器进入报警管道11，水力警铃10开始报警，压力开关28动作，消防泵启动;同时，压力水经过压力泄放阀E放空(压力表25指针降到零)，使泡沫液控制阀D自动开启，泡沫罐内的泡沫液通过泡沫液控制阀D、泡沫液排放管道22、单向阀21、比例混合器B的流量孔板后进入比例混合器B的低压区，和从主管道进入比例混合器B的水混合成泡沫混合液，输向管网通过洒水喷头进行自动灭火。
2. 喷淋灭火系统给水设计
2.1给水方式
设置住宅喷淋系统应达到的消防安全目标首先是保护人身安全，控制住火势，阻止火势蔓延，为室内人员的逃生提供空间和时间，而进行有效的灭火及保护财产则是次要目标。因此，住宅喷淋的供水时间和作用面积比普通的喷淋系统要低。住宅喷淋系统设置的高层建筑物一般不需要具备独立设置常规自动喷淋系统的条件，它可与高层建筑物内的其他给水系统如生活给水系统、室内消火栓系统合并设置，如果市政给水管网压力可以满足系统的工作压力，也可以直接从市政管网引入。但是，无论采用何种给水方式，住宅喷淋系统均应该确保系统设计用水量的要求，且应满足喷头最小工作压力不应低于0.05 MPa的要求。
2.2喷头的选择
由于高层建筑喷淋系统给水方式的简易性，以及系统用水量达不到常规系统规定的规模，因此快速开启喷头，减少喷淋系统喷水用量是高层建筑喷淋系统应达到的设计目标。要达到这个目标，高层建筑(简易)喷淋系统应该采用快速响应喷头，喷头的响应时间指数RTI≤50(m•s)1/2。高层建筑用的建筑型喷头喷水曲线与一般喷头的喷水曲线模式不同(见图2)。建筑喷头的喷水曲线更趋平缓，而且要求其喷湿邻近端墙处距楼板下的距离不能大于0.9 m。此外，由于高层建筑喷淋系统的给水压力较低，故其喷头对流量系数也有所不同。喷头一般采用K系数为80，115的快速响应喷头。表2是建筑型喷头与一般喷头性能的比较。
2.3设计作用面积
现行的国家标准《自动喷水灭火系统设计规范》对采用快速响应喷头的系统没有提出可以减少系统作用面积的具体规定。但快速响应喷头与一般喷头相比，它能在吸收较少热量的情况下立即爆破打开喷头，使火灾的燃烧时间短，从而火灾的整体热释放率减小，失火的面积小。因此，采用快速响应喷头可以减少作用面积。采用快速响应喷头的自动喷水灭火系统，其作用面积可以相应减少。图3为快速响应喷头作用面积折减系数与吊顶高度的关系。
当采用快速响应喷头且吊顶高度<3m时，系统作用面积折减系数y=40%，则设计作用面积为139×(1-40%)=83.4m2。因此，系统的设计作用面积可以定为84m2。当然，在实际工程中高层建筑或其他场所会被分隔成若干个防火独立的小间，作用面积的计算可以按防火独立的房间来进行设计，作用面积的大小一般以最大的分隔面积为设计依据。
2.4系统的供水时间
高层建筑设置了快速响应喷头对高层建筑发生的初期火灾一般都能快速扑灭。从喷淋系统自动灭火的案例中，可以发现一般的火灾扑灭时间在10 min以内。NFPA13D规定系统的供水时间为10min;当设计面积小于186m2时，供水时间为7min。因此，建议在我国也采用10min的给水时间作为系统设计给水时间。当高层建筑给水系统采用屋顶水箱供水时，水箱的容量不需要增加很多就能满足系统的设计要求。
2.5喷头的工作压力及安装要求
高层建筑喷头的工作压力一般不小于0.05 MPa，但最低工作压力不应低于0.025 MPa。喷头的安装间距不宜超过2.4 m。高层建筑喷淋系统的喷水强度可取6L/(min•m2)，喷头的安装间距需满足喷水强度的要求。
3.注意事项
①高层建筑喷淋系统是一种简易的喷淋系统，正是因为针对高层建筑消防特点设计的，它也有一定的适用性。在高层建筑喷淋系统的应用中，需消除运用的误区，避免任意主观地扩大其设置范围。②在系统安裝中，需根据喷头的型式正确安装直立型、下垂型、边墙型喷头。③在喷头的选用中，需正确选用喷头，切不可因为价格的因素将一般喷头来代替高层建筑喷头，其灭火效果是完全不同的。④在给水方式中，需要合理应用、设计、安装建筑喷淋系统。在一些给水系统需考虑设置止回阀。
4.结束语
自动喷水灭火系统通常采用并联相同组成单元数来提高系统的可靠性。然而，虽然系统的可靠性随并联单元数增加而增加，但储备效率会迅速下降，因为储备数增加会导致工程投资的急剧增大，用过多地增加并联单元数来提高系统的可靠性的意义并不大。在具体进行工程可靠性设计时，应该进行可靠性的优化设计。
注：文章中涉及的公式和图表请用PDF格式打开
关键词：高层建筑，自动喷水灭火系统；给水方式；设计
自动喷淋水泵控制系统是高层建筑消防监控系统中重要的分支系统。当火灾发生时，该区域的闭式喷头的热敏元件因受热气流的作用而动作，并脱离喷头本体使得管网压力水经喷头自动洒水灭火；同时，安装在配水管网支路上的水流指示器的常开触点因水流压力而动合，并发出电信号，由喷淋报警控制器接收，经过延时10s判断其信号后，由报警控制器发出声、光报警信号。并显示失火回路以及地点；报警控制器输出一对联控触点，供启动喷淋加压泵或喷淋水泵，使得管网增压，实现迅速扑灭火灾所需水量和水压。
1喷淋灭火系统的组成及工作原理
1.1系统组成
系统主要由泡沫液控制阀、压力泄放阀、泡沫(内带橡胶囊)、压力式比例混合器、湿式报警阀、流指示器、闭式喷头、控制管路及附件组成，详图1。
A泡沫罐B比例混合器C湿式报警阀D泡沫液控制阀E压力泄放阀
1泡沫罐进水口2液位计排放阀(常闭)3泡沫液排/注阀(常闭)4液位计进液阀(常闭)5液位计6自动排气控制阀(常开)7排水阀(常闭)8排气/注液阀(常闭)9信号闸阀(常开)10水力警铃11报警管道12压力泄放阀的供水阀(常开)13泡沫罐供水控制阀(常开)14泡沫罐供水管道15报警控制阀(常开)16节流孔板17单向阀18过滤器19控制管路进水阀(常开)20泡沫液断流阀(常开)21单向阀22泡沫液排放管道23系统独立总阀(常开)24泡沫液测试阀(常闭)25压力表和旋塞阀(常开)26控制管道27泡沫控制阀的放液阀(常闭)28压力开关29自动排气阀30水流指示器31闭式洒水喷头32区域阀(常开)33手动泄压阀(常闭)34控制管供水短管35泡沫供水短管
图1泡沫喷淋灭火系统组成
1.2工作原理
1.2.1备用状态
在常态下系统压力通过泡沫罐供水管道14和供水控制阀13进入泡沫罐A，泡沫罐内的水成膜泡沫液在囊外系统水压的作用下，通过泡沫液断流阀20进入泡沫控制阀D的进口端;同时系统压力水通过控制管路进水阀19、过滤器18、单向阀17、节流孔板16、控制管道26进入泡沫液控制阀D的控制腔，使泡沫控制阀处于关闭状态，此时系统处于备用状态。
1.2.2动作状态
发生火灾时，闭式洒水喷头31玻璃球破裂喷水，水流指示器30动作，湿式报警阀C开启，压力水通过报警控制阀15、延迟器进入报警管道11，水力警铃10开始报警，压力开关28动作，消防泵启动;同时，压力水经过压力泄放阀E放空(压力表25指针降到零)，使泡沫液控制阀D自动开启，泡沫罐内的泡沫液通过泡沫液控制阀D、泡沫液排放管道22、单向阀21、比例混合器B的流量孔板后进入比例混合器B的低压区，和从主管道进入比例混合器B的水混合成泡沫混合液，输向管网通过洒水喷头进行自动灭火。
2. 喷淋灭火系统给水设计
2.1给水方式
设置住宅喷淋系统应达到的消防安全目标首先是保护人身安全，控制住火势，阻止火势蔓延，为室内人员的逃生提供空间和时间，而进行有效的灭火及保护财产则是次要目标。因此，住宅喷淋的供水时间和作用面积比普通的喷淋系统要低。住宅喷淋系统设置的高层建筑物一般不需要具备独立设置常规自动喷淋系统的条件，它可与高层建筑物内的其他给水系统如生活给水系统、室内消火栓系统合并设置，如果市政给水管网压力可以满足系统的工作压力，也可以直接从市政管网引入。但是，无论采用何种给水方式，住宅喷淋系统均应该确保系统设计用水量的要求，且应满足喷头最小工作压力不应低于0.05 MPa的要求。
2.2喷头的选择
由于高层建筑喷淋系统给水方式的简易性，以及系统用水量达不到常规系统规定的规模，因此快速开启喷头，减少喷淋系统喷水用量是高层建筑喷淋系统应达到的设计目标。要达到这个目标，高层建筑(简易)喷淋系统应该采用快速响应喷头，喷头的响应时间指数RTI≤50(m•s)1/2。高层建筑用的建筑型喷头喷水曲线与一般喷头的喷水曲线模式不同(见图2)。建筑喷头的喷水曲线更趋平缓，而且要求其喷湿邻近端墙处距楼板下的距离不能大于0.9 m。此外，由于高层建筑喷淋系统的给水压力较低，故其喷头对流量系数也有所不同。喷头一般采用K系数为80，115的快速响应喷头。表2是建筑型喷头与一般喷头性能的比较。
2.3设计作用面积
现行的国家标准《自动喷水灭火系统设计规范》对采用快速响应喷头的系统没有提出可以减少系统作用面积的具体规定。但快速响应喷头与一般喷头相比，它能在吸收较少热量的情况下立即爆破打开喷头，使火灾的燃烧时间短，从而火灾的整体热释放率减小，失火的面积小。因此，采用快速响应喷头可以减少作用面积。采用快速响应喷头的自动喷水灭火系统，其作用面积可以相应减少。图3为快速响应喷头作用面积折减系数与吊顶高度的关系。
当采用快速响应喷头且吊顶高度<3m时，系统作用面积折减系数y=40%，则设计作用面积为139×(1-40%)=83.4m2。因此，系统的设计作用面积可以定为84m2。当然，在实际工程中高层建筑或其他场所会被分隔成若干个防火独立的小间，作用面积的计算可以按防火独立的房间来进行设计，作用面积的大小一般以最大的分隔面积为设计依据。
2.4系统的供水时间
高层建筑设置了快速响应喷头对高层建筑发生的初期火灾一般都能快速扑灭。从喷淋系统自动灭火的案例中，可以发现一般的火灾扑灭时间在10 min以内。NFPA13D规定系统的供水时间为10min;当设计面积小于186m2时，供水时间为7min。因此，建议在我国也采用10min的给水时间作为系统设计给水时间。当高层建筑给水系统采用屋顶水箱供水时，水箱的容量不需要增加很多就能满足系统的设计要求。
2.5喷头的工作压力及安装要求
高层建筑喷头的工作压力一般不小于0.05 MPa，但最低工作压力不应低于0.025 MPa。喷头的安装间距不宜超过2.4 m。高层建筑喷淋系统的喷水强度可取6L/(min•m2)，喷头的安装间距需满足喷水强度的要求。
3.注意事项
①高层建筑喷淋系统是一种简易的喷淋系统，正是因为针对高层建筑消防特点设计的，它也有一定的适用性。在高层建筑喷淋系统的应用中，需消除运用的误区，避免任意主观地扩大其设置范围。②在系统安裝中，需根据喷头的型式正确安装直立型、下垂型、边墙型喷头。③在喷头的选用中，需正确选用喷头，切不可因为价格的因素将一般喷头来代替高层建筑喷头，其灭火效果是完全不同的。④在给水方式中，需要合理应用、设计、安装建筑喷淋系统。在一些给水系统需考虑设置止回阀。
4.结束语
自动喷水灭火系统通常采用并联相同组成单元数来提高系统的可靠性。然而，虽然系统的可靠性随并联单元数增加而增加，但储备效率会迅速下降，因为储备数增加会导致工程投资的急剧增大，用过多地增加并联单元数来提高系统的可靠性的意义并不大。在具体进行工程可靠性设计时，应该进行可靠性的优化设计。
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