高大空间高压细水雾灭火系统设计应用浅析

高大空间高压细水雾灭火系统设计应用浅析

何光明

筑博设计股份有限公司

摘要：本文将就类似图书馆、档案馆立体密集库等高大空间，在应用细水雾灭火系统时，提出在设计时应注意的要点及相应的处理方案。

关键词：高大空间、高压细水雾灭火、分区局部应用系统

随着我国经济的高速发展，建筑行业的设计与施工水平也达到了一个历史高点。各类建筑形态以及功能空间越来越复杂，体量也越来越大，相应地，对消防设计，也提出了更严苛的要求。细水雾灭火系统由于其自身特有的灭火性能、特点，在各类建筑的防火设计中，得到越来越多的应用与实践。

1、细水雾发展历程与系统概述

在我国细水雾系统规范颁布实施之前，传统的细水雾是指中、低压细水雾，即建立在离心泵基础上，压力通常为1.00～3.45MPa左右的细水雾或水喷雾，用水量较大，与水喷淋的大区别在于更换了喷头，其余改变甚少。参考美国NFPA750标准，传统细水雾是指在小工作压力下产生的，距喷嘴1m处的平面上，雾滴累积体积分布参数DV0.99<1000μm的水雾；而高压细水雾是指在不小于10MPa压力下，产生的雾滴直径DV0.99<200μm的水雾。它是建立在容积式泵的基础上，通常使用柱塞泵，系统压力最高可达100～200MPa。高压细水雾系统及装置从安全性、经济性及灭火效果方面综合考虑，通常压力为10～20MPa。

高压细水雾灭火系统与传统的中低压细水雾灭火系统从压力形成原理到整个系统的流量和压力控制以及核心元件都有着根本性的不同。细水雾的主要灭火机理有：a.高效吸热冷却，阻隔热辐射——粒径越小，面积越大，吸热效率越高、效果越好；b.快速排氧窒息——喷放雾滴使氧浓度降至14%左右，可有效抑制可燃物燃烧，而氧浓度在14%时，人体平均血氧饱和度约为90%（平时为98%），灭火时最大程度保证人体的呼吸和代谢；c.消烟、释毒——灭火喷放过程中有效降低烟气、CO浓度，改善火场生存环境，方便逃生、扑救。而依靠高压，一方面系统可获得更小的雾滴粒径，雾滴具有高动能，弥散速度更快，可更好的应对遮挡火灾；另一方面水渍损失小，用水量大大降低（约为水喷淋的5-10%），且可一定程度确保电气设备绝缘性，保障电气设备在灭火过程中的正常运行。

2013年，国家颁布实施《细水雾灭火系统技术规范》GB50898-2013，对细水雾系统及部件进行了全面的系统性规定。我国的细水雾灭火系统，在参考国外规范探索实践多年后，终于迎来了有规可依的可喜局面。

2、某图书馆智能立体书库密集架高压细水雾灭火系统应用

某图书馆智能立体书库密集架，长70米，宽42米，高17米，总面积2940平方米，总体量49980立方米。平均分隔为5个密集架书库，则每个体量为9996立方米，面积588平方米。

2.1灭火系统的选择

对于图书馆建筑、立体书库功能空间采用何种消防灭火形式的问题，经咨询当地消防局，得到的回复为：以使用方的要求为原则，可考虑气体灭火、细水雾或泡沫灭火等形式。

对于采用气体灭火的考虑，根据GB50014-2014《建筑设计防火规范》——8．3．9下列场所应设置自动灭火系统，并宜采用气体灭火系统：7国家、省级或藏书量超过100万册的图书馆内的特藏库；中央和省级档案馆内的珍藏库和非纸质档案库；大、中型博物馆内的珍品库房；一级纸绢质文物的陈列室。该立体书库设计藏书量为350万册，可考虑气体灭火形式。然而，依据GB50370-2005《气体灭火系统设计规范》3.2.4防护区划分应符合下列规定：

2采用管网灭火系统时，一个防护区的面积不宜大于800m2，且容积不宜大于3600m³。本次设计的立体书库每个体量达9996立方米，远大于3600立方米，在很短的设计喷放时间（七氟丙烷为10S，IG541系统为48~60S）内需要达到灭火设计浓度，较难保障，且用气量大，后期维护更换成本较高。因此，采用气体灭火的系统形式的可行性不高。

对于泡沫灭火的考虑，由于泡沫动作时对藏书会形成损坏，使用方明确不予采用。

对于细水雾系统的考虑，依据GB50898-2013《细水雾灭火系统技术规范》：

按上述条文，本次设计的密集架书库宜采用开式全淹没细水雾灭火系统。而该规范3.4.5条对全淹没开式系统有如下规定：

按上述条文，本次设计的密集架书库总体积为49980立方米（单个防护区容积为9996立方米，共5个），采用全淹没开式系统的话，每个防护区需再次划分为3个小的防护区，以满足每个小于3000m³要求，则整个密集架书库共有15个防护区，共需设置5个泵组系统。

按以上要求设置系统，存在以下问题：1、把原来设计的5个书库每个再细分为3个独立书库，空间布置满足不了使用方的要求；2、即便使用方同意细分防护区，按设计参数要求，选用2.0（流量20L/min）的开式喷头进行保护，喷头间距不大于3米，每个全淹没防护区喷头数量为24*3=72只，系统流量为72*20=1440L/min，泵组选型为15用1备，总功率为15*30=450KW，5套泵组总功率将达到2250KW。并经咨询设备制造商，当前市场上暂无厂家生产如此大型号设备，因而，采用全淹没的系统形式难以实施。

细水雾开式系统的另一种形式为分区局部应用方式。分区局部应用方式是向保护对象直接喷放细水雾，保护空间内某具体保护对象的系统应用方式。参考行业标准《档案馆高压细水雾灭火系统技术规范》DA/T4-2009，对书库、档案库空间采用局部应用系统的规定有：

本次设计的智能立体书库密集架相对集中，且可燃物为藏书，位置固定在书架内，可看作是需具体保护的对象。并参考了国内近期建成的图书馆、档案馆类似空间所采用的灭火措施情况，该智能立体密集架书库采用分区局部应用系统给予保护具备了可靠性与可行性。

2.2开式分区局部应用系统的设计

该智能立体书库存储区，每个书架高15m，长60米，宽1.2米，考虑采用高压细水雾开式分区局部应用系统进行保护。根据书架的长度将每列书架均分成三段进行保护，根据书架高度均分成五层喷头进行保护。书库按以上方式分区后，书库的设计作用面积在150m²范围内，设计喷雾强度符合《细水雾灭火系统技术规范》喷头安装高度不大于3m时，设计喷雾强度不小于1.0L/min·m²。

1、设计参数：

1）系统持续喷雾时间30min；2）系统的响应时间不大于30s；3）最不利点喷头工作压力不低于10MPa；4）系统作用面积按150m²计算；5）高压泵组体材料为不锈钢管而且工作压力不小于14MPa。

2、喷头选择与布置：

智能立体书库存储区采用K=0.7的开式喷头，q=7L/min，选用喷头雾滴直径Dv0.5应小于65μm、Dv99应小于100μm。在布置喷头时，应在每层安装喷头的密集架中预留管道穿越及喷头安装的空间，保证管道不影响密集架的移动以及机械手臂的运行，并确保喷头距离保护对象不小于0.5m。

3、泵组选型

系统流量按照防护区内同时动作喷头数的流量之和进行计算。智能立体存储书库，设计流量为同时开启书库相邻2排（每排11只喷头）4层共88只喷头流量，即系统最大设计流量Q=88只*7L/min.只=614L/min。系统设计工作压力根据最不利点喷头最低工作压力为10MPa进行计算，计算公式采用Darcy-Weisbach（达西-魏斯巴赫）公式，计算结果为H=13MPa。

选用泵组XSWBG700/14（其中主泵七用一备，稳压泵一用一备）。泵组流量Q=700L/min，H=14MPa，N=210kW。稳压泵流量Q=11.8L/min，H=1.4MPa，N=0.55kW。

结语：

在高大空间采用细水雾灭火系统的设计应用中，鉴于规范中对灭火空间体量的限制，以及当前设备制造技术水平，国民经济水平等因素的考量，采用分区局部应用系统，一方面可最大程度保障灭火可靠性，另一方面在实施上也有较强的可行性。