自动喷水灭火系统设计中几个问题与解决方法设计

摘要：笔者根据实际工程中的一些经验、教训，对在自动喷水灭火系统设计中常出现的喷头、安全阀、水锤、过滤器、流量检测装置及管道设置等几个问题进行探讨，并提出相应的解决办法。
关键词：自动喷灭火系统；设计；流量检测装置；配水支管管径
Abstract: Combined with the author’s some experience and lesson in the actual engineering, this paper discusses the nozzle, safe valve, water hammer, filter, flow detection device and pipe set appearing in the automatic fire sprinkler systems design, and puts forward the corresponding solutions.
Key words: automatic spray fire extinguishing system; design; flow detection device; water distribution pipe diameter
2095-2104（2012）
近年来，尤其在上世纪九十年代以来，随着我国经济建设的飞速发展，大型建筑、高层及超高层建筑日渐增多。自动喷灭火系统，尤其是湿式自动喷灭火系统的应用也随之增多。笔者通过多年来对湿式自动喷水灭火系统的设计、施工和调试，取得了一些粗浅的经验和教训，感觉以下几个问题比较容易被设计和施工人员忽视，却又往往为系统的调试、使用和维护带来一定的困难，有加以总结的必要。

1 喷头设计

1.1标准喷头

现行的《自动喷水灭火系统设计规范GB50084-2001》（以下简称“规范”）中对于标准喷头的最大水平间距做了一些规定，一般工程设计中常见的做法就是按规范中所列的最大间距进行喷头布置。这样做固然“满足”了规范，但事实上由于喷头的喷水量与喷头所在位置的压力有关，保护半径也与喷头所在位置的压力、喷头距地高度有关。压力越大，喷头的喷水量和保护半径也越大。自喷系统压力是根据最不利点----最高、最远点----来计算的，对于垂直高度较大的自喷系统，因为各层建筑高差造成支管系统压力有一定的压力差。这就为喷头的灵活布置提供了条件，即：有可能通过适当地利用压力差，扩大某些因建筑条件限制而使喷头难以设置的部位的喷头的保护半径，从而适当地减少喷头个数。
应当注意的是，喷头间距也不可能无限制加大，喷头的实际保护半径应经过合理而精确的水力计算获得。“规范”中关于喷头工作压力，一般采用末端设计工作压力为0.1 Mpa，确有困难时，可降低到0.05 Mpa。笔者根据设计实践经验，当喷头处水压值不小于0.15Mpa时，喷头的最大间距可以按不超过4.5m进行布置。目前的标准间或办公室开间尺寸多为3.6~4.2m，进深多为3.9~4.5m，如按“规范”规定，应设4个标准喷头，若上述计算结果进行布置，只设一个喷头即可，经济效益还是明显的，前提是必须经过详细计算，使喷水强度达到“规范”要求。

1.2边墙型喷头

边墙型喷头在工程中为设计者提供了更为灵活的布置手段，也被广大设计人员大量采用。但房间尺寸对其布置的影响却往往被人忽视。以中危险级为例，一般要求，边墙型喷头向被保护面积一侧的布水量应达到喷水量的70~80%，约为为56~64 L/min。以此水量，按中危险级的喷水强度要求，每个标准边墙型喷头最大保护面积约为9.3 m2。在计算边墙型喷头的设计覆盖面积时，应按上述水量（56~64 L/min）而非喷头的总喷水量（80L/min）进行计算，否则可能造成喷头设置过少，达不到“规范”对喷水强度的要求。据此，笔者对实际工程中常见宽度的走廊或房间进行了计算，得出了得出相应的喷头最大间距值（见下表所示）。

如果按“规范”规定的最大保护面积约为8 m2来计算，结果比上表所列数值还要小。
从上表可知，边墙型喷头最大间距随宽度的变大而变小，这一点在工程设计中应给予重视。

2 系统设计

2.1管网布置

一般来说，自动喷水灭火系统管网布置多为支状管网，水力计算时是先选定最不利点，将该点压力设定为系统最低压力，按一定的算法（如：特性系数法等）进行水力计算。不难看出，除最不利点外，其余各处的实际压力均高于设计的最低压力。在旧版的《自动喷水灭火系统设计规范》中，对喷水均匀性有明确要求，喷水强度限定在“规范”规定值（20%）以内，而现行规范中对喷水强度均匀性要求在某种程度上反而做了删减，笔者认为，这是一种退步。由于喷头的喷水量受其所处部位的压力的的影响，所以进行管网布置时应掌握的原则是：根据相应的作用面积和实际房间布置的情况，合理地布置配水管及配水干管，使管网负担尽量均匀，从而使喷头喷水更加均匀。
做过自喷系统水力计算的人都有体会：配水支管及靠近末端的配水管，其管段的沿程损失一般会比较大，管径值差一号，沿程损失值会大大增加。现行“规范”中8.0.7条及表8.0.7，本意是告诉设计人员这是各管径管道所能接的喷头数量的极限值，但这一点条文说明里也未加以明确，给设计人员一种错觉：只要按这个表的管径设置喷头和管道就可以了。在实际工作中，由于设计市场的严峻，设计周期普遍不足的情况下，部分设计人员走“捷径”，直接按表选用管径。笔者曾按该表管径经过计算，结果表明，配水支管、配水管的沿程损失很大，往往到该层立管时，水压已上升到0.4MPa左右，其主要负面影响有三个：一是在一个保护区域内各处喷头处压力差值较大，使得实际喷水量差距较大，喷水强度极不均匀；二是由于末端喷头是按标准流量设计的，前端喷头水量均大于该数值，且差距较大，消防水箱里贮存的一小时自喷系统用水量远远保证不了一小时系统出水要求

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，大约在30~40分钟即使用完，这对系统灭火要求极为不利；三是由于沿程损失过大，系统水泵扬程需要增大，如果没经过详细计算，所选择的水泵可能无法满足系统压力要求，使系统实际喷水量和水压均达不到“规范”要求。故，笔者建议对“规范”该条规定持保留态度，设计人员在实际设计工作中还是应该进行水力计算以确定合理的管径值。
此外，应重视系统竖向压力的均衡问题对喷水均匀性的影响。由于水泵提供的压力是不变的，楼层自然高差形成竖向的系统压力差，除顶层外其它各层均存在剩余压力。这种剩余压力造成建筑下部各层的喷头流量过大，不利于喷水均匀性布置原则。可见，竖向压力均衡是自喷系统设计中必须解决问题。
解决这一问题可采用减压阀、减压孔板、节流管以及适当缩小下部各层配水支管的管径等办法，以增加沿程及局部损失等方法，达到减少压力、调节平衡的目的。配水管设置减压阀、减压孔板或节流管的方法由于计算简单、图纸工作量小，比较常见。缩小配水支管的管径的方法则更有利于减少管道投资、便于施工，不失为一种经济适用的办法，但需要设计人员进行精心计算，加大设计工作量。

2.2系统管材及配件

一般来讲，一方面自动喷水灭火系统安装后，其系统使用次数较少，管道锈渣等杂物容易沉淀在管内，另一方面喷头喷水嘴孔径较小，容易被堵塞。故自动喷水灭火系统所采用的管材应不锈。 “规范”对此作了要求：“配水管道应采用内外壁热镀锌钢管或符合现行国家或行业标准，并同时符合本规范1.0.4条规定的涂覆其他防腐材料的钢管，以及铜管、不锈钢管。当报警阀入口前管道采用不防腐的钢管时，应在该段管道的末端设过滤器”。应该说，因为在灭火时，报警阀前的管道是水的必由之路，该部分管道里如果存有杂物，仍有可能随水流到达喷头，影响喷头的正常喷水。这一要求看似严谨，但笔者认为，自动喷水灭火系统报警阀前的管道与其采用不防腐管道再加设过滤器，这样做既不会节省造价，还增加了检修节点，还不如直接采用热镀锌钢管或热镀锌无缝钢管。